上图为资料照片。李济生院士在为技术人员讲授卫星测控技术。
卫星测控,对大多数人来说是个陌生领域。当火箭把卫星送入预定轨道,卫星能否正常运转并按计划完成使命,完全依赖于地面观测系统对其实施长时间的跟踪、测量、计算、预报和控制,这一系列工作即为卫星测控。
通俗地说,卫星测控就像是“放风筝”,离开地面观测系统的监控,卫星就像是断了线的“风筝”。这是一项极其复杂的系统工程,在某种程度上代表着一个国家的航天科技水平。
航天作为当今世界最具挑战性和广泛带动性的高技术领域之一,体现着国家综合实力和大国地位。因此,总有殷殷志士甘为国家的航天事业鞠躬尽瘁,也总有拳拳赤子愿为航天发展负重前行。
有一位杰出的航天科技工作者便是如此:他建立的“三轴稳定卫星姿控动力对其轨道的摄动力模型”,解决了卫星近地点异常变化难题,填补了国内空白;他主持开发的人造卫星精密轨道确定系统,突破了多项技术难点,把我国人造卫星精密定轨技术推向世界前列;他总结自己的理论研究和实践成果写成的《人造卫星精密轨道确定》,成为世界航天测控史上不为多见的一部学术专著。
他,就是中国科学院院士、我国人造卫星轨道动力学和卫星测控专家李济生。
2019年7月28日,和卫星打了一辈子交道的李济生,因病在北京逝世,享年77岁。他把生命融入了魂牵梦绕的浩瀚星空。
一路向前,不能忘却化身为星的人。今天,就让我们一起回忆李济生院士与祖国航天测控50年的不解之缘,感受他为中国航天事业而焦灼、而奋起、而潸然泪下、而欢呼雀跃的征程往事,以此向李济生院士作最后的送别!
——编 者
坚定的信念:“把中国的精密定轨技术搞上去”
50年前,同样是盛夏时节,李济生大学毕业后主动申请来到中国第一座卫星测控站,从事卫星轨道计算工作。
当时,我国的第一颗人造地球卫星即将发射,全中国没有一位卫星轨道计算专家,国外对我严格技术封锁。没有任何资料,李济生和同事们自己编程序、搞方案;没有实践经验,他们就边工作、边积累,借助一台手摇计算机,一个多月后拿出了一次性通过的轨道设计方案。
1970年4月24日,我国自行研制的第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。庆功会上,大家举杯相庆,李济生却眉头紧锁——卫星虽然上天了,而卫星轨道的计算十分粗糙。
中国从1967年开始建设自己的航天测控网,1970年正式投入使用。彼时,美国的航天测控技术水平已超前我国一二十年。
李济生为此深感焦虑:如果不能精确地计算出卫星在太空运行的轨道,就不可能满足后续卫星发射测控任务和卫星应用对定轨精度的要求。
“我国航天测控技术起步晚、差距大,但我们有能力奋勇赶上!”立志要在航天测控领域有所作为的李济生并不气馁,一个强烈的愿望在他心里萌生:一定要尽快拟制出中国航天的精密轨道计算方案。
从此,他一面投入到新型号卫星测控任务紧张的准备工作中,一面不断积累精密定轨知识,为日后开发精密定轨方案作技术储备。同时,为了使定轨精度有个明确的数值概念,他对定轨精度分析方法进行了不懈探索和研究。
一年攻关,李济生分析、推算了大量数据资料,终于算出我国第一颗人造卫星的定轨误差。从那时起,我国对近地卫星轨道精度误差有了初步的数值概念。
随着李济生卓有成效的研究,我国定轨精度逐步提高,但与国外的相比,还有不小差距。于是,他将求学的目光投向了更高远的地方。
1978年9月,李济生参加国内首批出国留学人员考试并被录取。一时间,国外几所大学纷纷来函,有的请他去搞探空火箭数据处理,有的邀他进行天文教学,他都一一谢绝了。李济生心中的目标执著而明确:“研修精密定轨理论,把中国的精密定轨技术搞上去。”
1984年,李济生终于选取对口专业,跨进大洋彼岸一所名校的大门。在那里,世界各国的航天测控资料一应俱全,李济生在知识的海洋里奋力搏击:快学、多学、拼命学。
在进修的两年里,李济生没有节假日,无暇顾及旖旎的异国风光,甚至连写封家书也顾不上。难得上趟街,去一次就买回足够吃十天半月的食品,把能挤出的分分秒秒都泡在了图书馆和资料室里。
1986年,李济生婉拒导师的挽留,毅然回到祖国的怀抱。他忘不了临回国前一位老华侨的话:“国内每升空一枚火箭,我们这些海外游子的腰就又挺直了一截。”
铿锵的脚步:“外国人能做到的,我们也能做到”
1975年,我国航天事业取得大丰收。这一年,我国成功发射了3颗近地卫星。
人们沉浸在成功的喜悦之中,李济生和同事们却意外发现,卫星近地点高度逐日升高。从理论上分析,卫星在运行过程中受大气阻力影响,近地点高度应该越来越低。
这是一个谜。有关专家怀疑是轨道计算误差太大,提议改由其他单位计算。种种怀疑和议论,对搞轨道计算的李济生来说,无疑是一种莫大的压力。
李济生决心依靠自己的力量解开这个谜。他一头扎进谜团里,连续几日彻夜不眠,反复查阅有关资料,反复和同事们研究探讨。
几个月后谜团解开。卫星轨道出现反常,是控制卫星姿态的喷气管产生的姿控力所致。由于作用力很小,人们在设计时忽略了。然而就是这轻微的作用力,使卫星轨道近地点高度逐日升高。
李济生再接再厉,对此领域作深入研究,又研制出卫星姿态控制对卫星轨道摄动的动力学模型,填补了我国同类动力学模型的空白,使卫星定轨精度提高了一倍。
此后,他又主持开发了“微分轨道改进和摄动星历表计算”卫星轨道确定方案。这一方案首次用解析法导出了大气阻力短周期摄动的计算公式,使我国人造卫星定轨精度大幅提高。
1981年底,我国首颗地球同步通信卫星发射准备工作进入冲刺阶段。地球同步通信卫星的测控技术,是世界航天测控领域的难题,只有少数几个国家掌握。