从白纸一张到航天测控现代化

从白纸一张到航天测控现代化2009年08月31日科技日报/20090831/n266350179.shtml我国至今已将多颗航天器送入太空。

一种神奇的力量引导着这些航天器按照轨道飞行，偶尔偏离轨道，也能很快“迷途知返”；一旦发生了故障，能得到及时抢救；即使意外失控陨落，人们也能及早预知。

这种力量，来自于庞大的航天测控网——在“东方红”一号上天之前，地面观测系统进行实测演练2008年9月28日，翟志刚、刘伯明、景海鹏按照预期，成功返回地面。

但却很少有人关注到，是航天测控编织的这张无形的网，指引着他们回家的路。

航天测控是一个抽象的概念。

没有火箭发射时大地震颤、烈焰奔腾的壮观场面，有的只是数据堆里默默无闻的工作。

然而，对于航天工程来说，火箭升空一瞬间的辉煌仅仅是一个“序幕”，一个航天器从发射升空到寿命结束，都需要对它进行不间断的测量和控制，在发生故障时，要及时进行抢修，以保障它正常运转，完成使命。

而它也是反映一个国家综合科技实力的重要标志之一。

飞向太空：用纸笔计算卫星轨道数据“东方红，太阳升……”1970年4月24日，我国成功将第一颗人造地球卫星“东方红一号”送上了太空。

伴随着“东方红”乐曲，卫星“走”过了世界的244个城市。

我国的航天测控事业，就是伴随“东方红一号”的发射组建起来的。

1967年6月，一支神秘队伍开进秦岭脚下，斩荆棘、搭帐篷，用极为简陋的设备开始仰望星空，他们是西安卫星测控中心的第一批建设者。

外界给他们起了一个名字：牧星人。

1968年，胡正海成为这群“牧星人”中的一员，如今他已是中心高级工程师。

“当时大多数科技人员对航天测控知识知之甚少，轨道计算、软件设计都要从头学起。

”胡正海回忆，大家都是边学习边攻关，边建测控站。

没有计算机，就用纸和笔代替，经过一年多努力奋斗，终于编制出“东方红一号”卫星轨道计算、轨道预报、数据处理等一整套测控方案。

“东方红一号”任务中，地面观测系统及时准确地进行了跟踪测量，及时计算出卫星轨道参数，并适时做出了卫星经过城市上空的全球预报，完成了“抓得住、测得准、报得及时”的任务。

这一时期，湘西、南宁、海南、昆明、喀什、胶东、拉萨等地已建有航天测控站，初步形成了地面观测系统，一张伸向太空的中国航天测控网悄然张开。

返回地面：高精度令航天大国刮目相看今年74岁的祁思禹精瘦、头发花白。

退休前他是西安卫星测控中心高级工程师。

1967年，他接到了一项重要任务——负责返回式卫星测控和回收方案的编程。

“以前发射的航天器就像送入空中的信号弹，送出去回不来，而返回式航天器则是我们放出去的风筝，放出去还要收回来。

”祁思禹介绍，返回式航天器要在预定的时间和路线顺利着陆，要经历调姿、制动、变轨、防热、开伞等一系列技术难关。

尤其在着陆时，受落区地理、气候等多种因素影响，理论落点与实际往往有偏差，差之毫厘，失之千里，搜寻回收工作难度很大。

祁思禹带领轨道组的技术人员，花了整整5年，用手工编制和修改了近4万条指令程序，黑发熬出了银丝。

1975年11月26日，第一颗返回式卫星顺利升空。

上天不易，返回更难。

当时，只有前苏联和美国掌握了卫星回收技术，而且是经过多次失败后才取得成功的。

我国能否首战告捷，航天测控十分关键。

按计划，卫星将在发射3天后回收。

这时，一个意外的难题出现了，“卫星气压产生波动”，如果失控，后果不堪设想。

当时有人建议提前回收。

在现场指挥的钱学森将祁思禹叫了过去，问：“有人主张今天就回收，北京在等待答复。

”祁思禹胸有成竹地回答：“依我们的计算结果，可以按计划回收。

”钱学森一锤定音：“向北京报告，第三天回收。

”最终卫星按计划安全回收。

这一时期，围绕返回式卫星任务进行的二期工程建设，我国形成了以渭南为中心，湘西、喀什、拉萨等固定站和前置遥测站等三个活动站组成的近地卫星测控网，并在信息流程设计、轨道计算精度、回收测控软件方案设计和程序编制、计算机管理程序研究等方面取得了显著成绩。

这一阶段的另一大事发生在1983年。

是年1月，塔斯社发出全球公告：苏联“宇宙”—1402号核动力侦察卫星失去控制，即将陨落地面，目前方位不详。

这颗卫星带有一定量的核燃料，一旦坠入人口居住区，将造成灾难性核污染。

各国纷纷呼吁有跟踪拦截能力的国家及时预报这颗卫星的陨落时间和地点。

要预报卫星的落点首先要掌握卫星的运行轨道，然而卫星已经失控，更加上是侦察卫星，苏联不公布轨道参数等有关资料，“捕获”卫星犹如大海捞针。

我国的长春测控站和昆明测控站光学跟踪经纬仪，沾益站110雷达和宣化站的7010雷达先后跟踪目标，利用它们的跟踪数据，分别计算卫星轨道，再从轨道高度和倾角大小进行识别。

事实证明，我国航天测控系统预报的陨落时间和落点精度非常高，令世界航天大国刮目相看。

同步定点：航天测控方法步入成熟阶段这是我国测控方法得以成熟的阶段，胡正海将其形容为测控的辉煌顶峰。

1979年，我国准备发射第一颗地球同步轨道通信卫星“东方红二号”。

测控这种卫星的技术十分复杂，而且需要高性能的计算机。

美国等发达国家测控这种卫星时，使用的是当时最先进的、运算速度每秒百万次以上的高性能计算机。

而西安卫星测控中心那时只有两台晶体管计算机，加在一起的运算速度也只有几十万次/秒，总内存量不如一台现被淘汰的286微机。

“严格说来，这样的设备并不具备执行任务的能力。

”胡正海向记者比划了庞然大物的“外貌”：近30个宽0.9米、厚0.6米、高1.8米的大柜子，占地约300平方米，每小时耗电7千瓦，机房噪音高达92分贝，“讲话基本靠喊”。

经过反复试验，科技人员提出，用软件来弥补硬件的不足，即用科学的测控计划、灵巧的总联程序、精细的软件设计来弥补计算机处理速度不够和内存不足的缺陷。

他们通过计算机并联，应用新的测控方案和测控软件，满足了通信卫星的测控需求，确保了测控任务的圆满完成。

不久，国外航天专家来参观，看到落后的“单片机”，怎么也不相信，用这样的设备能实现通信卫星的测控，认为中心把先进的计算机藏起来了。

现在回过头来看，连胡正海自己都认为这种高科技领域的“小米加步枪”做法，有点让人觉得不可思议。

但这台被誉为“功勋机”的320计算机在22次试验任务中发挥了重大作用。

1984年4月，我国成功发射“东方红二号”通信卫星，西安卫星测控中心连续奋战八昼夜，成功将卫星定点于东经125度赤道上空，它的成功定点标志着我国航天测控技术已接近世界先进水平。

还有一件事让胡正海记忆深刻。

“当时有人哭鼻子，说卫星‘发烧’了，每小时‘体温’升高两摄氏度，没法正常开展工作。

”后来查明了是电流过大造成的发热，该工程因此开了卫星诊断和抢救的先河。

在这以后，我国利用有限的测控资源开展了相关工作。

2001年，及时排除太阳能帆板故障，使危在旦夕的某通信卫星重新恢复功能；2002年，奋战6昼夜抢救超期服役的某资源卫星；2003年，采用紧急测控方案，准确注入指令，使某海洋卫星恢复安全状态……随着新型应用型卫星的投入使用，卫星管理也由简单、定时管理模式转变为多任务、全时管理模式。

测控系统也不断完善，特别是1988年以后，完善了超短波测控网，建成了国际C、S频段测控网。

计算机系统也进行了更新换代。

1997年，西安卫星测控中心计算机系统数据处理能力每秒钟上亿次，可同时对20颗卫星进行长期测控管理。

与此同时，国际交流越来越频繁。

我国航天发射进入国际市场。

中法测控联网九十年代进入实质性阶段，之后，中瑞、中智进行了联网。

我国和巴西进行了我国航天领域第一次有知识产权的测控技术和软件对外商业化技术转让。

提高了测控覆盖率，增进了航天测控领域的国际交往。

飞船回收：航天测控网护航载人飞船载人航天工程是中国航天史上迄今为止规模最大、系统最复杂、技术难度最高的工程。

而这也对航天测控提出了新要求。

2003年10月16日，“神舟五号”飞船的回收。

返回中的飞船需要跨越“黑障区”。

这时，飞船与大气层剧烈磨擦产生电磁屏蔽，与地面通信暂时中断。

飞船出“黑障区”时，回波信号剧烈起伏，前置雷达站跟踪目标不稳，如果此时不能及时捕获目标，就无法得到引导数据。

关键时刻，中心果断实施“光学引导”，使雷达及时锁定了目标，并测下了飞船每个瞬间的方位、姿态和速度，创造出飞船实际落点与计算落点仅差1.1公里、搜救人员30秒赶到着陆现场的航天奇迹。

“神舟六号”预报的落点与实际落点误差只有280米。

目前我国航天测控网可为火箭、载人飞船等航天器提供高精度测控支持服务，实现了“飞向太空、返回地面、同步定点、飞船回收、多星管理”五大跨越。

如今，为满足载人航天的基本要求，我国航天测控网建立了网络管理中心，对测控网进行集中监控，并负责测控资源的动态优化配置，实现了对陆上、海上所有13个测控站的联网和统一管理调度。

通过优化测控站、船布局，确保航天器在上升段、变轨段、返回制动段、分离段等关键飞行段落的测控支持。

“从体系到技术、从宏观到微观，无一不需要创新。

”时任西安卫星测控中心技术部副总工程师余培军说，“没有任何一本教科书能学到航天测控怎么发展，每一次进步都可以说是一次重大突破。

”近日，记者在西安卫星测控中心某长管机房内看到，到处是闪烁不息的荧光屏，各种指示灯明灭闪烁，墙上的电子屏幕，随时显示着过境卫星的名称，以及遥测监视、注入指令、校对时间等工作提示。

坐在计算机前的工作人员轻点鼠标，卫星顺利滑向茫茫天宇，等着下一次对祖国上空的探望……亲历者说祁思禹：三天三夜没合眼1975年，我国第一颗返回式卫星发射时，我们三天三夜没睡觉。

为什么呢？因为每一圈过去以后，都要分析跟踪的情况、遥测数据情况，实际情况和我们预报的东西是否吻合，有什么变化，这些情况你都要了解。

同时还要为下一圈做好准备。

所以我们一圈圈地泡在那儿。

按照任务预期，将于上午返回。

当时我们六部副部长大清早起床，他说你就别挺了，去睡觉，他怕我扛不过后面的任务。

实际上我就去躺了半个小时，半个小时哪能睡觉啊，八九点钟卫星返回时，我们的工作又要开始了。

胡正海：迎接卫星返回有如临近大仗1975年，我国第一颗返回式卫星发射成功，大家都非常高兴，庆贺卫星发射成功，而我们却感受到的是压力多于兴奋。

我记得，当时一位领导对我们说，卫星发射成功了，能不能顺利返回就看你们了。

我们听了以后，倍感责任重大，把心思全放在机器的稳定性和可靠性上，不敢有任何掉以轻心，不敢有任何麻痹大意。

29日，卫星按预定计划返回，我们就像一场大仗临近一样，心情异常紧张和激动。

当调度不断传来“前哨”发现目标，“前哨”跟踪目标，“黄河”发现目标，“黄河”发现目标的声音时，我们的心情既兴奋又紧张，生怕机器在这关键时刻发生故障。

当320计算机计算出卫星落点传送到X-Y记录仪上时，大家争先恐后地涌上前去，里三层外三层，把X-Y记录仪围得水泄不通，为卫星安全返回到祖国的土地上欢呼，以至于让来基地指导工作的国防科委副主任、著名科学家钱学森难以上前观看。