“东方红2号”通信卫星测控记

航天 · 2016-11-22 23:55:12

卫星观测站　　【编者按】刚刚过去的4月24日，是我国第一个航天日。中国航天从1956年起步，到今年已经整整走过了60载风雨历程。“中国航天文学第一人”、三届鲁迅文学奖得主、著名作家李鸣生的新作“航天七部曲”，是国内惟一一套展现中国航天60年历程的文学化航天通史。我们仅选取其中的一个故事，带您了解中国航天事业的发展与辉煌。　　“神机妙算”的测控专家　　出乎意外的是，这颗卫星执行完任务后，在返回途中突然失控。据悉，该卫星腹内装有相当数量的核原子，其当量与美国当年扔在日本广岛的原子弹相当！　　1984年4月8日晚，是中国发射“东方红2号”卫星即同步通信卫星的日子。7点25分，随着西昌卫星基地发射指战员一声令下，火箭腾空而起。大约10秒钟后，载着卫星的火箭离开发射架，开始程序拐弯，向着东南方向飞去。　　而此时此刻，远在千里之外的西安卫星测控中心与西昌卫星发射场一样，既充满了激动与兴奋，又隐伏着紧张与焦虑。截然不同的是，这里既看不到轰轰烈烈的发射场面，也见不着辉煌壮美的热闹景观，而只有成千上万条的指令和来自四面八方的海量数据信息，在悄无声息中交汇运行。　　西安卫星测控中心，被人称为“中国的休斯敦”（休斯敦即美国著名的航天测控中心），这里云集了中国顶尖的测控技术人才。此刻，这些出色地驯服过中国和外国的各种卫星的测控专家们，就坐在测控大厅的中央，正不间断地通过计算机向飞行在天上的卫星发送着各种指令。他们表面看上去平平常常，普普通通，但在中国每一次发射的关键时刻，历史总会留下他们的名字。　　正是拥有了这批杰出的测控人才，西安卫星测控中心才一次又一次地完成了对各种卫星的跟踪测量任务。可以说，自1970年中国第一颗人造卫星上天以来，中国发射的所有卫星，其跟踪观察、遥测遥控、运行管理、信息交换、数据处理和姿态控制等任务，全都是由该中心负责承担的。中心的专家们将人类的思维和意志变成神奇的计算机语言，然后再将这些语言发往茫茫太空，让天上飞翔的卫星完全听从他们的摆布。这些在常人看来根本不可思议的事情，他们只在手指跳动的一瞬间便可完成。譬如返回式卫星，不光要成功地把它发射上天，还要让它完全按照人的意志重返人间。其技术之复杂、工作之艰难，是常人无法想象的。但就是这些测控专家们凭着可贵的敬业精神和高超的测控技术，让中国的返回式卫星的回收成功率达到了100％。　　尤其值得一提的是，西安卫星测控中心在执行国际测控任务中，还有过十分出色的表现。关于这个问题，有两个惊险的故事——　　第一个故事发生在1979年。这年6月21日上午，美国驻华大使馆受命向中国外交部发出通告：美国“天空试验室”在回收时失控了！希望中国能伸出援助之手，协助搜寻并预报落点。同时，美国的电台电视台也公开作了报道，有关部门还向世界其他国家发出了通告，呼吁全世界协助搜寻。中国则将此任务交给了西安卫星测控中心。　　美国的“天空试验室”，实际上就是一颗远地点返回式卫星。这颗卫星虽然重量不重，但变轨次数却极为频繁——在返回大地接近陨落时，平均几十秒钟就要变轨一次，所以控制起来有相当大的难度，连拥有世界一流的雷达跟踪测量设备的美国北美防空司令部，对此也颇感棘手。　　西安卫星测控中心接到任务后，当即组织成立了卫星拦截组、计算组和预报组。经过一段时间的熬夜苦战，精心计算，1979年7月11日这天，终于“抓住”了这颗企图逃离人类手掌的卫星，并正式预报了美国“天空试验室”陨落的时间和位置。这次预报，不仅比美国预报的时间提前了四小时，而且与卫星实际陨落的时间只差了四分钟！　　第二个故事发生在1995年。这年1月3日晚，俄罗斯成功地发射了一颗海洋核动力侦察卫星——“宇宙1402号”。出乎意外的是，这颗卫星执行完任务后，在返回途中突然失控。据悉，该卫星腹内装有相当数量的核原子，其当量与美国当年扔在日本广岛的原子弹相当！若是一般的卫星，失控了，能抓住当然更好；实在抓不住，也没什么大不了的。可俄罗斯的这颗卫星非同小可，它体内剩有核燃料，倘若不能将其及时捕获并加以控制，万一掉在任何一个国家的头上，肯定都是一件相当麻烦的事情。因为受害国遭到巨大损失的不光是生命财产，还会引起无法说清的国际纠纷。　　为此，俄罗斯航天界一片恐慌。塔斯社发出公告，向世界通报了这一险情；西方各国政府也纷纷发出呼吁，希望有跟踪测控能力的国家，能为人类的安危着想，马上组织科学家，及时追踪、预报卫星陨落的时间和地点；有的国家还专门成立了对付这颗卫星的“警戒司令部”。于是一时间，这颗卫星搅得满世界不得安宁，人心惶惶，甚至在有的国家眼里，如同世界末日来临一般。　　中国政府得知此事后，极为重视。一位军委领导还专门找到国防科工委的有关专家，具体商讨究竟如何处置。　　1月10日，国防科工委向西安卫星测控中心正式下达了跟踪预测俄罗斯海洋核动力侦察卫星的命令。测控中心接到任务后，立即通令航天测控网紧急开机，昼夜实施跟踪。众多的软件测控专家，也放弃过春节的时间，积极投入到这场捕捉“飞贼”的战斗中。　　在之后近一个月的时间里，西安卫星测控中心先后四次向国防科工委和中央军委正式上报了俄罗斯卫星陨落的时间；新华社也两次向世界各国通报了中国对俄罗斯卫星的观测情况及卫星陨落的时间。最后，中国对俄罗斯的这颗卫星做出了较为精确的落点预报，得到国际航天界同行的赞肯。　　“老掉牙”的320计算机　　面对这两台在国外早就被扔掉的分离式晶体管320计算机，法国代表团无不感到惊讶万分，问：“贵国这么多年来，难道就是用这样的计算机在回收卫星？”　　然而，说来难以令人置信的是，创建了如此卓越功勋的西安卫星测控中心的专家们，长期以来所使用的计算工具，却是一台“老掉牙”的320计算机！　　具有一般常识的人都知道，计算机相当于人的大脑。非常遗憾的是，1969年配备给测控中心的计算机，竟是两台由中国自行研制生产的、诞生于“文化大革命”中的晶体管计算机。这种计算机的运算速度每秒钟只有22万次，既不可靠，又不稳定，在多方面都明显表现出先天不足。更为可笑的是，当年首次接触这台计算机的主人们，连计算机长得是个什么样都不知道。　　然而15年来，正是这台被人称作“老掉牙”的320计算机，在那些当年连计算机都不曾见过的主人的手中，却一直充当着测控中心的主角，并相当出色地完成了中国15次卫星入轨和15次卫星回收，以及对美国、俄罗斯两颗失控卫星的高难度测量控制等任务。　　尤其值得一提的是，1975年中国第一颗返回式卫星回收时，由于卫星发射上天后要在空中运行三天三夜，这就要求320计算机也必须保证连续三天三夜无故障运行。但因320计算机诞生于混乱年代，工艺质量没有严格把关；再加上许多元器件老化，所以平均每30分钟就得出现一次故障！面对如此严重的问题，测控中心当时颇感为难。重新更换机子吧，320机当时在中国已算最先进的第二代计算机了，即使再换新的，运算水平也不过如此；从国外进口吧，别人又不肯给你，再说也没有这笔钱。　　最后，以胡正海为首的机组人员决定自己动手，革新改造，排除了一个又一个的隐患，解决了一个又一个的难题，使320计算机由原来平均半小时就出一次故障，变为可以连续无故障运行几十小时乃至上百个小时，最后顺利完成了卫星的回收和“一箭三星”的测控计算任务。　　1978年，法国空间技术代表团来到西安卫星测控中心参观访问。可当法国代表团走进计算机机房时，既没看到他们十分熟悉的大规模集成电路，又未瞧见他们想象中的国际通用电子网络，而呈现在他们眼前的，只有两部在国外早就被扔掉的分离式晶体管320计算机！面对这两台“老掉牙”的计算机，法国代表团无不感到惊讶万分，问：“贵国这么多年来，难道就是用这样的计算机在回收卫星？”中方作出肯定回答后，法国代表中不少人仍然不肯相信，连连摇头说：“根本不可能”。甚至有的代表还怀疑是中国不让他们看，有意隐藏了最先进的计算机设备。　　1979年9月，日本代表团也来到西安卫星测控中心参观访问。日本代表团见到320计算机后，同样感到惊讶，不可置信。中方代表向他们讲明真情后，日方代表说：“没想到你们中国就是用这样的设备回收卫星，这简直是一个奇迹！不过，以后你们要发射同步通信卫星时，这种计算机就再也用不上了！”　　果然，两年后，当中国要发射同步通信卫星的任务下达后，320计算机当即陷入困境。因为通信卫星的发射、定点，是一个相当复杂的系统工程，要测量、控制好这样的卫星，对计算机就提出了更高的要求。在实施发射中，计算机不仅要向绵延数千公里的各测控站和测量船提供引导数据和信息交换，用生成的控制指令去对卫星进行一系列的遥控，而且还要对卫星轨道进行计算，选择远地点发动机点火的最佳时刻，以及对各种遥测数据进行快速处理。而320计算机虽然几经改造大有起色，但毕竟先天不足，且随着时间的推移，元器件的老化越来越严重，机子的稳定性能越来越差，仅有60万字节的存储器容量，怎么可能去计算处理通信卫星的有关数据和信息呢？　　怎么办？从国外买，国际巴黎统筹委员会对中国一直不开绿灯，而钱的问题依然还是一个问题；若自己研制自己造，时间又来不及，也不可能。唯一的选择还是只有一条，再次革新改造。于是，郝岩副司令员大胆提出了一个四机并联的方案，即将两台320计算机与两台717计算机合并使用。根据这一方案，软件专家编写出了新的通信软件编制，硬件专家对并联后的计算机重新作了设计、安装和调试，然后再对内存储器做了改造，使其容量比原来增大了一倍。　　就这样，老掉牙的320计算机才在这次发射“东方红2号”卫星的任务中，再次挑起测控中心的重担。　　此刻，与火箭分离后的卫星还在天上飞速地运行着。测控中心的指挥大厅里，各种测量仪器显示，正在天上运行的卫星工作正常；而多种运算结果也再一次表明，320计算机一切正常！　　可惜，这台先后参加过41次发射试验任务，为中国航天事业效力了18年，被国防部长张爱萍称为“功勋计算机”并提议“退役”后放到军事博物馆的计算机，后来“退役”后，竟被南方一家乡镇企业仅用了几万元人民币便全部买走，然后拿去拆散，当作元器件使用了！　　空中二次发射　　但空中二次发射风险极大。如果地面的“点火”指令发不出去，或指令发出后卫星上的发动机不点火，那卫星就无法到达36000公里高的准同步轨道，而只能在大椭圆轨道上继续“流浪”，直至陨落坠毁。　　1984年4月9日，经过一天一夜运行的卫星，在大椭圆轨道上绕着地球转了一圈后，开始了第二圈的飞行。　　西安卫星测控中心通过一天一夜的连续奋战，对天上的卫星进行了精确的测量，同时通过向卫星发送的上千个指令，对卫星的轨道、卫星的姿态、卫星的转速等，进行了反复的控制和调整，从而把卫星完全按照人的意志调整到了一个最佳的等待点火的姿态。　　4月10日，卫星进入了大椭圆转移轨道最后一圈的飞行。据各种数据表明，具备了在空中第二次点火的最佳点火条件。　　对飞行在太空中的卫星实施第二次点火，相当于卫星要在天上进行第二次发射。其具体过程是：在计算机的控制下，通过地面遥控系统向太空中的卫星发去一串无线电指令，卫星上的远地点发动机就会应命点火，即在空中再进行一次发射，而后卫星在其推力下，从转移轨道进入准同步轨道。　　但是，空中二次发射风险极大。如果地面的“点火”指令因设备突然发生故障而发不出去，或“点火”指令发出后，卫星上的发动机又不点火，那卫星就无法到达36000公里高的准同步轨道，而只能在大椭圆轨道上继续“流浪”，直至陨落坠毁；倘若点火的时机把握不准，或者卫星的点火姿态控制有误，地面的“点火”指令尽管发送出去了，发出去的“点火”指令也把卫星上的发动机点着了，但仍不能保证卫星的准确入轨。　　4月10日9时，卫星空中二次点火的最佳时机到了。测控指挥大厅的所有人都屏住了呼吸，两眼紧紧地盯住了大屏幕上的指示曲线。　　“远地点发动机点火！”随着指挥员一声令下，遥控系统立即向太空发出了一串“点火”指令。全体人员呼地站了起来，目光一起投向大厅正面的显示屏幕：屏幕上，标志着卫星倾角的曲线迅速下跌，而远地点高度的标线却呼呼地直往上蹿……片刻，指挥员发出了振奋人心的报告：“卫星点火成功！” 大厅顿时掌声雷动，人声鼎沸。　　返回数据表明，卫星已进入准同步轨道。　　卫星突然“发烧”　　果然，就在第三天，天上的卫星突然“发烧”了！所谓卫星“发烧”，是指卫星上的电池突然发热，引起卫星的温度升高。　　然而，通信卫星进入准同步轨道后，测控中心的工作非但没有结束，反而更加忙碌。首先，要发去一系列的指令，让放倒的卫星重新站起，然后再给卫星建立一个漂移的速度，让卫星向着最后定点的区域缓缓漂移。当卫星漂移到预定的区域时，再通过遥控系统向卫星发去“刹车”指令，将卫星定点在36000公里高的赤道上空。而卫星在太空的这段漂移过程，需要一周到半月。此期间每天要对卫星进行遥测监视，不让它溜出规定的圈子，每天只能漂移五六度。　　这种办法有点像牧人用鞭子抽赶骆驼。骆驼老实听话时，举着鞭子跟在后面就行；骆驼不听话或者调皮捣蛋时，就用鞭子抽它几下。问题是卫星在天上，要让它完全听从人的摆布，不是一件容易的事情。　　果然，就在第三天，天上的卫星突然“发烧”了！　　所谓卫星“发烧”，是指卫星上的电池突然发热，引起卫星的温度升高。本来，按照设计要求，卫星上的电池温度最高不能超过30度，可现在，不到半小时，卫星上的电池已“高烧”到了60度！这个问题过去从未出现过，专家们大惊，搞卫星电池设计的专家们更是急得面红耳赤额头冒汗！因为卫星亦如人体，若继续“高烧”下去，轻者会把系统“烧”出毛病；重者将把卫星彻底“烧”坏甚至引起爆炸！　　基地司令员当即召开“飞控组”紧急会议。大家一致认为，当务之急是先让卫星的温度降下来。最后，“飞控组”拍板：对卫星进行大角度调姿，甚至将它放倒！　　但发射场就是战场，打卫星不是放风筝。决策定下之后，还必须有人签字负责，这是发射场历来的一条规矩。于是副司令员郝岩来不及起草正式文件，随手撕下一张打印纸，在上面写好意见后，自己第一个就签了字。接着宋健、孙家栋、戚发轫等专家也签了字。　　总师巫致中对有关的程序很快作了修改，然后交软件人员马上实施。接着，遥控系统先对卫星现有的姿态进行了测定，并很快算出了测控量。最后，指挥员一声令下，操作员按动电钮，一条有着极大风险的特殊指令链迅速发往太空！　　片刻，天上的卫星便乖乖地躺倒了。紧接着，遥控系统再次发出指令，又将卫星竖了起来。如此反复调整，卫星在天上时而卧倒时而站起，时而站起时而卧倒，一连翻了七八个跟斗，最后暂时确定在一种姿态上。由于卫星避开了太阳的直射，温度开始下降。　　但是，温度下降后的卫星并未降到原来规定的位置，能否保证与地面的正常通信，在场的专家谁也没底，只有搞卫星蓄电池设计的专家才能确定。而搞卫星蓄电池设计的专家此刻却在千里之外的天津。　　卫星副总设计师戚发轫当即乘专机赶到天津，找到四机部的1418所所长陈景贵。陈景贵紧急动员全所技术人员，连夜对卫星的蓄电池进行了模拟试验。经连续几天几夜的苦战，终于获得一系列可靠的试验数据。而后戚发轫和陈所长拿上试验数据，连夜乘飞机赶回测控中心。紧接着指挥员当即下令发出指令链，对卫星的姿态再次进行了反复调整。　　卫星“发烧”的问题，终于得以解决。紧张了几天几夜的专家们，这才长长地松了一口气。但“退烧”后的卫星，能否正常定点，又成为大家担忧的问题。　　1984年4月16日18时27分57秒，“东方红2号”通信卫星历经一路风险终于漂移到了最佳定点区域，西安渭南测控中心一声令下，当即向天上飞旋的卫星发去了“刹车”指令。一瞬间，太空仿佛突然伸出一只无形的大手，轻轻一提，便将“东方红2号”卫星从准同步轨道拽到了同步轨道，最终定点在了东经125度的赤道上空！　　1984年5月14日，各种试验结束。通信卫星功能正常，正式交付使用。　　从此，中国结束了长期租用外国卫星的日子，开始了用自己的卫星通信的历史。　　（选编自“航天七部曲”之《远征三万六》。天地出版社出版）　　图片由作者提供

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