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长篇特写:点击中国航天测控网

http://jczs.sina.com.cn 2002年4月3日 08:08 解放军报

  ●刘冰、本报特约记者刘程

  编者按

  人类至今已先后将5000多颗卫星、飞船、航天飞机和空间站等航天器送入太空。然而,太空并未因此变得杂乱无序,一个神奇的力量引导着这些航天器始终按照自己的轨道飞行
,偶尔偏离轨道,也能很快“迷途知返”;一旦发生了故障,就能得到及时抢救和精心照料;即使意外失控陨落,人们也能及早预知,防患于未然。这个神奇的力量,来自于庞大的地面测控网。中国由于特殊的地理位置和航天政策,其地面测控网更具特色。在“神舟”三号飞船发射成功并顺利返回地面之际,为使广大读者了解中国的地面测控网,我们特组织刊发此稿。

  沧海之滨送“神舟”

   

  中国载人航天工程的立项,使中国航天事业的发展进入一个崭新的时期。20世纪90年代初,一群风尘仆仆的建设者来到我国东海之滨青岛。几年之后,显示着现代高科技光芒的青岛测控站拔地而起,一架架高耸入云的航天测控天线昂首矗立于营院之中,为东海之滨增添了一道亮丽的风景线。它虽然是我国航天测控网上最年轻的测控站,但是青岛测控站广大科技人员感到无比自豪,因为他们组建后的第一个任务,就是参加举世瞩目的我国“神舟”一号宇宙飞船首飞试验。

  1999年11月20日6时30分,“神舟”一号飞船直上云天。5分钟后,飞船进入青岛测控站的观测弧段。几部新式国产雷达迎着海风,迅速捕捉到飞船的行踪。青岛站果断发令,一连串无线电指令注入船体计算机。随即,飞船与运载火箭分离,准确进入预定轨道。

  作为“神舟”一号飞入我国国境时第一个观测到飞船行踪的测控站,青岛测控站严阵以待,紧紧守住这个关口。经过一昼夜的坚守,完成了飞船数据接收、指令发送、数据注入等一系列测控任务。次日午夜时分,飞船完成预定飞行试验任务返回地面,青岛站再次准确捕获目标,经过一系列实时数据注入,为飞船成功回收做好了最后的准备。整个测控过程,青岛站测控系统运行良好,技术人员沉着冷静,操作娴熟,令“网上”同行赞叹不已。这次任务,使他们获得了中国载人航天首次飞行试验突出贡献奖的殊荣。

  坚守“天网”西大门

   

  在祖国西北边陲,矗立着独守我国陆基航天测控网西大门的喀什测控站。它伴随着蜿蜒的丝绸古道,背依巍巍昆仑,在西部的狂沙盐碱之中挺立了30多个年头,为中国航天测控屡建奇功。喀什测控站的建立,不但延伸了我国航天测控网观测人造卫星的测控圈次和弧段,提高了测控网的覆盖率,而且当我国发射的中、低轨道卫星入轨后从西北方向进入我国国境时,第一个能观测到卫星并实施有效控制的是它,卫星飞出我国国境时,最后一个能观测和控制卫星的还是它。其地位的重要性,特别是在航天器数据注入和发生故障,紧急抢救中的重要性不言而喻。

  1987年,我国一颗返回式卫星从酒泉卫星发射中心点火升空,在我国东南方向上空进入轨道。入轨不久,负责主要控制任务的南方某测控站向卫星发出数据注入指令,可是连续两次注入均告失败,卫星随即飞出国境。重任转瞬落在喀什测控站的身上。当时,卫星以每秒7.8公里的速度在轨道上飞驰。90分钟后,卫星即将绕地球一周再入我国国境,重现西北上空。而留给喀什站实施有效控制的时间不到10分钟。喀什站迅速组织技术力量分析兄弟测控站数据注入失败的原因,检查设备状况,调整雷达观测角度。卫星就飞临西北上空后,喀什站雷达迅速锁定目标,接着一次注入数据指令成功。

  如果说喀什测控站临危受命为返回式卫星紧急注入仅仅是一个短暂的序幕,那么抢救“风云”一号气象卫星则是一场拉锯式的持久战。

  1990年9月,我国太原卫星发射中心发射了一颗气象卫星“风云”一号极地轨道卫星,卫星在离地球900公里的空间轨道上,以南北方向绕地球运行。卫星每绕地球一圈,就可以获得宽度为2860公里的地球气象云图。

  “风云”一号上天后,向国家卫星气象中心发送了大量云图资料,为我国的气象预报、海洋预报、农业生产乃至地质勘察等方面提供了大量信息。同时也向世界各国发送当地上空的气象云图。然而,天有不测风云。就在除夕之夜,西安卫星测控中心地面控制人员突然发现星上计算机功能失灵,致使卫星姿态失控,如不尽快抢救,不但卫星不能获取地球气象云图资料,而且国家投入巨资研制的卫星将因星上能源耗尽成为一颗漂泊在宇宙空间的“死星”。

  此时,中国航天测控网中惟一有机会对“风云”一号卫星下一个飞行圈次实施有效控制的只有西北方向的喀什测控站。喀什站再次临危受命,在14分钟内,他们要完成捕捉目标,数据注入、数据比对、判读等一系列工作。当喀什站指挥室信号屏上刚一显现“风云”一号的身影时,站主控雷达载有控制指令的无线电波就以每秒30万公里的速度射向“风云”一号。反馈数据马上在计算机上显示出来:星上计算机未执行指令,注入失败,再注入,又失败。此刻,仅剩宝贵的8分钟,喀什站又果断组织第三次注入。终于,星上计算机准确执行了地面指令,完成了主副计算机的切换,卫星随之恢复正常。

  在追星赶箭的30年中,喀什测控站圆满完成了几十颗飞船、卫星的跟踪测控任务,参加类似的卫星抢险10余次,次次化险为夷,牢牢地守住了祖国航天测控网的西大门。

  国际联网显神通

   

  在广西邕江盆地北侧一个秀丽的小山岭上,矗立着为我国航天测控事业作出突出贡献的南宁测控站。南宁测控站始建于1967年,诞生于我国“两弹一星”的伟大事业中,在执行我国第一颗人造地球卫星“东方红”一号任务中,它作为测控网中第一个接收到卫星上传来《东方红》乐曲的观测站而载入史册。组建30多年来,圆满完成46次国内外卫星发射测控任务,赢得航天测控网“南天一柱”的美誉。并且,率先参加了国际测控网联网,成为中国航天测控网“对外开放”的“特区”。

  千万不要小看国际测控网联网,它可以将分散于有航天测控能力国家的航天测控资源,通过计算机和数字通信链路连成一片,形成“通达四海”的庞大测控网,从而实现国际测控资源共享,有效弥补各自测控网覆盖率的不足,填补本国测控网的测控盲点,大大提高航天测控成功率。

  当前,法国、美国、日本、欧洲等航天技术发达国家的测控组织已经建立了联网关系,形成了公认的操作模式和技术标准,并形成具有广阔发展前景的国际测控网服务市场。经过中法双方有关部门的认真考察和相互认证,中法测控网联网协议签订了,而南宁测控站则因其良好的技术水平和硬件基础成为中国测控网首次走出国门的“桥头堡”。

  1996年,我国自行研制的S频段测控系统在南宁测控站调试完成,使它具备了国际测控联网的硬件设施。1999年,南宁站小试牛刀,作为法国航天测控网的编外站,为法国一颗地球同步轨道通讯卫星和一颗太阳同步轨道卫星提供了良好的测量跟踪服务,表明中国测控站在通信协议、数据包装和传输、遥测数据接收转发等各项技术指标上完全符合国际标准,顺利通过了中方测控网支持法方航天器的测控联网验证。

  2000年5月,作为覆盖全球的“世界星”通信卫星网络家族中的重要成员,“亚洲星”在欧洲发射升空。南宁测控站作为法方测控网的节点,正式为由法国测控的“亚洲星”提供了优良的测控支持服务,不断将该星各圈次的遥测、外测数据实时传送法国测控中心处理,两国测控网间信息交流通畅,运行良好,充分体现了联网系统的稳定性。国务院于2000年11月发表的《中国的航天》白皮书指出:“中国航天测控网已具备国际联网共享测控资源的能力,测控技术达到世界先进水平。”

   

  林海雪原捕陨星

   

  太空并不宁静。目前,太空中飞行的数千个航天器时常有陨落地球的事件发生,大部分都在进入宽厚稠密的大气层中烧毁了,对地球不构成威胁。然而,仍有一些航天器由于体积庞大,在大气层中燃烧不尽,可能像重磅炸弹一样落在地球上。

  1983年1月,苏联国家通讯社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。消息传出,举世震惊。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。中国航天测控网迅速开动起来,各测控站纷纷组织力量跟踪监测这颗卫星。

  在我国北疆的一片茫茫林海中,高大密集的松树掩映下的我国东北地区惟一的测控站———长春测控站紧急投入跟踪观测。各类观测天线在零下40多摄氏度的严寒中迅速开动起来,抢先投入了战斗。

  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,运行轨道已无迹可寻,更何况“宇宙”-1402号是侦察卫星,苏联不公布轨道参数等有关资料,星上也没有可跟踪的信标,“捕获”卫星犹如大海捞针。为此,长春测控站只好打开光学跟踪经纬仪跟踪天空中的预定目标,然后分别计算卫星轨道,再从轨道高度和倾角大小来识别哪一颗卫星可能是“宇宙”-1402号。

  尽管天天不间断地搜索太空,并多次发现可疑目标,然而经过缜密计算,轨道数据却与“宇宙”-1402号相去甚远,显然是其他卫星。

  一次次的失望并没有使大家气馁。1月13日,在技术人员的不懈努力下,长春测控站终于捕捉到了“宇宙”-1402号的踪迹,他们紧紧咬住目标,不断地积累和修正轨道根数,直到准确地获得卫星的轨道参数。在兄弟测控站的协同配合下,中国航天测控网牢牢地将“宇宙”-1402号抓在“手心”,并根据卫星轨道半长轴的衰减速度和轨道面位置计算出了卫星的陨落时间和落点。结果表明,“宇宙”-1402不会落入我国境内。1月底,卫星主体部分落入印度洋海域。事实证明,我国航天测控系统预报的“宇宙”-1402号卫星陨落时间和落点精度都非常高,令世界航天大国刮目相看。

  航天测控担重任

   

  渭南测控站因其“稳坐中军帐”式的特殊地理位置,在航天测控事业中勇挑重担,成为承担我国地球同步轨道、中低轨道航天器测控及在轨卫星管理的功能齐全、测控手段先进的主要测控站。自1972年成立以来,他们圆满完成我国发射的30余颗卫星和14枚战略火箭的测控任务,为我国航天测控事业立下汗马功劳,特别是在卫星抢险方面,渭南站的精湛“医术”更为业内人士所称道。

  1984年1月29日,“长征”三号火箭在西昌卫星发射中心托举着我国第一颗试验通信卫星划破夜空,腾云而去。中国航天测控系统随之向太空撒下天网,拉开了测控的序幕。

  “遥测数据正常”、“火箭飞行正常”,渭南测控站新型国产雷达紧紧盯住钻入云层的火箭,不断向测控中心报告观测结果,火箭正载着卫星按照人们的意志飞行。

  “三级火箭第一次点火成功。”渭南站报告。

  从理论上讲,一段时间的滑行后,再经过三级火箭的第二次点火,卫星将进入预定轨道。

  突然,在太平洋上执行远洋测量任务的“远望”二号船报告:“三级火箭二次点火失败。”这表明,卫星没有得到进入预定轨道的足够推力,而进入近地轨道,开始了绕地飞行。这样一来,卫星自身上携带的太阳能帆板由于不能吸取到充足的阳光而无法为卫星提供动力。没有动力,国家耗巨资研制的卫星就无法进行任何科学试验,成为一块扔在太空的“铁疙瘩”。

  此时,卫星身上还有一块够20小时使用的蓄电池,超过20小时,卫星将因接收不到任何地面信息而只能宣告发射失败。

  “全力抢救。”北京下达了命令,几十位卫星专家、测控专家展开紧张讨论,新的测控方案终于产生:为避免预报误差,采取多站多天线分区域捕获,提高捕获概率,赶在卫星进入不可见区和能源耗尽之前的第13圈点燃星上携带的远地点发动机,将卫星推入高轨道。

  由于卫星只有经过若干圈次才进入我国本土的两个测控站的测控弧段,于是抢救卫星的重担就落在了这两家测控站的肩上。渭南测控站是其中的一个重要环节,一场挽救卫星的战斗在渭南站测控机房无声无息地打响了。卫星飞越渭南站的时间有的只有几分钟,尽管他们连续多次捕获卫星,却没等发出点火指令,卫星就再次消失在太空中。

  1月30日12时,卫星转到了第12圈。抢救的时机已经到了,但留给测控人员可观测的时间不到30分钟。

  发现目标!渭南站终于在卫星绕地飞行第12圈刚刚进入我国上空,就准确地将一连串指令注入星上计算机。这样,经过十几次控制,星上推力小火箭1200多次喷气,卫星终于缓缓转动,逐步建立起改变轨道前所需要的基准姿态。

  1月30日16时09分,测控中心瞅准时机,果断下令:“指令发。”渭南测控站雷达的无线电波射向太空。这是最为关键、也是风险最大的一条指令。若点火时机选择不对,卫星可能没冲上太空,反而像一枚导弹,头冲下砸到地面,造成不堪设想的后果。指挥大厅一片寂静。1秒、2秒、3秒……突然,屏幕上卫星的遥测数据表明,4级发动机点火成功,卫星从近地轨道沿切线方向猛然向太空冲去。此刻,所有的计算机,各种记录仪,打印机全速运转,卫星的距离、速度、姿态、转速等数据源源不断地从记录纸上涌出。经综合计算表明,卫星进入了预定的大椭圆轨道。星上太阳能帆板正“贪婪”地吸收着阳光,卫星能源充足,可以满足各种试验要求。

   

  三大洋四艘“远望”测控“神舟”

  ●商波涛方志山

  点火:海上测控在三大洋打响

  3月25日下午,“远望”一号船悄然行驶在西太平洋预定海域,拉开了一级测量部署。同时布阵于太平洋、大西洋和印度洋上的四艘“远望”号张开巨网,一齐对准飞船飞来的方位。

  22时24分。

  “长江一号发现目标!”

  “太阳能帆板展开正常!”

  “远望”一号船准时预报飞船初轨参数,完成飞船的第一圈跟踪,顺利地把接力棒传递给南太平洋上的“远望”二号船,旋即又急速奔赴下一个测量点。

  “远望”二号船雷达天线操作手许升根据理论引导的数据,把一束束捕捉目标的强大脉冲连续不断地射向万里海空。

  “长江二号发现目标!”“远望”二号船向北京报告这一喜讯,并把这一测控“接力棒”传向航行在南印度洋的“远望”四号船。

  “长江四号发现目标!”“远望”四号船开始稳定跟踪飞船第5圈运行。

  “接力棒”传到了远在大西洋的“远望”三号船,此时飞船已运行到第9圈。

  “长江三号双向捕获!”

  随着这振奋人心的消息,全船各种参试的测控通信设备已全部运转起来。

  74秒:波峰浪谷追飞船

  3月28日上午,“远望”二号船遭遇一股冷空气的袭击。强劲的东北风夹着四五米的海浪咆哮着扑向船体,风速由最初的15米/秒增强至25米/秒,这样的风力和海况,测控设备无法正常工作。怎么办?随船首长和气象专家研究后决定,改变航向绕道而行,找个时间差。

  就这样,“远望”二号船紧急实施机动,经过150余海里的长途奔袭后,到达了新的测量海域。

  面对测量海域的突然变故,中心机根据最近的轨道参数,及时计算出测量海域飞船测量工况及跟踪性能。结果让所有参试人员吃惊:第63圈测控弧段,天线跟踪飞船最大仰角近90度,这已超过天线的保精度值近20度,就是离天线所能工作的最大极限仰角也超过好几度。面对这意想不到的理论数据,“远望”二号船指挥中心和测控的主要负责人决定采用应急方案。

  “230发现目标,230自跟踪!”

  天线追着飞船平稳运行,随着天线仰角的逐渐升高,人们的心情也逐渐变得紧张而激动。

  20时51分57秒。

  为了确保雷达天线万无一失,船指挥中心按应急方案实施“230退出自跟踪!”

  20时52分10秒。按照天线引导理论数据,却没有找到飞船!

  20时53分07秒。

  “230发现目标!”按照天线引导方位92度,俯仰40度的位置,终于追上了飞船。

  目标如猎物般被牢牢地抓住。而此时为20时53分11秒。

  短短的74秒!“远望”二号船在波峰浪谷中创造了捕获飞船的奇迹。

  制动:飞船顺利返回

  4月1日15时45分,大西洋上的“远望”三号船静候着飞船最后一次来临。

  这是飞船围绕地球运行第107圈,即将结束7天7夜的飞天之旅。飞船的第一次调姿,使轨道舱和返回舱分离;飞船的第二次调姿,使飞船制动点火和关机等重要事关试验全局的关键性遥控指令,由“远望”三号船实施。

  16时01分。荧屏上一道橘黄的美丽亮点跳动起来。操作手陈兆阳迅速锁定目标,并激动地报告:“长江三号发现目标!”

  测控组长迅速下令:“发载波!”

  中心机房里,初次执掌设备的遥控主操作手曹辉迅速地按下载波按钮。瞬间,“X X指令发出”、“X X指令执行”回荡在机房。

  他们相互配合默契,所有动作一气呵成,所用的时间不到50秒。

  “长江三号双向捕获!”

  “一次调姿!”船上下达了第一道关键指令,轨道舱与返回舱分离。

  “二次调姿!”船上下达了飞船第一次制动的指令。

  “制动开始!”“制动结束!”“长江三号跟踪结束!”这一系列遥控指令在短短的5分钟内完成得滴水不漏。

  很快,从万里之遥的北京指挥中心传来了飞船成功着陆在内蒙古自治区的预定区域的喜讯。此时,大西洋上的朝霞染红了“远望”三号船。


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