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他們將“嫦娥”送上月球
送交者: 付毅飛 胡唯元 2007年12月12日15:47:39 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  2007年11月26日,嫦娥一號首張月面圖片正式發布,標誌我國首次繞月探測工程取得圓滿成功。

  在這舉國歡慶的時刻,有一群人的名字將被載入中國航天史,正是他們一步步將“嫦娥”送往月球,將中華民族千年奔月夢想變成現實。

  “今天下班怎麼這麼早?”

  2004年1月23日,經溫家寶總理批准,我國月球探測計劃的第一步———繞月探測工程正式啟動。其中,工程五大系統之一的衛星系統研製由航天科技集團公司中國空間技術研究院領軍負責。中國科學院院士葉培建擔任衛星總指揮、總設計師,肩負起製造“嫦娥”的重任。

  沒有成熟的經驗可借鑑,沒有充分的數據去參考,沒有試驗星,卻要在3年多時間內實現“精確變軌,繞月飛行,首飛成功,一年壽命”的探測工程目標。葉培建帶領着一支平均年齡不到30歲的年輕團隊接受了挑戰。他們在充分利用現有衛星研製成果的同時,針對月球探測衛星的新特點,集思廣益,開拓進取,3年多來先後攻克了月食、軌道設計、兩自由度數傳定向天線研製、衛星熱設計、制導/導航與控制分系統設計、測控數傳分系統設計、紫外月球敏感器、數管分系統設計等一系列技術難題,拿下了一大批具有自主知識產權的核心技術,創造了中國航天器研製歷史上的一個奇蹟。

  從距地7萬公里到地月38萬公里的距離,衛星各類信號面臨着嚴重衰減的問題,而當時的狀況是我國測控站只能支持略大於地球同步軌道衛星的高度。如何大幅提升遠距離測控技術,是衛星要解決的關鍵問題。在確定測控數傳分系統設計方案的過程中,主任設計師吳學英帶領工作人員日夜攻關,最終得到了多項創新方案,提高了全向天線的增益和全空間覆蓋範圍,減少了信號的功率損失,降低了遙控碼速率並提供高低兩種遙測碼速率,提供了多檔碼速率,設計了多種靈活的工作模式,改進了雙通道發射鏈路的設計。這些創新方案確保了嫦娥一號能夠把寶貴的科學探測數據穩定可靠地傳回地面。

  2005年上半年,我國氣象部門預測到,嫦娥一號在一年的壽命期內不可避免要經歷兩次月食,這又是一個巨大的考驗。月食發生時,太陽光被擋住,衛星將失去太陽能供電;同時,周圍環境變得異常寒冷,衛星上的儀器將有可能無法工作;此外,月球表面的熱環境也十分複雜。這些都將對衛星的供電能力、熱控的維持能力、星上狀態設置的準確性和最小功耗模式的穩定性造成很大影響。對此,熱控工程研究室主任設計師邵興國和同事們通過各種補充試驗來設法提高嫦娥一號生存能力和可靠性。蓄電池組低溫放電能力、溫度維持能力、各設備的低溫耐受能力……他們全面分析了各種不確定性因素,改進了相關分系統的設計,對關鍵環節進行了專項試驗驗證,對衛熱設計和數管軟件進行了修改和完善,使衛星能夠抵禦住巨大的冷熱溫差。

  制導/導航與控制系統(GNC)可謂是衛星的大腦,可以自主指揮衛星做出各種動作,也可以按照地面站的指令讓衛星在太空中按照人們的意圖工作。其中,我國首次在衛星上使用的紫外敏感器是GNC的一個亮點。過去我國的衛星都是地球衛星,裝備適合地球環境的紅外敏感器;但月球沒有大氣層,也就不可能具有穩定的紅外輻射帶,所以在嫦娥一號上不能使用紅外敏感器作為月球的敏感器。為確保三體定向的精度要求,副總設計師黃江川、主任設計師張洪華帶領GNC團隊設計出適合對月遙感的紫外敏感器,來獲得月球平面基準信息,並以此測量衛星對月地指向的姿態偏差,調整衛星的姿態,讓它作為“眼睛”來觀察月球。紫外月球敏感器是一全新的具有國際水準的設備,在150度大視場光學設計、複雜月像處理並提取姿態信息及整機地面試驗與驗證等方面均有所創新,產生了若干項自主知識產權。

  每當談到自己的團隊,葉培建總是充滿了自豪。他笑着對記者說:“嫦娥一號衛星任務重、時間緊,加班加點是家常便飯,我們有時候晚上十點下班,同志們還說:‘今天下班怎麼這麼早啊’!”

  “大帥”的三個“拜託”

  10月2日,剛接過航天科技集團公司帥印不久、兼任繞月探測工程領導小組副組長的馬興瑞飛抵西昌衛星發射中心。

  作為我國探月大戲的開篇之作,嫦娥一號發射的日子逐漸臨近。雖然參與組織過數十次宇航發射、成功地將數十顆衛星送入太空,但馬興瑞此時仍不敢有絲毫懈怠。

  他馬不停蹄,先後聽取了長征三號甲運載火箭、嫦娥一號衛星“兩總”系統的工作匯報,詳細了解了火箭、衛星進駐西昌衛星發射中心以後準備實施發射的相關情況。得到“火箭、衛星的狀態均正常完好,發射前的各項準備工作進展順利”的答覆後,他並沒有感到輕鬆,而是立刻接上一連串“拜託”:“拜託大家一定要把工作做細,拜託一線操作隊員一定要杜絕誤操作,拜託大家一定要做好預案,防止突發事故……”聽着大帥誠懇的話語,在場人員心中一股神聖的責任感油然而生。

  10月3日清晨,大涼山小雨霏霏。群山環抱之下,一場特殊的升旗儀式在這裡莊嚴舉行。在雄壯的國歌聲中,300多名發射隊隊員一同注視着國旗冉冉升起,馬興瑞同隊員一起,莊嚴地舉起了右手,面對國旗,響亮的誓言劃破長空,久久迴蕩在山谷中。

  “發射準備,5秒、4秒……1秒……發射!”

  10月24日18點05分,隨着0號指揮員李本琪的“點火”口令,長三甲火箭噴薄出耀眼的火焰騰空而起,把嫦娥一號送入太空,隆隆的聲響震撼着發射場。在經歷了等待、期盼、緊張之後,全體發射隊員爆發出成功的歡呼聲,緊緊擁抱在一起。

  為滿足嫦娥一號的發射要求,2006年初,長三甲火箭總體主任設計師陳閩慷就帶領總體室完成了13個專業的總體設計。

  由於大工程總體計劃調整,嫦娥一號發射時間也被推遲,隨之而來的是一系列技術狀態調整:發射推遲後測發控模式需要全面改進,由原來的近控模式改為現在的遠控模式;發射工位由原來論證的西昌2號發射工位變更為新建的3號發射工位;由於發射時間的變化,發射軌道都是全新的。

  火箭設計,總體先行。一系列的狀態變化要求總體設計13個專業全部重做,而且越快越好。因為只有儘早明確總體要求,才能給分系統贏得時間,確保滿足如期發射的要求。然而接到工程大計劃調整通知時,正值長三甲系列火箭高密度發射高峰的時期,在連續兩個月內要完成三次發射,設計師隊伍大多數在發射場執行發射任務。面臨着發射任務和設計任務的雙重壓力,陳閩慷忙而不亂,不但妥善解決了人力資源的緊缺,按時將總體設計工作完成,同時還圓滿完成了其他發射任務。

  在40萬公里外放飛“嫦娥”

  在運載火箭發射和嫦娥一號的飛行過程中,關鍵是依靠測控系統保持星地之間的聯繫,完成對衛星的遙測參數接收處理、飛行控制和軌道的測量與確定任務。如果把嫦娥一號比作風箏,測控站就是牽住風箏的線,而地面測控中心的工作人員們則是那些放飛風箏的人。

  繞月探測工程測控系統副總設計師董光亮曾表示:“繞月探測工程是我國首次開展的深空探測任務,目前,我們才為‘嫦娥’修築了一條出征小路,將來,我們要為它修築一條高速路。”

  對嫦娥一號發射和在軌運行的測控系統,是經過對我國現有S頻段航天測控網適應性改造和功能性擴充,輔以甚長基線干涉天文觀測網的基礎上實現的。以往我國的絕大部分衛星距離地面在4.2萬公里以內,個別衛星離地面最遠距離也不過8萬公里,屬於近程範圍;而在繞月探測工程中,嫦娥一號距離地面最遠可達44萬公里,屬於遠程範圍,軌道測控難度大大增加。美、俄等空間大國解決這個難題的主要辦法是投入經費和時間,建造大口徑天線。

  由於我國國土面積的限制和地球自轉的影響,僅利用我國境內的地面測控站不可能實現對嫦娥一號的連續跟蹤覆蓋。為了提高測控系統的可靠性、增大測控覆蓋率,董光亮提出了與歐洲航天局開展國際聯網的建設性思路,即利用歐洲航天局的地面站為嫦娥一號提供測控支持,從而開啟了與歐空局的測控合作之門,形成“國內測控站(船)+國外測控站”的全球布站方案,使嫦娥一號的測控覆蓋率達到了98%%以上。

  為確保中歐雙方之間測控接口的匹配性和正確性,董光亮組織了利用我國探測一號衛星進行歐空局地面測控站的測距兼容性試驗。結果表明,歐洲航天局地面測控站可以用於嫦娥一號的測控支持服務。為了確保改造和擴充後的測控系統對嫦娥一號實施測定軌的工程可以性,在與歐空局商定後,董光亮抓住其SMART—1月球探測器在軌運行的機會,策劃組織進行了我國測控系統對SMART—1環月飛行探測器的綜合測定軌試驗,不但實戰驗證了我國改造後的測控網能夠滿足繞月探測任務要求,而且證明我國的綜合測定軌精度與歐空局相當,達到了國際同類水平。

  從繞月探測工程立項到嫦娥一號飛天,繞月探測工程測控系統主任設計師李海濤親歷了整個系統的建設過程,幾年來四處馬不停蹄地奔波,樂此不疲。為早日解決遠距離高精度測控問題,他反覆論證,提出在原有測控設備基礎上增配一套18米單收天線,以解決下行鏈路電平不足問題的方案,得到了工程總體的認可,使星地測控信道性能,比用於地球衛星測控的原有設備天線有了明顯改善,增強了系統的可靠性,使地面測控站的作用距離從地球範圍延伸到月球範圍。

  針對嫦娥一號測控的特點,為解決信號弱、測量精度不高的問題,李海濤在總體設計中提出窄帶測量技術。即提高信噪比,信道比越高測量精度越高。由於信號的強度已達到最大限度,只能壓縮接收機的環路帶寬來提高信噪比。針對月球探測相對動態較慢、變化比較小的特點,對有關測控站的設備進行了改造,提高信噪比,通過對歐空局SMART—1衛星的跟蹤測量,驗證了窄帶測量對提高測量精度的貢獻。

  把青春的夢想編織在奔月路上

  北京航天飛行控制中心作為嫦娥一號繞月探測任務的“領航人”,對衛星進行了全程控制。38萬公里的太空旅程,上百個太空動作在這裡執行,上千條指令從這裡發出,數以萬計的數據在這裡匯集……通過科研人員的共同努力,嫦娥一號任務成功突破了地月轉移軌道控制、月球衛星精密定軌、大延時多模態衛星監視與控制、多體制聯合測控4項關鍵技術,確保了整個任務狀態正確、計算精確、控制準確。

  北京航天飛行控制中心科研團隊是一支朝氣蓬勃的群體,青年人約占80%。在中心274個關鍵崗位上,大多是1994年以後畢業的大學生,主要課題的負責人平均年齡不到30歲。在漫漫奔月路上,這一批青年專家,把自己青春的夢想編織在奔月路上。

  軟件室遙測組組長郄衛軍,是2005年的清華大學碩士畢業生。在嫦娥一號任務準備中,他嚴把遙測軟件質量關,帶領全組人員順利完成嫦娥一號任務遙測軟件的編寫,在第三方評測中整個遙測配置項程序一次通過,沒出現一處錯誤。800多個衛星遙測參數的技術狀態經過他的多次修改,精確反映着最新任務狀態,其中的72個進程模塊歷經調試、雙百覆蓋單元測試、部件測試、配置項測試和安全性分析,無一差錯。

  實現航天測控網的全程覆蓋,需要應用全新的傳輸協議。網絡專家王霞帶領項目組面對他們陌生的技術領域,首先把10餘本可供參考的全英文資料“啃”了下來。他們的工作計劃表細化到每天每個小時,泡在機房裡加班成了一種習慣性狀態;軌道室高級工程師李革非由於長期緊張勞累的工作,在任務期間患上了面部神經性痙攣症,住院手術後她就讓同事把電腦帶進病房,繼續對軌道精度做反覆論證計算,結果住院1個月,她算了半個月;馬曉鵬和邵華是一對“航天夫妻”,為了確保任務期間數據指令交互暢通,在衛星通訊站工作的馬曉鵬忙起來時根本無暇照顧懷孕的妻子。對此,同樣身為一線的邵華給予充分理解。她打趣地說:“現在我們是全家總動員。”

  無數個夜晚的挑燈夜戰,無數次的討論研究,無數次的模擬聯試,一套套方案從原始走向成熟,一項項設計從圖紙變成現實。他們的無私奉獻和聰明才智為“嫦娥”鋪就了順暢的奔月之路。

  嫦娥一號升空以來,成功的喜訊不斷傳來,但飛控中心的科研人員們卻依然保持着科技工作者特有的冷靜。他們知道,還有一個又一個的挑戰在等着他們。這之後的一年中,飛控中心還將統一調度各相關航天測控站,嚴密跟蹤、測量與控制,通過遙測數據分析、計算,判斷衛星的姿態、軌道、高度和星上載體的情況。

  征服太空的事業是輝煌而絢麗的,但那每一個輝煌和絢麗的背後,都凝聚着無數年輕科技人員奉獻的身影。仰望燦爛的星空,我們常常為嫦娥奔月的故事動容;而發生在中國航天人身上的故事,比那個美麗的傳說更感人,更讓人銘記於心。

(責任編輯:趙竹青)

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