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陈芳允:卫星上天,我们测控


时间:2023-07-24作者:

1965年,赵九章、钱学森向中央提出搞人造地球卫星。在毛主席讲了“我们也要人造卫星”以后,科学院正式组织研制卫星,称为“651”工程。在此之前,科学院已经组织实施“581”任务,研制了探空火箭,他们就成为“651”的基础。在对卫星的跟踪测量方面,则于1966年组织成立了“701”工程处。当时,这项工作有天文、电子、光学等三方面的人参加。

赵九章先生在清华做过助教,我在清华物理系读书时,他辅导过我们的实验工作。大约在1966年的夏秋之交的一个傍晚,我出家门散步,迎面碰到赵九章先生和其他几个人,他对我说,“我们搞卫星,无线电非常重要,这是重要的一环,卫星发出去后就看你们的了”。

我在“701”工程处工作后不久,便被部队(国防科委)的基地接管了。领导先叫我到天桥无线电厂劳动了近一年,就到陕西某地工作。

部队接管“701”工程处后,在很长一段时间里,我非军非民,经常穿一套蓝色衣服,战士们叫我“老师傅”,这倒让我觉得很合适。我真正参军是在1975年,已经快60岁了。

对于卫星的测控,许多工作都是和大家一起做的。只是在一些方案、思路上提得多一点。对第一颗卫星来说,在测量方面,卫星发射上天后,有3点最为重要。

第一,卫星是否已经进入了运行的轨道?

第二,卫星的轨道是什么样的,是否符合预定的要求?

第三,卫星运行中,什么时间到达什么地点上空的预报。

1965年年末,科学院开过一次较大规模的会,讨论卫星的研制和测控问题,会上有些争论。在测量方面,光学观测是需要的,大家的意见是一致的,但是考虑到天气不好时光学看不到,还得有无线电测量。争论的正是无线电测量方法,特别是对入轨点的测量,当时,苏联和美国主要是采用干涉仪。天文台的一些同志坚持要用干涉仪,电子部提议用雷达,我主张用无线电多普勒测量。最后的意见是在入轨点,光学、雷达、多普勒都用,可以说是为了保险,干涉仪则在入轨后的第一个观测站和第二圈经过我国上空时设置拦截观测,但属于试验性质。

关于如何设置观测站的问题,我们国家不像苏联经度跨度那么大,受地域影响,我们一定要适当选择站址,才不会“丢”了卫星。我们考虑卫星上天后的第二圈在新疆那边看,十多圈之后,则转回到东部沿海可以看到。这样,在新疆西部的喀什、东北和胶东地区设观测站就非常重要;此外还考虑了其他一些地方,因此,先后建起8个站和一个测控中心。后因发射静止通信卫星,又增加3个站和测量船。

卫星观测一共包括四个方面,其中三个是测控,叫做TT & C,即跟踪、遥测和控制,还有就是通信。通信把各个系统、各个台站和中心联结到一起。

当时传达中央的指示精神是:“抓得住,测得准,报得及时”,我们做到了。我做的是偏重于测控设备方面的工作,实际上还有很大一部分是软件工作,如测量到后,计算卫星轨道,管理卫星的运行和控制执行某种任务等,也都需要在TT & C中做。

对我国放第一颗卫星来说,“抓得住”是卫星测控中最主要的一道难题。如果卫星送上去了,自己却没有看见,不知道卫星到哪里去了,也不好宣布发射成功了,因此大家都很关注。

“抓得住”最主要的是对卫星入轨点的测量。当时估计我国第一颗卫星的入轨点在湖南南部到广西北部一带,因此在这一带设观测站是必要的。但是用什么测量设备呢?光学设备是肯定要用的,光学经纬仪可以起较大作用,但在当时也让人感觉不放心,主要是怕天气不好时看不见。因此,在关键的闽西站,光学、雷达和多普勒三种方法都用上了,在南宁还使用了干涉仪。由于多普勒实时定轨需要多站观测,因此,在闽西、南宁、昆明和莱阳都装上了多普勒,根据多普勒数据可以定出卫星运行的轨道。雷达主要是用来测量距离和卫星角度的,跟踪卫星上的应答机,测量一段距离后,可以算出卫星轨道。

观测站点的选择,主要是和天文台的同志一起商量。因为还有卫星入轨后的第2圈,将经过中国西部边界附近的上空,大家认为这一次的观测也很重要。因为这次测到就可以完全肯定卫星运行正常,同时,测量以后可以把轨道算得更加准确。因此,一致的意见是在新疆西部喀什设站,并安装光学、多普勒和干涉仪等设备。卫星经过十多圈后,回到我国东部沿海上空,这时就要靠东北和山东的站了。卫星的测控中心设在西安,管理和指挥各站工作。各站测得的数据,经过通信线路送至中心,中心计算机综合各站数据,计算出卫星的轨道参数。需要卫星做某种动作时,中心发出遥控指令,经过适当的测控站发往卫星。

在研制第一颗卫星时,地面系统考虑观测较多,没有控制。东方红1号一上去就自动唱起了东方红,没进行遥控。

东方红1号卫星在发射时,我们正在科学院上海科仪厂出差,讨论新的测量设备。一天晚上,我们几个人走在街上,听到新闻公报,说我国成功地发射了人造地球卫星,并传来了《东方红》的乐曲声。这说明我们的测控系统也成功了,真的很激动,很高兴。

70年代的时候,我们国家已经有人提议搞载人飞船,我自然想到将来的测控问题。我研究了美国登月球时的测控方法,他们用的是微波统一测控系统。后来我们的飞船项目暂时不上了,但是我想为什么不把统一测控系统用在别的项目上面呢?例如通信卫星。我和几个同事就给通信卫星设计了一套统一测控系统,当然与美国的不一样,用了一些新方法,上报给上级部门。当时有很多人觉得没必要,那时的测量、遥测和遥控都是分开搞的,各成体系,各自归不同的单位管理,如果搞统一系统,怎么能合在一起呢?结果,发射中心参谋长支持这个方案。方案报送到国防科委后,时任国防科委副主任的钱学森赞成,通信卫星的总设计师也赞成这一方案。原因是用了统一系统,就可以将卫星上各种测控信号都调制在同一个载波频率上和地面联系,这样卫星上就可以省去好些设备,特别是天线,原来需要几套,现在一套就够了,对卫星十分有利。

这个方案得到批准后,到底谁来做,又发生了争论。最后的结果是四机部做一套,七机部做一套,国防科委科技部的同志和我在中间做协调工作。

观测卫星在海面上空的情况只能依靠测控船,特别是发射静止通信卫星。卫星不能一次就定点在36000千米高度某一经度的赤道上空,需要控制它进行两次变轨,测控船起关键性作用。早在第一颗卫星发射之前,国防科委基地的技术人员就提出需要测控船(因为导弹试验也需要)。我们的两条测量船,远望1号和2号是在文革期间造的,我们在船上装了对卫星的测控设备。在发射静止通信卫星之前,还装上了统一测控系统设备。目前世界上也只有少数几个国家有测控船。

发射静止卫星的过程是先把卫星送到有一定倾角的400千米或200千米高度的椭圆轨道,当它经过赤道时要进行变轨,要变到36000千米高度的圆轨道,还要把轨道倾角转变为零。这些测量控制需要在海上进行,靠船上的测控设备来完成。船上还有大功率的远距离通信机,与国内的测控中心联系和传递测量数据。因此,船上的设备多,无线电天线也多,发生了电磁互相干扰的问题;特别是大功率通信机一开机就会使好些设备受到干扰而不能正常工作。当时的一个办法是先把信号用小功率送到几十千米以外的另一条船上,再通过该船上的大功率发射机将信号发回国内。即使这样做,仍不能解决全部干扰问题。

为了保证发射静止通信卫星时测控船所有设备都能处于正常工作状态,国防科委的测量通信总体研究所和远望号测量船上的技术人员,我们一起想办法来解决这个问题。我们一方面把“文革”时期搞的不严格的工程加以改正和完善,另一方面提出了一套频率分配的算法,使各种设备选择使用的频率避开其它设备的频率,包括可能产生的一定次数的谐波和组合波,这样就避免了互相干扰。测通所计算室的同志做了大量的计算工作,我们又在船上做了海上试验,证明是非常有效的,就此解决了电磁干扰问题。测控船后来在发射通信卫星和远程导弹中起了很大作用。

(节选自请历史记住他们——中国科学家与“两弹一星”.暨南大学出版社,1999年9月)

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