北京跟踪与通信技术研究所研究员、测控通信系统副总设计师 孙宝升
2005年10月12日9时,费俊龙和聂海胜乘坐神舟六号飞船,踏上了遨游太空的壮丽征程。火箭起飞后,“东风跟踪正常!”“渭南跟踪正常!”“青岛跟踪正常!”的报告声相继传来。两位航天员在飞船舱内的情景清晰地呈现在飞控中心的大屏幕上。
精测妙控遥指苍弯,运筹帷握决胜九天。在随后1巧个小时的太空飞行中,保证飞船正常运行、安全返回的,就是我们精心打造的中国特色载人航天测控网。
载人航天测控网是连接地面与飞船的信息通道和神经中枢。自火箭起飞的那一刻起,从北京、酒泉和西安三个测控中心,到远在三大洋上的测量船,从濒临黄海的青岛、西部边睡的喀什,到落户国外的地面测控站,始终在连天接地,高效运转,对飞船实施精确有效的跟踪、测量和控制。太空中的飞船就像“风筝”,测控通信系统就像看不见的风筝线和放风筝的人。飞船任遨游,尽在掌控中!
神舟六号5天飞行中,测控通信系统的成千上万名参试人员团结协作,精测妙控,牵引神舟翱翔九天,安全返回。飞船返回舱的实际落点距理论落点仅差1.8公里。精度之高,令世人惊叹!
今天,我们可以自豪地说,中国航天测控网是一流的,我们控制飞船返回的精度已经达到世界先进水平!
中国航天测控网的发展历程,是中华民族自主创新的缩影,凝结着中国测控人自强不息的拼搏精神。20世纪70年代,我国老一辈科技工作者通过布设测控站,成功把“东方红”卫星送上太空,把返回式卫星牵回了家。80年代,随着远望号测量船首次远航太平洋,我国初步建成了由西安卫星测控中心、陆基测控站和远洋测量船组成的测控网。测控通信系统为我国航天事业各个时期的发展,做出了应有的贡献。
但是,随着我国载人航天工程上马,原有的测控网已满足不了高覆盖、高速率、高实时、高可靠的载人航天测控要求。于是,中国航天人又瞄准新的目标,踏上了建设新一代航天测控网的征程。
要从支持卫星测控一步跨越到支持载人航天测控,系统建设的难度可想而知。我们首先遇到的难题是“覆盖率”。在载人航天工程立项之前,我国对中低轨卫星的测控通信覆盖能力还不到4%。美国当年进行“水星”号载人航天任务时,利用其雄厚的国力,在全球布设测控站近20个。俄罗斯仅仅为了保证载人航天器运行段的测控,就在辽阔的国土上布设了巧个测控站,还有11艘测量船参加海上测控。他们测控通信覆盖率都超过了20%。
然而,美国和俄罗斯的这些优势我们都不具备。面对新的任务,新的使命,我们必须立足国情,走出一条具有中国特色的自主创新之路。
出乎很多人意料的是,工程论证刚刚开始,许多老专家就拿出了一捆捆的论证资料。原来他们早已悄悄地开始了载人航天测控通信的探索之路。
要用有限的资源取得最大的效益,就要精心设计、精打细算。为了找到一个理想的布站位置,常常要计算成百上千组的数据。计算机工作,我们在工作;计算机休息了,我们还要对计算的数据进行综合分析。
为了在向评审组汇报时有一个直观的测控通信覆盖情况示意图,我们的一位年轻工程师找来16张一米见方的地图,趴在水泥地面上一张张绘制。苦战3天,他拿出了用手工制成的16平方米大的覆盖图。图上每一根曲线都对接的分毫不差。
正是凭着老专家们对载人航天的这种渴望,年轻科技人员一丝不苟的敬业精神,通过无数次的分析、论证和仿真,在不到一年的时间里,我们就设计出了符合国际标准,以统一S波段测控系统为基础,综合效果最佳的4船9站3中心的测控通信方案,并一次通过了专家的评审。
从大漠戈壁、黄土高原,到太平洋、印度洋、大西洋,我们仅用13%的测控通信覆盖率,就实现了国外20%一30%覆盖率所具有的功效;我们用了国外1/4的经费,把别人认为不可能的事情变成了现实,开创了国际航天测控史的先河。
在我国的载人航天测控通信系统设计建设过程中,我们不仅成功地解决了覆盖率问题,而且还在我国航天测控历史上,第一次实现了测控网的透明工作方式,第一次实现了测控通信功能在一套设备上的集成,第一次实现了飞控中心的分布式体系结构,第一次实现了与国外航天测控网的联网。正是这许许多多的第一次,实现了我国航天测控技术的跨越式发展。经过载人航天工程6次飞行任务的考验,可以毫不夸张地说,我国的航天测控通信技术已经步人了世界先进行列。
神舟六号与神舟五号都是载人飞行,但与神舟五号相比,神舟六号在信息收发、数据注人、遥测处理、紧急情况下的返回控制等方面都发生了很大的变化。尤其是两人多天飞行对测控通信系统可靠性、稳定性与安全性提出了更高的要求,也给系统的软硬件能力、人员素质带来了前所未有的考验。
神舟五号任务结束后,工程的老总们用两个词评价我们测控通信系统,一个是“漂亮”,一个是“完美”,这是对我们的极大鼓舞和鞭策。但在赞誉声中我们没有满足,要求所有科技人员,从漂亮中找问题,在完美中找不足。
在和杨利伟的一次座谈中,我们的总师听他提到在和地面通话的过程中,时而有轻微的“咔咔”声。说者无意,听者有心。我们立即组成攻关小组,恢复回收返回舱的状态,重新搭建天地通信通道,分析问题,提出解决方案。在测控站船、发射场和北京中心,安排了10多次天地对接试验,充分验证措施的有效性。“神六”任务结束,再次和航天员座谈时,费俊龙、聂海胜告诉我们,和地面通话,就像在地面打电话一样清晰流畅。
为了保证对神舟六号飞船的测控通信更加可靠,在方案设计时,我们对整个系统的状态进行了十余项改进与完善。发射前几个月,我们又组织了数十次模拟演练。每次演练,对我们都是实战。任何一个微小的细节都必须达到百分之百的准确。
在一次演练中,我们一位轨道专家,用两套程序验证同一个问题时,发现小数点后第六位的数字不一样。为了查出原因,他三天三夜都没有合眼,把十几页的推演公式、几十页的数字反反复复地核对、比较,最终发现问题出在不同的编译程序对开平方处理的方法略有不同。
我们正是用这样的模拟演练,代替了别人三至五次真实的飞行;我们正是靠这种模拟演练,锻炼了队伍,磨炼了意志,完善了方案,消除了隐患,从而保证了神舟六号任务的圆满完成。
在执行神舟六号任务时,我们有一个口号叫“零差错”。从国内到国外,从陆地到海洋,4船9站3个中心的几千台套设备、成千个操作岗位,要在连续五个昼夜里不出现任何问题,几乎是不可能的,但我们做到了。在神舟六号飞行的1巧个小时里,测控通信系统的科技人员就像母亲守护着新生婴儿那样,眼睛一眨不眨,无以数计的信息获取、传输、处理没有出现丝毫差错。一切都是那么可靠,一切都是那么精确!
10月17日3点43分,神舟六号飞船按地面注人的控制指令准确地调姿、分离、返回制动。50分钟后,飞船稳稳地降落在内蒙古中部平坦的草地上。而此时,神舟六号的轨道舱还在沿着预定轨道正常运行,我们的测控任务还在继续。
在这里,我想告诉大家,我国的航天测控网是地道的“中国制造”。可以说,中国航天测控的命运始终牢牢地掌握在我们自己手中。
我还要告诉我们的航天员,无论将来你们飞多高,飞多远,中国航天测控网都会安全可靠地护送你们去征服太空、探索宇宙!