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纪实:我国首颗返回式遥感卫星发射揭密(图)

发布时间:2011年08月01日 16:56 | 进入复兴论坛 | 来源:新浪科技


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  这是我国第一颗返回式遥感卫星与长征二号运载火箭在发射架上吊装对接时的场面。

  1975年11月26日,长征二号运载火箭托举着我国第一颗返回式遥感卫星从酒泉卫星发射中心发射升空。

  东方平 文/图

  1975年11月26日,对于中国的航天人来说,这是一个难以忘怀的日子。就是在这一天,我国第一颗返回式遥感卫星在酒泉卫星发射中心顺利发射升空,准确进入预定轨道。卫星在太空飞行47圈后,按地面遥控站发出的返回调姿遥控指令,安全返回祖国大地,使中国成为了世界上第三个掌握卫星回收技术的国家。在26个年头过后,让我们重新将目光投注到那

  个辉煌的日子,去重温那段令人心动的岁月。

  为打破大国垄断,面对挑战,中国科学家勇敢地向攻克返回式遥感卫星技术发起了冲锋。

  20世纪50年代末期,苏联人成功地将第一颗人造地球卫星送上太空,使人类进入到一个崭新的航天时代。1958年,美国人紧随其后,也将自己研制的卫星送上了太空。此后,在美苏之间展开了一场不见硝烟的围绕空间技术的竞争。

  1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”遨游太空,引起了世界各国的广泛关注。由于我国发展应用卫星的首要目的是为了打破世界航天大国对空间技术的垄断,从这一战略方针出发,研制返回式卫星,掌握卫星的回收技术,就随之成为我国优先要予以攻克的一项重要课题。早在60年代,党中央已经原则上批准把返回式遥感卫星作为发展重点。

  发射返回式遥感卫星要解决一系列复杂的技术问题。其中主要包括:具有足够推力的运载工具、功能完备的卫星本体以及完善可靠的航天测控网。

  承担我国第一颗返回式遥感卫星发射运载任务的是长征2号运载火箭。它的起飞质量近200吨,是一个主要由总体结构、火箭发动机、控制系统和安全与供电等系统组成的多级火箭。

  对于返回式遥感卫星的发射任务来说,除了要求运载火箭有足够的推力,使卫星达到入轨的高度和速度之外,还得有精确的制导和控制能力,以便卫星能够准确地进入太空预定轨道。这就要求运载火箭必须达到非常高的技术水平。

  经过广大科技人员的刻苦攻关,长征2号火箭采用了多项新技术,大大提高了技术性能和可靠性。长征2号为两级液体运载火箭,两级均采用了自生增压的推进剂输送系统。一级采用摇摆主发动机进行姿态控制,火箭在飞行中依靠三轴稳定平台计算机制导系统保持飞行稳定。此外,火箭内部还装有可提供参数和信息的内、外弹道无线电测量装置,为全箭设备提供能源的电源等。总体结构系统包括壳体、贮箱以及管路和电缆,使运载工具的各个部分组成一个在空间中能经受各种考验的整体。

  返回式遥感卫星在技术上比在空间遨游而不再返回地面的卫星要复杂得多,它既有一般卫星在空间飞行的能力,又要具有按程序接受地面控制、安全完整地返回地面预定区域的能力,而且在返回途中要能经受住严酷的再入环境的考验。

  从总体结构上讲,全星分为再入舱和仪器舱两大舱段。再入舱是返回体,仪器舱在完成任务后留在轨道上。卫星主要包括十几个大系统,其中有,结构、温度控制、姿态控制、程序控制、遥测、星上跟踪和返回等系统,此外,还有天线和供电系统。卫星外形为钝头圆锥体。

  地面测控网是空地联系的地面系统,也是卫星发射、运行和返回整个工程的重要组成部分。没有这个庞大复杂的地面系统,送上去的卫星就会成为一个无法控制而又不能完成任何科学探测任务的人造天体。

  在返回式遥感卫星的发射任务中,地面测控系统所要承担的任务是:精密测量火箭的弹道、卫星的轨道以及它们的内部参数,以确切地掌握测量对象的工作情况和仪器设备的工作质量,对火箭的主动段、卫星的入轨段和回收段实施可靠的测轨和控制,对卫星进行时间程序控制、校正注入数据,以保证卫星按预定的要求准确工作。地面测控系统一般由外弹道测量,内部参数测量和安全遥控系统组成,并由庞大的蜘蛛网式的有线和无线通信系统联接成一个整体。

  万人一杆枪,举国共努力,目的只有一个,就是为了早日将中国的第一颗返回式卫星送上太空。

  1975年11月29日,我国第一颗返回式遥感卫星在太空飞行3天后,安全返回到四川中部预定回收区域。

  说起来,从火箭点火升空到卫星入轨转入正常运行,只有短短几十分钟的时间,但运载火箭和卫星的研究以及发射准备工作,却经历了近10年的时间,动员了全国各行各业的力量。

  长征2号运载火箭的研制是从1965年开始的,在总结了我国几种运载火箭研制经验的基础上,应用我国最先进的技术,采用最优化的设计方案,经过长期的方案论证、预研攻关、地面试验,并经过多次靶场合练和数次试验的考验,才执行卫星发射任务的。

  返回式遥感卫星的研制工作开始于1967年。1970年,为加速卫星的研制进程,国防科委建议将这一工程列为国家重点工程。周恩来总理批准了这一建议,并指示在北京地区组织大会战,由此全面展开了各系统的研制和发射准备工作。

  对于返回式遥感卫星而言,在准备工作中,除需要技术指标很高的遥感仪器,保持高精度的测控及安全可靠的回收系统外,还需要选定合适的回收区域,并配置地面、空中有机结合的回收设备和试验队伍。早在1969年,有关部门组成的勘察组,就对初步拟定的可供返回式卫星着陆的地区进行了踏勘。经过国防科委组织专家进行分析研究对比后,决定在中国大陆腹地回收。1971年8到10月间,在成都军区和总参测绘局的指导下,复勘了四川省的7个专区、42个县,选定将四川盆地作为回收区,中心在遂宁市附近。这里除地形开阔,交通方便的有利条件外,还可满足卫星在返回前一圈运行中飞经中国上空的需要。

  地面测控网既担负着对卫星进行跟踪测量的任务,又担当了对卫星实施控制的重任。返回式遥感卫星的轨道设计与回收区的选择和观测台站的布局有密切关系,顾此失彼就会影响全局。根据卫星轨道倾角的要求,在地面测控网原有7个台站的基础上,又继续完成了4个台站的建设,合理配置了若干个前置站、活动站和回收站,综合利用一些非卫星测控网中的测量站的力量,形成了以渭南站为测控中心,包括发射场区测量设备组成的一定规模的返回式遥感卫星测控网。

  为了检验星上仪器设备和地面测控设备的性能及协调性,星上和地面主要工作程序的协调性,星上信标机与地面回收站及定向设备的协调性,并训练回收队伍,提高发现和回收返回体的能力,从1970年到1974年,分别进行了星地对接、空中跟踪定向、回收区联合空投等试验。其中在1972年5至6月间,在成都军区领导下,发射部队会同参与火箭和卫星研制工作的10多个单位,在四川盆地回收区内进行了第一次联合空投试验,投放了2颗模拟星,1颗结构星。在当地上万名群众的协助下,参试单位的数百人紧密配合,互相支持,在一个月的时间里进行了3次试验,基本达到了预期目的。1974年9月,针对第一次试验遗留的问题,又在该地进行了一次空投试验,取得了圆满成功。

  在正式执行发射任务之前,发射部队要进行多次合练演习,以达到练兵的目的。第一颗返回式遥感卫星的发射合练是从1973年底开始的,历时近三个月,直接参加合练的研制人员、部队技术人员和战士达500多人。当时,正值严冬季节,戈壁滩的气温常常在零下20摄氏度左右。为了取得成功的经验,人们坚守在阴冷空荡的大场房里,奔波于寒风凛冽的发射塔上,既无怨言,也从不叫苦叫累,一心一意只为完成合练任务。在严格的合练过程中,发现和排除了数百个故障和技术问题。

  通过对合练星的操作合练,参试人员根据卫星的技术状态,修改完善了发射试验用的“测试细则”、“操作规程”和“试验程序”,使发射正样卫星所使用的主要试验文件基本成型。与此同时,合练也对卫星进行了全面检验,暴露了问题,找到了薄弱环节,为正样卫星的改进提供了可靠的依据。此外,发射场的设备布局得以改善,装备更加配套、协调,为发射正样卫星打下了坚实的基础。

  在特殊的历史时期,中国人没有停止探索的步伐,然而,返回式卫星首发失利,成为中国航天史上不可忘却的教训。

科技人员正在对我国第一颗返回式遥感卫星进行全面技术测试。

  现代航天技术是一个充满着高风险的技术领域。对于生长在“文化大革命”那一特殊历史时期的返回式遥感卫星来说,她的命运注定是不可能一帆风顺的。

  虽然从60年代就已经开始起步了,但是,由于当时正处于“文化大革命”的动乱时期,卫星的研制和发射在技术上受到挫折,走了不少弯路,研制进度和发射计划一再拖延,直到1974年才初步具备了发射条件。然而,随之而来的“批林批孔”的政治风暴,又刮到了戈壁滩,刮到了负责卫星发射的部队。一夜之间,部队的统率机关几乎陷于瘫痪,上级派来的“检查组”掌握了领导大权。全体官兵,特别是基层部队顾全大局,为了我国的航天事业,把试验任务放在重要位置上,认真准备和实施,但在这种局面下,工作所受的影响和干扰也是十分明显的。

  1974年8月,第一颗返回式遥感卫星和长征2号运载火箭出厂测试合格,经叶剑英等中央首长批准,于9月12日运抵酒泉卫星发射中心。经过技术阵地和发射阵地的检查测试,加注推进剂,定于11月5日点火发射。

  11月5日将近13时,戈壁滩上寒风阵阵,发射程序进入到了“一分钟准备”,现场发射指挥员随后下达了“牵动”口令。这时,卫星控制台操作员突然发现星上大部分仪器断电。指挥员接到这一意外情况的报告时,离下达点火口令只有13秒的时间。在千钧一发之际,指挥员果断下达了“停止发射”的命令。发射阵地17个系统的指挥员听到命令后,指挥各自的操作手按原定预案,有条不紊的退出了发射程序。由于原来预想工作做得好,各级指挥得当,没有发生不协调、程序错乱、漏电串电或误操作等问题。

  发射停止后,立即组织人员对故障原因进行查找,结果发现是卫星地面综合控制台电源容量较小,脱落插头长线电缆电压下降过大,造成星上电压不够而使一些仪器断电。找到原因后,技术人员迅速更改了卫星的脱落插头供电方式,重新启动后,卫星工作正常。

  当天17时40分,第二次组织发射。运载火箭起飞6秒后,出现越来越大的俯仰摆动,造成姿态失稳。飞行至20秒时,安全自毁系统爆炸,火箭自毁。卫星及运载火箭残骸坠毁于发射塔东南方不到一公里的范围内,试验失败。

  后来,通过对测量数据的技术分析,结合残骸解剖,发现是运载火箭上两个元器件之间的一根导线存在暗伤,在火箭飞行过程中,因为振动造成导线短路,使俯仰通道失去平稳。

  对于在动乱之秋进行试验的返回式遥感卫星来说,她所走过的道路充满了曲折和坎坷。卫星发射在技术上出现的问题,既有方案上的也有质量上的,而质量问题则相当突出。每次在测试检查中发现的问题都多达上百个,以至曾出现过由于一级四台发动机未全部点火而不能起飞的故障,出现过由于箭头结构失稳而不能完全考验运载能力的事故,最终造成1974年11月5日第一次返回式卫星发射失败也就不足为怪了。这种由于一根导线的纰漏而损失一颗卫星和一枚运载火箭,使卫星上天时间推迟一年的惨痛教训,值得每一个中国人记取。

  失败是成功之母。广大科技人员没有被首次失利所吓倒,他们迎难而上,精心准备,为的是早日实现将返回式遥感卫星送上天的心愿。

  在第一次发射失利后,中央军委副主席叶剑英立即作了明确指示:“失败是成功之母,不要颓废,要继续奋斗,再接再厉,一定要达到目的为止”。叶帅的指示,传达了党中央的声音和决心,坚定了从事航天事业的每个人的信心,鼓舞了每个人的战斗意志,使大家从沉重的心情中解脱出来,从懊丧的情绪里平静下来,认真细致查找原因,组织力量继续再干。经过将近一年时间的努力,重新拿出了一个质量可靠的产品,再次运往酒泉卫星发射中心。

  1975年8月20日,国防科委和七机部领导听取了关于即将出厂的返回式遥感卫星和运载火箭质量情况的汇报。张爱萍主任要求大家对产品要做到“精心保健”,确保质量,力争这次发射“一鸣翔天”。

  10月16日,产品专列抵达酒泉卫星发射中心。这次发射任务是在国防科委领导下,由卫星发射中心和七机部的13名有关领导组成的试验临时党委现场指挥。全体参试人员在试验临时党委的领导下,齐心协力,团结战斗,抱着一定要将卫星送上天、收回来的决心,深入细致的开展工作,各个环节都从难从严,对发现的上百个问题,认真分析,通过试验,严格按科学规律办事,自始至终叫响一个口号:“不带任何一个问题上天”。

  在对卫星和火箭进行检测的过程中,广泛深入地开展了预想活动,对所预想到的可能出现的问题,都进行了深入研究,采取了可行措施。卫星发射中心形成了浓厚的学术气氛,出现了为排除故障而加班加点努力工作的良好势头,过去的好传统重新被找了回来。

  除了正常的测试检查之外,科技人员还进行了多次地面试验。为了摸清箭体和火箭控制系统的抖动频率范围及其对飞行的影响,技术人员用另一枚火箭和配重星在发射台上进行了加注与空箭等多种状态下的抖动试验,虽然试验的结果证明不会影响飞行试验,技术领导小组仍然作了认真的分析研究,并采取了相应的安全措施。

  在对产品进行千锤百炼的测试检查的同时,各有关系统也都展开了扎扎实实的准备工作,诸如发射程序的拟制,气象条件的拟定和天气预报的准备,发射窗口的选择(根据卫星和轨道技术要求,发射卫星的最佳时段只有10分钟)等。

  由于第一次发射失败,返回式遥感卫星的地面测控系统没有得到考验。为了实现“抓得住,跟得上,回得来”的即定目标,发射中心从9月份就开始了紧张的准备工作。到10月下旬,分布在全国的10多个测控台站都完成了设备检修、站内调试和计算程序的编制等任务,共进行了四次站间联试。从10月15日开始,又分别进行了有关台站参加的卫星入轨段和回收段的模拟跟踪演练和四次校飞。通过一系列演练,锻炼了队伍,考验了设备,指挥员做了心中有数,操作人员技能熟练,测控设备状态良好,通信联络畅通无阻,保证了卫星入轨段、运行段的跟踪、测轨、遥测和测控工作的正常实施。

  万里写胸怀,须臾返人间。经过八年的努力,中国第一颗返回式遥感卫星终于走完了上天、入轨、遥感、返回的过程。

技术人员正在吊运长征二号运载火箭。

  11月9日,在发射中心直接领导试验任务的国防科委副主任马捷向参试人员传达了张爱萍主任的要求:兢兢业业,戒骄戒躁,提高警惕,一丝不苟。操作人员以严肃认真的科学态度,从可靠性入手,把握测试过程中的各个主要环节,顺利完成了技术阵地的水平测试工作。

  技术人员完成卫星和火箭的总装测试后,于11月15日将星、箭转运到发射阵地。发射团的指战员们经过10个昼夜的连续奋战,圆满完成了对接任务和发射前的各项检查测试工作。11月24日,卫星发射试验临时党委根据试验准备工作进展情况,建议于1975年11月26日发射卫星,试验领导小组负责人联合签署了“发射任务书”,经国防科委批准,开始对火箭进行加注,待机发射。

  在千万人的期盼中,11月26日11时30分,载着返回式遥感卫星的长征二号运载火箭徐徐飞离发射塔架,直上九天,在空中完成了关机、二级点火、分离等一系列动作后,把卫星送入了预定轨道。此刻,全体参试人员在欢呼第一个回合胜利的同时,更加热切地期待着卫星飞回祖国大地的喜讯。按照预定计划,卫星在空中要运行3天,将于11月29日返回地面。

  把卫星“送上去,收回来”是中央专委的要求,是这次飞行试验的目标。美国的“发现者”卫星从1959年开始发射,除因运载火箭的故障所导致的失败外,仅以入轨的卫星计算,是在经过7次失败后才使卫星回收得到成功的。我国能否在这次飞行试验中一举突破卫星返回这一难关,是全体研制人员和参试人员最为关注的问题。

  卫星入轨后,各卫星地面观测站密切监视和收集卫星运行信息,分析卫星运行情况。11月29日,卫星在轨道上运行了3天,各个系统工作正常,完成了对预定地区的遥感任务。卫星返回的时刻终于到来了!

  当日上午10时许,在渭南测控中心的指挥大厅里,已经坚守了3天3夜的测控人员格外忙碌,高度指挥员正在下达着各种控制指令。此时,分布在秦岭山区、黄土高原、长白山麓、鲁豫平原、大江两岸、南海前哨、世界屋脊、戈壁大漠的数百台测控设备,以锐利的“目光”,紧紧盯着在太空飞行的卫星,测下了它在每一瞬间的速度、姿态和方位。

  在卫星返回前的一圈,飞经长春和胶东两站上空时,渭南测控中心根据实测的卫星轨道,准确计算并预报了卫星调整姿态和两舱分离的时间。当卫星运行到第47圈,从苏联进入我国上空时,设在新疆的前置测控站准时发出了卫星返回“调姿”的遥控指令。地面跟踪接收到的遥测参数表明,调姿正常,卫星按顺时针转动100度,头部朝向地面,做好了脱离运行轨道的准备。

  当卫星完成调姿动作后,设在甘肃的活动测量站又向卫星发出了“两舱解锁”的指令,分离火箭点火,将仪器舱和返回舱分开,同时启动了返回系统的程序时间控制器。随着时间控制器发出的指令,返回舱起旋,稳定回收姿态,制动火箭点火。在火箭推力的作用下,返回舱离开运行轨道,沿着缓缓向下倾斜的轨道,向地面下降。这时,测控中心的控制室里,X-Y函数记录仪上描绘的返回舱轨迹,曲线在不断地延伸着,预示着卫星很快就要返回祖国大地了。

  然而,就在卫星的开伞指令将要发出之时,测控中心的电子计算机却出现了异常显示。这突然的变故,使人们的心情一下子变得紧张起来。返回舱能否软着陆?指令发不发?必须立即作出决断。因为只有适时发出这个指令,才能使测控设备在仰角允许的范围内“发号施令”,过早或过迟都可能造成回收失败。测控中心轨道室负责轨道计算的工程师,经过迅速计算,适时下达了“切换”口令。计算机显示正常了。顿时,人们心花怒放,互相握手祝贺,卫星回收就要成功了。“万里写胸怀,须臾返人间”。八年间,为了我国第一颗返回式遥感卫星辛勤操劳的人们日思夜想的这一时刻终于来到了!29日11时许,返回舱携带着遥感试验资料,按预定的计划返回到地面,走完了上天、入轨、遥感、返回的全过程。中国首次回收卫星便获得了成功。(全文完)

责任编辑:丁晓宇

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