巡天遥看一千河:航天测控事业发展50年纪实
“日月运行,日月星辰灿烂”和“九天之时,天伦之乐定”。广阔的空间总是给人无尽的想象,呼唤人类不断追求和探索。
为了适应中国航天发展的需要,Xi安卫星测控中心于1967年6月23日成立。
2013年,Xi安卫星测控中心为发射“神舟十号”飞船执行实时测控任务。图为Xi卫星TT&C中心TT&C指挥大厅的场景。(信息照片)
从太空俯瞰中国,Xi是离中国地理中心最近的首都。50年来,为了实现太空飞行的中国梦,Xi安卫星TT&C中心的一代又一代太空TT&C人用他们的青春、热血、忠诚和智慧铺就了一条通向天空的道路。
"从远处看着一千条河流,胜利的歌曲在高空播放."50年来,Xi安卫星TT&C中心培育了“爱党报国、精测细控、创新超越、打造梦想空间”的精神,成为一代代TT&C人的精神家园。
艰难困苦带来成功。
1968年1月,一支由100多人组成的队伍悄悄地从吉林省巴丹沙漠腹地向东移动,在秦岭深处的一个叫桥南的小镇扎根。这是中国航天TT&C产业的第一批企业家。
20世纪60年代,中国的工业基础薄弱。在外人看来,建造复杂的卫星地面观测系统就像是一场梦。航天TT&C人员奋力拼搏,开创了中国航天测控史上“小米加步枪”的艰难岁月
在秦岭山麓和大江南北,他们从零开始,努力工作,边建设边探索和定位。到1968年12月,湘西、海南、南宁、昆明、喀什和胶东的6个地面观测站已全部建成,形成了中国第一个卫星监测网。
当时,在建造卫星地面观测系统方面没有现成的经验可供借鉴。中心的许多同志甚至不知道什么是计算机,必须从头开始学习一切。在秦岭山脚的一所破旧学校的教室里,老一辈的勘测员白天从事建筑工作,晚上处理关键问题。粗糙的木头桌子上摆满了微积分图纸...
艰难困苦是成功的结果。经过两年多的努力,中国第一颗人造卫星“东方红一号”的地面观测系统建设计划诞生并一举通过了论证。后来,他们制定了一整套测量和控制方案,如卫星轨道计算、轨道预测和数据处理。
1970年,“东方红一号”的成功发射向世界庄严宣告,中国人已经成功地掌握了人造卫星技术。遍布祖国各地的地面观测站“拱起”这颗“璀璨之星”,进行了精确的跟踪测量,成功地预测了卫星在世界244个城市的飞行
时间和地点。
Xi安卫星TT&C中心的TT&C移动人员正在调试设备。(信息照片)
天空很远,银河很长。在过去的50年里,该中心成功地完成了300多项重大科学研究和测试任务,创造了中国航天史上的许多第一。如今,该中心已成为中国唯一一个集航天器实时TT&C和在轨航天器长期管理等多项任务于一体的现代空间TT&C中心。它被称为航天测控领域的“国家队”
目前,该中心的综合测控能力有了很大提高。近地轨道航天器、地球同步轨道航天器和月球轨道探测器的定位精度达到国际先进水平。它可以实现中国载人航天器、嫦娥探测器和各种返回卫星的高精度返回控制计算和落点预测。
见证中国太空飞行的每一个精彩时刻
Xi TT&C站TT&C卫星中心宣誓“嫦娥”任务动员。(信息照片)
从“东方红一号”到太空,到第一颗可回收卫星的返回。从神舟飞船的载人探月器到嫦娥和玉兔的探月器。从“北斗”联网运行到交会对接,再到建立空间实验室...在过去的50年里,该中心见证了中国航天事业发展和进步的每一个精彩时刻,并创造了许多令人瞩目的成就。
20世纪70年代,各航天大国加快了太空竞赛的步伐,中国第一颗面向应用的通信卫星的研制成为中国航天工业的新课题。然而,人们普遍承认,向地球同步轨道发射通信卫星既困难又技术先进。当时只有美国和苏联能够这样做。
当时,该中心只有四台晶体管计算机,总内存不足286台微型计算机。这种计算机很难处理来自通信卫星的海量数据。中国航天局多次联系外国公司,试图进口数百万台电脑,但都被拒绝。
面对困难,中心科技人员大胆创新,找到了一条通过4机并联改造2 320台计算机和2 717台计算机的新途径,大大提高了机器的运行速度和可靠性,满足了任务要求。后来,320电脑被时任国防部长的张爱平将军誉为“功勋电脑”。
1984年,中国成功发射了“东方红二号”卫星。该中心及其监测站连续8天8夜努力,成功地将卫星定位在东经125度、赤道上方36000公里处。从那以后,中国有了自己的通信卫星。
我不知道在航天测控的发展过程中遇到了多少这样的困难和挑战。然而,航天测控人员总是以尊重科学、脚踏实地的态度和勇于率先、自主创新的精神,克服一个又一个技术难题。他们成功地实现了八项技术突破,如“飞入太空”、“返回地面”、“同步定位”和“航天器回收”。
2016年,另一项具有挑战性的任务摆在了中心的面前——中国将用同一枚运载火箭发射稀薄大气科学试验卫星“李星1号”和量子科学试验卫星“墨子”。“李星一号”的轨道高度只有100多公里,是迄今为止轨道高度最低的人造地球卫星。“墨子”的轨道高度超过500公里。从技术上讲,在墨子进入轨道后,李星1号必须经过大范围的轨道转移才能进入轨道。它的轨道低,飞行速度快。它对卫星跟踪和轨道缩减的控制是一次前所未有的考验。
同年8月,“李星1号”和“墨子”成功进入各自预定的轨道,这次飞行任务取得了圆满成功。该中心开辟了一个新的飞行空域,突破了许多关键技术,再次铸就了中国空间科学探索的新里程碑。
祖国的需要是一代又一代太空TT&C人员的选择。
航天工业展示了一个大国的细节,展示了它的形象,并与它的地位相匹配。自诞生以来,TT&C航天事业肩负着崇高的国家使命。一代又一代的航天TT&C人员坚信热爱祖国、忠于祖国,他们的个人理想与祖国的命运紧密相连,无论遇到任何困难或风险。
"祖国的需要是我的选择。"该中心前总工程师、中国科学院院士李继省在美国留学期间,多次被德克萨斯大学空间工程学院邀请留在工作岗位,但他婉言谢绝了。
回到中国后,*和朋友问他在国外的感受。李继省心虚地说,“我真的很渴望看到国外测控技术的发展。我想让我们的技术更接近外国。”
面对国外严密的技术*,李继省经过30多年的决心,独立突破了大量前沿技术,逐步实现了从1000米到100米再到10米的“三级跳远”。
在该中心研究员王家松被派往英国留学期间,他以3厘米的轨道精度赢得了卫星轨道计算竞赛,来自美国、英国等国家的几十名顶尖专家参加了竞赛,在国际航天界引起了轰动。面对导师的留任和外国公司的高薪,他毅然回到中国,投身于航空航天测控行业。
随着空间技术的发展,世界各国发射了越来越多的地球同步卫星。地球静止轨道日益成为关系到国家利益的“战场”。在这种情况下,掌握双星或多星协同定位控制技术已成为地球静止轨道卫星控制的新课题。
Xi卫星TT&C中心的TT&C专家李恒年与航天动力学国家重点实验室成员交换了意见。(信息照片)
2007年初,中国将发射一颗“北斗”卫星,而日本和俄罗斯已经各有一颗卫星占据北斗预定的轨道。同日,国家测绘局邀请研究这一课题多年的科技专家李恒年代表中国*与俄罗斯展开谈判。
日本和俄罗斯强烈反对中国卫星的“挤入”,因为他们担心三颗卫星同处一地可能会造成碰撞风险和电磁干扰。经过精心准备和艰苦谈判,李亨年的同地管制方案最终获得了两国专家的认可。到目前为止,三个国家的卫星已经在同一轨道安全运行了8年多,这已经成为国际社会和平利用空间资源的一个范例。
只有创新者进步,但创新者是强大的。
从用手控计算机和计算尺解决重大科技问题,到掌握星际联网、精密定轨、组网、星座测控等关键技术,50年来,中心始终把引领国家航天测控技术发展作为自己的责任,把科技创新作为建设和发展的源动力,先后解决了许多重大技术问题,在广阔的空间开辟了辉煌的篇章。
中国载人航天工程战略实施后,该中心负责两大系统任务:TT&C通信和着陆场。太空TT&C人员再次站在解释太空梦想的最前线。
着陆点系统主要负责飞船返回舱的搜索和回收以及宇航员的搜索和救援。它是一个多元组合、多专业协调的复杂系统。作为着陆点系统的牵头单位,中心组建了一支高机动性的全天候载人航天搜救力量,逐步形成了科学的程序流程,建立了快速安全的搜救模式。
在神舟飞船的前四次任务中,面向地面的返回舱着陆点预测精度约为10公里,满足工程要求。然而,该中心的科学研究人员对此并不满意。他们创造性地提出了“转换气象风的漂移运动来修正船的低点”的方案,经过近100次模拟分析,预测精度达到了1公里。在“神舟五号”任务中,中心创造了搜救直升机和返回舱同时着陆,搜救人员在30秒内到达着陆点的奇迹。
“神舟七号”太空舱立即着陆。(信息照片)
在“神舟八号”任务的准备过程中,该中心的科技人员发现前一次任务中使用的“简化三*度”落点预测模型仍有改进的空间。作为回应,他们把它变成了一个更精确的“六*度”动态模型。结果表明,气象风漂移修正的精度提高了30%,影响点预测精度的稳定性进一步提高。
与前一个里程碑式的进步相比,这一进步微不足道,但中心领导对此非常重视:在世界空间科技领域,只有创新者进入,但创新者是强大的。
2011年,“神舟八号”飞船首次发射并与之前发射的“天宫一号”目标飞船对接。空间交会对接的复杂过程是世界航天工业的一大难题。地面测控系统的精确控制是任务成功的重要组成部分。
面对一系列前所未有的挑战,中心科技人员认真落实“精心组织、精心指挥、精心实施、确保成功、确保安全”的任务要求,先后克服了许多技术难题。在这次任务中,他们带领九天之外的庞然大物完成了“浪漫”的太空之吻,实现了中国载人航天技术的又一次重大突破。
到目前为止,中国已经发射了11次神舟飞船。天宫号和天州号宇宙飞船也相继进入太空。通过精确的监测和控制,该中心成功地确保了令人惊叹的时刻,如天地之间的沟通,舱外活动和空间教学,并护送航天英雄团体安全返回。
进入新世纪,中国航天发射任务更加频繁,在轨航天器数量急剧增加,对中心的多卫星TT&C管理能力提出了新的挑战。通过优化TT&C网络布局、开发多卫星TT&C管理软件、实施TT&C资源统一部署,中心获得了多卫星管理能力,并自主开发了多卫星协同定位控制、多卫星编队飞行等多套精密控制软件。航天TT&C网络已逐步实现自动化运行。目前,该中心具备同时对数百艘在轨航天器进行定轨、状态监测、姿态调整、轨道控制和维护的能力,实现了从“单卫星管理”到“多卫星分组管理”再到“多卫星自动管理”的创新性进展。
一个执着的梦想家仰望星空
太空TT&C是一个神秘的领域,也是一项具有挑战性的事业。受空间环境干扰、设备和装置寿命等因素影响,在轨卫星故障时有发生。多年来,每一次卫星故障都是对中心科技人员的一次充满挑战的“天地拯救”。
2016年,中国发射的两颗商用遥感卫星未能进入预定轨道。为了避免卫星运行进一步恶化,该中心综合考虑了卫星安全性、燃料消耗等条件,快速确定了异常处置方案,并通过两阶段复杂变轨控制,最终成功将两颗卫星调整到预定轨道。
2017年,“中兴9A”卫星的救援任务出人意料地再次到来。“中兴9A”的远地点高度为41991公里,而卫星实际入轨后初始轨道的远地点高度仅为16420公里,相差25571公里。面对这一难题,该中心科技人员奋战16昼夜,准确实施了10次轨道调整和6次定点捕获,最终成功将卫星固定在东经101.4度赤道上方的预定轨道上。
近年来,中心根据国家安全和装备建设的发展需要,积极开展应用基础研究和关键技术研究。在科技人员的不断探索下,一批具有自主知识产权的研究成果如“第二代导航数据分析中心”和“航天动力学精密定轨软件”不断涌现。突破了航天测控领域的主要关键技术瓶颈,定轨和控制精度达到国际先进水平。