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李濟生:將衛星定軌精度精確到厘米



每一顆衛星都有一條屬于自己的軌道,每一位衛星測控專家都有一套屬于自己的軌道計算方法。這種方法是個人的研究成果,更是國家的核心機密。李濟生一生都在尋找各種最佳的計算方法,把衛星定軌精度從2公里提高到100米、1米,乃至目前的厘米級,為中國衛星鋪設了一條最精密的軌道。
 
1970年4月24日,巴丹吉林沙漠深處,我國第一顆人造衛星“東方紅一號”即將升空。
 
離發射塔架不遠的平房里,一個小伙子正聚精會神地核對著衛星設計軌道數據。他叫李濟生。
 
“東方紅一號”發射成功了。慶功宴上的李濟生端著一碗餃子,卻難以下咽。一位老專家的問話在他耳邊縈繞——“咱們的衛星雖然上天了,軌道也計算出來了,但你知道軌道精度是多少嗎?”
 
當時,限于技術和裝備水平,只要求測控系統計算出衛星運行軌道,對軌道精度沒有提出要求。李濟生剛剛知道這個概念。
 
不知道定軌精度,就無法驗證軌道計算的正確性;沒有精確的軌道數據,就無法對衛星進行有效的控制。他下定決心:一定要制定出中國衛星的精密軌道計算方案!
 
李濟生從“東方紅一號”衛星軌道數據著手,設想了一個個軌道鑒定方法,又一個個否定。戈壁灘上那間簡陋的工房,燈光幾乎每天都亮到深夜。
 
一天,新的想法閃過他的腦海:能否借用推算衛星周期誤差的方法來判斷軌道誤差?經過反復計算和論證,他開發出了用衛星軌道“預報誤差”來確定軌道精度的方法。以此測定的軌道精度約為2至5公里,我國衛星定軌精度首次有了數量概念。
 
1975年,我國成功發射首顆返回式衛星。測控結果顯示,衛星近地點高度在逐漸升高。但理論上,衛星受到大氣阻力影響,軌道高度應逐漸下降。
 
李濟生一頭扎進這個謎團,幾個月后找到了答案——是衛星姿態控制的噴氣管產生姿控力所致。由于只有0.7克作用力,人們在設計時忽略了它。但就是這輕微的作用力,使衛星軌道近地點每天升高300多米。
 
他沒有就此罷手,進而開發出“按交點周期積分法”的衛星定軌方案,使我國的衛星定軌精度達到了1公里。
 
此時,我國衛星定軌精度仍遠遠落后于美、蘇兩國。李濟生給自己定下新的目標:百米量級。
 
日月引力、大氣阻力、太陽輻射壓力以及地球引力等各種“攝動力”,都會對衛星運行軌道產生影響。要進一步提高衛星定軌精度,必須在弄清和解決各種“攝動力”對衛星的影響上下功夫。
 
經過幾個月刻苦攻關,李濟生對“攝動力”有了深入認識,并針對各種“攝動力”對衛星軌道的影響逐一建立了動力學模型。1983年,他研究出“微分軌道改進和攝動星歷表計算”定軌方案,使衛星定軌精度達到了200米,接近世界先進水平。隨后他和同事們繼續將精度提升到100米級,不僅滿足當時國內測控任務的需要,也為我國航天事業發展奠定了堅實的軌道基礎。
 
不過,當得知美國衛星定軌精度已經達到米級時,李濟生坐不住了。他帶領課題組研制開發新的精密定軌軟件,一干就是四年多。
 
1991年,新方案在我國發射的新型衛星上獲得成功,衛星定軌精度從百米提高到十米量級,如果裝備先進的測軌設備,可以達到1米。中國科學院、國防科工委、航天工業總公司聯合鑒定認為:該成果建立了我國衛星測控精密定軌系統,技術水平處于國內領先地位,并達到了國際先進水平。
 
這項成果也為我國“神舟”無人飛船發射試驗中的軌道確定,以及此后我國載人航天事業奠定了重要的技術基礎。
 
1995年,李濟生寫的《人造地球衛星精密軌道確定》出版。書中系統講述了精密軌道確定的原理、方法和全部動力學模型,反映了當時該領域最新成果和發展趨勢,是我國第一部衛星定軌理論和實踐相結合的專著。
 
“我是踩著眾人的肩膀一步一步上來的,也愿用自己的肩膀為年輕人搭建起攀登的云梯。”李濟生曾說。在他的指引下,我國航天測控人員不斷攻克關鍵核心技術,如今已實現航天器定軌精度向厘米級的跨越。
 
2019年7月28日,李濟生因病于北京逝世,享年76歲。這位為中國航天測控事業奉獻一生的“牧星人”,在我國航天史上留下了永不磨滅的軌跡。
 

責編:一冰

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