對于整個(gè)航天工程來(lái)說(shuō)，衛星騰空那數秒鐘的輝煌瞬間，僅僅是又一個(gè)新的人類(lèi)與太空的故事的“序幕”。更多的故事情節，將由隱身在航天發(fā)射幕后的衛星測控部門(mén)來(lái)繼續演繹。
預計10月24日晚，中國第一顆繞月衛星——“嫦娥一號”即將發(fā)射升空。 據介紹，發(fā)射升空后，“嫦娥一號”先繞地球飛行4—6天，經(jīng)過(guò)3次加速后，進(jìn)入第二個(gè)飛行階段，用4天半時(shí)間飛往月球，并在距月球表面200公里的軌道上繞月一年，對月球進(jìn)行全方位探測。
我國惟一的衛星測控管理機構——西安衛星測控中心，將作為此次發(fā)射的軌道和控制計算備份中心，承擔部分測量控制常規任務(wù)。
備份中心 實(shí)時(shí)接收各種數據
目前，“嫦娥一號”背后的衛星、運載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測控和地面應用五大系統已準備就緒，完成了最后測試。作為此次發(fā)射的軌道和控制計算備份中心，西安測控中心將承擔實(shí)時(shí)接收火箭各種數據，把北京航天飛控中心的數據傳至所屬測控站等任務(wù)。
據透露，西安衛星測控中心目前各項工作已準備就緒�！翱梢哉f(shuō)是萬(wàn)事俱備，只待升空”。
據介紹，北京航天飛控中心專(zhuān)門(mén)用于載人航天器的飛行控制，而組建于1967年的西安衛星測控中心是我國航天測控網(wǎng)的管理機構，主要承擔各類(lèi)航天器的測控、回收和在軌管理任務(wù)。中心目前可對不同軌道、頻段、種類(lèi)的國內外航天器提供測控支持。
在神舟六號飛船載人航天飛行任務(wù)中，西安測控中心能夠利用測控站(船)的外測數據，完成軌道確定、姿態(tài)確定、運行軌道控制計算、正常和應急返回控制計算以及自主應急返回控制計算等任務(wù)。北京航天飛控中心如果無(wú)法正常工作，西安測控中心則能夠繼續對飛船進(jìn)行軌道和控制計算，向飛船發(fā)送指令以及引導飛船應急返回�！皞浞葜行氖菫榱祟A防計算過(guò)程中產(chǎn)生誤差�！睋榻B，備份的另一層含義是，西安測控中心也將實(shí)時(shí)監視飛船的工作狀態(tài)，并進(jìn)行數據處理，北京航天飛控中心的數據處理結果，將與西安測控中心進(jìn)行比對，結果一致時(shí)才轉入下一步執行。
昨日記者獲悉，22日下午，西安衛星測控中心專(zhuān)門(mén)成立“嫦娥一號”指揮部進(jìn)駐中心監控大樓，就即將承擔的測控任務(wù)進(jìn)行了發(fā)射前的最后演練，并取得了成功。中心當即對所有設備的狀態(tài)進(jìn)行了封存，只待發(fā)射。
當年攻關(guān) 回收衛星克服難題
西安衛星測控中心組建40年來(lái)，實(shí)現了航天測控“飛向太空、返回地面、同步定點(diǎn)、飛船回收、多星管理”五大跨越，圓滿(mǎn)完成了6次“神舟”飛船及100余顆衛星的發(fā)射測控、回收和在軌管理任務(wù)。
最初的西安衛星測控中心，是伴隨我國第一顆人造地球衛星發(fā)射任務(wù)而組建起來(lái)的�！爱敃r(shí)大多數科技人員對航天測控知識知之甚少。軌道計算、軟件設計，都需要從頭學(xué)起�！睋榻B，許多人甚至連計算機是什么模樣都沒(méi)見(jiàn)過(guò)。就是在這樣艱難的條件下，經(jīng)過(guò)一年多的努力，成功編制出“東方紅一號”衛星軌道計算、軌道預報、數據處理等一整套測控方案。1970年 4月24日，我國第一顆衛星成功發(fā)射后，西安衛星測控中心準確預報了衛星飛臨世界244個(gè)城市上空的時(shí)間和方位。
送衛星上天不易，讓衛星返回更難。1975年，我國準備發(fā)射返回式衛星。能否首戰告捷，航天測控十分關(guān)鍵。這時(shí)，一個(gè)意外的難題出現了。由于運載火箭推力等因素的限制，我國第一顆返回式衛星的軌道傾角設定在63度。而傳統的衛星軌道計算公式存在一個(gè)63.4度的“臨界傾角”奇點(diǎn)問(wèn)題：即衛星軌道面與赤道面的夾角處于63.4度時(shí)，運算公式中的分母就是“0”，導致無(wú)法計算�！�63和63.4，太接近了！衛星發(fā)射一旦出現入軌偏差，接近‘臨界傾角’，衛星的運行軌道就無(wú)法計算，或計算時(shí)出現很大誤差，衛星就不能準確回收�！睋撝行南嚓P(guān)專(zhuān)家介紹，科技人員經(jīng)過(guò)反復討論和研究，認為既然衛星的軌道傾角無(wú)法改變，那就改變計算方法。終于在衛星發(fā)射前，找到了一個(gè)新的軌道計算方案，避開(kāi)了“臨界傾角”這個(gè)難題。
衛星工作 測控中心是系統核心
據專(zhuān)家介紹，衛星的地面測量和控制是一件非常重要、非常精細和非常復雜的工作。衛星的地面測控由測控中心和分布在各地的測控臺、站(包括測量船)進(jìn)行。在衛星與運載火箭分離的一剎那，測控中心要根據各臺站實(shí)時(shí)測得的數據，算出衛星的位置、速度和姿態(tài)參數，判斷衛星是否入軌。入軌后，測控中心要立即算出其初軌參數，并根據各測控臺站發(fā)來(lái)的遙測數據，判斷衛星上各種儀器工作是否正常，以便采取對策�！斑@些工作必須在幾分鐘內完成�！睂�(zhuān)家介紹，衛星進(jìn)入飛行階段后，負責跟蹤的測控臺站要立即捕獲目標并進(jìn)行精確測量。測控中心利用這些數據，計算出精確的軌道參數來(lái)。
“衛星在整個(gè)工作過(guò)程中，測控中心和各測控臺站要不斷地對其速度姿態(tài)參數進(jìn)行跟蹤測量，不斷地精化其軌道參數�！痹趯π巧蟽x器的工作狀態(tài)進(jìn)行測量、分析和處理的同時(shí)，還要接收衛星發(fā)回的科學(xué)探測數據。由此可見(jiàn)，為使衛星正常工作，必須有一個(gè)龐大的地面測控系統日以繼夜地緊張工作。衛星測控中心是這個(gè)系統的核心。
此外，測控中心還有它的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，即通信系統，它把衛星發(fā)射場(chǎng)、回收場(chǎng)以及各測控臺站等四面八方聯(lián)系起來(lái)。
“嫦娥奔月” 進(jìn)行10次主要控制
據悉，西安測控中心研發(fā)完成的月球探測奔月航天器精密軌道計算系統，受到了航天界專(zhuān)家的充分肯定，確認中心已具備深空繞月精密軌道計算能力。
據透露，在“嫦娥一號”離開(kāi)地球到達月球的整個(gè)過(guò)程中，一共有10次主要的飛行控制事件，它們分別為1次遠地點(diǎn)變軌、3次近地點(diǎn)變軌、3次中途修正和3次近月制動(dòng)。
西安衛星測控中心在國內首創(chuàng )設計了以航天器控制語(yǔ)言為核心的中心遙控模式，實(shí)現了衛星控制由測控站遙控指令鏈模式到中心遙控作業(yè)工作模式的跨越，滿(mǎn)足了對航天器高效、規范、靈活、準確的上行控制要求。這種遙控模式，可以將指令發(fā)送間隔由1秒縮短到0.3秒。
月光寶盒
越來(lái)越擁擠的太空之所以沒(méi)有變得雜亂無(wú)序，是一個(gè)神奇的力量引導著(zhù)這些航天器始終按照自己的軌道飛行。這個(gè)神奇的力量，來(lái)自于龐大的航天測控網(wǎng)。
從運載火箭發(fā)射和 “嫦娥一號”衛星的發(fā)射“啟程”開(kāi)始，航天測控通信網(wǎng)就通過(guò)強大的捕捉機構和能力，始終對“嫦娥一號”的運動(dòng)和工作狀態(tài)進(jìn)行著(zhù)嚴密的測量和控制，而在這個(gè)測控網(wǎng)中，西安衛星測控中心及其下屬測控點(diǎn)都承擔著(zhù)重要任務(wù)。
太空搶險 讓衛星“起死回生”
衛星測控就是通過(guò)測控網(wǎng)，對衛星進(jìn)行跟蹤、測量和控制。西安衛星測控中心因擔負中國在軌航天器長(cháng)期管理任務(wù)，而被航天界稱(chēng)為衛星在地面上的“管家”與“醫生”。
2006年10月，我國一顆在軌運行的衛星突然發(fā)生嚴重故障，衛星姿態(tài)失控，并與地面基本失去聯(lián)系。西安衛星測控中心立即組織專(zhuān)家進(jìn)行搶救。在正常情況下，確定衛星姿態(tài)并不難。然而，由于衛星發(fā)生故障后，往常用來(lái)確定衛星姿態(tài)的方案和技術(shù)手段已不能使用。他們另辟蹊徑，利用斷斷續續獲得的零星數據，在極其困難的條件下確定了失控衛星的姿態(tài)。衛星的姿態(tài)確定了，接下來(lái)就要掌握衛星姿態(tài)的變化規律，以尋找出最佳的搶救時(shí)機。衛星姿態(tài)的變化，受到空間磁場(chǎng)、高空大氣、重力梯度等許多不可預測因素的影響，在國際航天領(lǐng)域里，這是一個(gè)令專(zhuān)家犯怵的技術(shù)難題。對中國專(zhuān)家來(lái)說(shuō)，掌握失控衛星姿態(tài)的變化規律，也是以前從未做過(guò)的工作。
在那些日子里，專(zhuān)家們創(chuàng )造性地提出了一種可以利用數據進(jìn)行不斷修正的姿態(tài)預測方案。經(jīng)過(guò)一次次仿真模擬，一次次技術(shù)驗證，終于準確預測出12月上旬某天是最佳的搶救時(shí)機。錯過(guò)這個(gè)戰機，衛星就可能永久失控，成為太空垃圾。
即使是這個(gè)最佳搶救時(shí)機，每次可供利用的控制窗口也只有短短的10秒。但按傳統方式實(shí)施搶救，發(fā)送指令和數據的時(shí)間至少需要30秒。又是幾個(gè)晝夜的攻關(guān)。最終通過(guò)調整指令結構、創(chuàng )新判別方式、改進(jìn)程序設計等途徑，把遙控發(fā)令時(shí)間成功縮短到了8秒以?xún)�。隨著(zhù)一條條指令的發(fā)送、一項項數據的注入，失控69天的衛星，終于“起死回生”。
古詩(shī)今說(shuō)
云母屏風(fēng)燭影深，長(cháng)河漸落曉星沉。嫦娥應悔偷靈藥，碧海青天夜夜心。
唐代詩(shī)人李商隱這首《嫦娥》，感嘆嫦娥偷吃不死藥后飛上月亮，想回人間卻無(wú)能為力，只能夜夜感受孤冷凄涼。今天的“嫦娥一號”，飛向月亮也是一去不還，但她卻不會(huì )后悔，因為地面控制中心隨時(shí)會(huì )和她“聯(lián)絡(luò )”，她一點(diǎn)都不會(huì )感到寂寞，更何況，“嫦娥一號”之后，她的“妹妹”們也將相繼奔月，而且去了還能回來(lái)。這正是———
萬(wàn)里銀河奔月路，嫦娥自有人間線(xiàn)。
不悔奔月不回首，再待妹妹來(lái)團圓。
人物特寫(xiě)
神秘“牧星人”
李濟生：精密定軌 孜孜以求
李濟生，中科院院士、西安測控中心原總工程師。主要從事衛星軌道的精密定軌工作。我國第一顆衛星發(fā)射成功后，大家都在歡慶，他卻望著(zhù)神秘的蒼穹在想，這顆衛星的軌道精度是多少？從那一刻起，他開(kāi)始了30多年的不懈求索，測定的軌道精度，從幾公里級-千米級-百米級-十米級-米級。
巫致中：受到鄧小平接見(jiàn)
巫致中，這位1963年大學(xué)畢業(yè)的數學(xué)力學(xué)系高才生，他的工作是用科學(xué)的語(yǔ)言編制一套“信息流程”，將衛星和地面聯(lián)成一條測控回路，使地面的指令能發(fā)到衛星上，衛星上的信息能傳到地面，實(shí)現人對衛星的精確測量和及時(shí)控制。從第一顆衛星到第一顆返回式衛星、第一顆地球同步軌道衛星，編制了一個(gè)又一個(gè)的“信息流程”。1987年夏，他作為航天測控系統的代表，被邀請到北戴河并受到鄧小平的接見(jiàn)。
祁思禹：錢(qián)學(xué)森給他敬酒
祁思禹，中心技術(shù)部高級工程師。1967年，他接受了返回式衛星測控和回收方案的編程任務(wù)。1975年11月26日，第一顆返回式衛星順利升空，按計劃3天后回收，可衛星在飛行中突然出現異常，有人建議提前回收。在現場(chǎng)指揮的錢(qián)學(xué)森說(shuō)：“把祁思禹叫來(lái)”。祁思禹到后回答：“依我們的計算結果，可以按計劃回收�！毙l星最終按計劃回收，取得圓滿(mǎn)成功。后來(lái)，錢(qián)學(xué)森親自為祁思禹敬酒慶功。
余培軍：成功搶救故障衛星
余培軍，1991年畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，是中心技術(shù)部的副總工程師，已參加了30多次衛星和飛船的測控任務(wù)，取得了10多項高等級科研成果。其中，有7項填補了國內空白。
今年2月，一顆剛發(fā)射入軌的衛星因發(fā)生故障，與地面失去聯(lián)系。余培軍通過(guò)對衛星信號消失前的散亂數據進(jìn)行分析，準確判斷出衛星發(fā)生故障時(shí)的運行姿態(tài)，并對故障衛星來(lái)電時(shí)可能出現的數十種狀態(tài)制定了不同預案。大年初三凌晨，突然出現的衛星信號被成功捕捉，中心立即發(fā)送指令，調整星上太陽(yáng)能帆板，5天后，衛星恢復正常供電。在預定進(jìn)行第一次變軌的前一天，余培軍和專(zhuān)家們分析后發(fā)現，頭天為變軌進(jìn)行準備的天線(xiàn)展開(kāi)影響了衛星的結構，如不立即采取措施，衛星可能再次失控，他果斷提出，提前一天對衛星實(shí)施變軌。半個(gè)小時(shí)后，指令發(fā)送到了衛星上，變軌成功。
王家松：帶著(zhù)成果毅然回國
王家松，1968年出生，軌道室副主任，從2000年至今，研制和開(kāi)發(fā)具有超前性的高精度軌道軟件計算系統。期間，他曾去國外讀博，在歐洲空間操作中心組織的“環(huán)境衛星”軌道競賽中，他研發(fā)的定軌軟件徑向精度達到了2-3厘米，一舉奪冠。學(xué)業(yè)完成后，婉拒了導師的挽留，他帶著(zhù)研究成果毅然歸國。
李恒年：精確神五落點(diǎn)預報
李恒年，軟件室高級工程師。今年剛過(guò)40，是新世紀“百千萬(wàn)人才工程”的國家級人選。在執行神舟五號載人飛行任務(wù)前，他對神舟一號到神舟四號的實(shí)際測量數據，進(jìn)行了復雜的分析建模，創(chuàng )造性地提出了返回艙氣象風(fēng)修正落點(diǎn)預報方法，經(jīng)過(guò)近百次的仿真測算，不斷修正預報落點(diǎn)方案，成功地將飛船返回艙的預報落點(diǎn)，由10公里的精度提高到1公里以?xún)取?記者 俞剛)
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