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紀實:我國首顆返回式遙感衛星發射揭密(圖)

發佈時間:2011年08月01日 16:56 | 進入復興論壇 | 來源:新浪科技


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  這是我國第一顆返回式遙感衛星與長征二號運載火箭在發射架上吊裝對接時的場面。

  1975年11月26日,長征二號運載火箭托舉著我國第一顆返回式遙感衛星從酒泉衛星發射中心發射升空。

  東方平 文/圖

  1975年11月26日,對於中國的航天人來説,這是一個難以忘懷的日子。就是在這一天,我國第一顆返回式遙感衛星在酒泉衛星發射中心順利發射升空,準確進入預定軌道。衛星在太空飛行47圈後,按地面遙控站發出的返回調姿遙控指令,安全返回祖國大地,使中國成為了世界上第三個掌握衛星回收技術的國家。在26個年頭過後,讓我們重新將目光投注到那

  個輝煌的日子,去重溫那段令人心動的歲月。

  為打破大國壟斷,面對挑戰,中國科學家勇敢地向攻克返回式遙感衛星技術發起了衝鋒。

  20世紀50年代末期,蘇聯人成功地將第一顆人造地球衛星送上太空,使人類進入到一個嶄新的航天時代。1958年,美國人緊隨其後,也將自己研製的衛星送上了太空。此後,在美蘇之間展開了一場不見硝煙的圍繞空間技術的競爭。

  1970年4月24日,我國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”遨遊太空,引起了世界各國的廣泛關注。由於我國發展應用衛星的首要目的是為了打破世界航天大國對空間技術的壟斷,從這一戰略方針出發,研製返回式衛星,掌握衛星的回收技術,就隨之成為我國優先要予以攻克的一項重要課題。早在60年代,黨中央已經原則上批准把返回式遙感衛星作為發展重點。

  發射返回式遙感衛星要解決一系列複雜的技術問題。其中主要包括:具有足夠推力的運載工具、功能完備的衛星本體以及完善可靠的航天測控網。

  承擔我國第一顆返回式遙感衛星發射運載任務的是長征2號運載火箭。它的起飛質量近200噸,是一個主要由總體結構、火箭發動機、控制系統和安全與供電等系統組成的多級火箭。

  對於返回式遙感衛星的發射任務來説,除了要求運載火箭有足夠的推力,使衛星達到入軌的高度和速度之外,還得有精確的制導和控制能力,以便衛星能夠準確地進入太空預定軌道。這就要求運載火箭必須達到非常高的技術水平。

  經過廣大科技人員的刻苦攻關,長征2號火箭採用了多項新技術,大大提高了技術性能和可靠性。長征2號為兩級液體運載火箭,兩級均採用了自生增壓的推進劑輸送系統。一級採用搖擺主發動機進行姿態控制,火箭在飛行中依靠三軸穩定平台電腦制導系統保持飛行穩定。此外,火箭內部還裝有可提供參數和信息的內、外彈道無線電測量裝置,為全箭設備提供能源的電源等。總體結構系統包括殼體、貯箱以及管路和電纜,使運載工具的各個部分組成一個在空間中能經受各種考驗的整體。

  返回式遙感衛星在技術上比在空間遨遊而不再返回地面的衛星要複雜得多,它既有一般衛星在空間飛行的能力,又要具有按程序接受地面控制、安全完整地返回地面預定區域的能力,而且在返回途中要能經受住嚴酷的再入環境的考驗。

  從總體結構上講,全星分為再入艙和儀器艙兩大艙段。再入艙是返回體,儀器艙在完成任務後留在軌道上。衛星主要包括十幾個大系統,其中有,結構、溫度控制、姿態控制、程序控制、遙測、星上跟蹤和返回等系統,此外,還有天線和供電系統。衛星外形為鈍頭圓錐體。

  地面測控網是空地聯絡的地面系統,也是衛星發射、運行和返回整個工程的重要組成部分。沒有這個龐大複雜的地面系統,送上去的衛星就會成為一個無法控制而又不能完成任何科學探測任務的人造天體。

  在返回式遙感衛星的發射任務中,地面測控系統所要承擔的任務是:精密測量火箭的彈道、衛星的軌道以及它們的內部參數,以確切地掌握測量對象的工作情況和儀器設備的工作質量,對火箭的主動段、衛星的入軌段和回收段實施可靠的測軌和控制,對衛星進行時間程序控制、校正注入數據,以保證衛星按預定的要求準確工作。地面測控系統一般由外彈道測量,內部參數測量和安全遙控系統組成,並由龐大的蜘蛛網式的有線和無線通信系統聯接成一個整體。

  萬人一桿槍,舉國共努力,目的只有一個,就是為了早日將中國的第一顆返回式衛星送上太空。

  1975年11月29日,我國第一顆返回式遙感衛星在太空飛行3天后,安全返回到四川中部預定回收區域。

  説起來,從火箭點火升空到衛星入軌轉入正常運行,只有短短幾十分鐘的時間,但運載火箭和衛星的研究以及發射準備工作,卻經歷了近10年的時間,動員了全國各行各業的力量。

  長征2號運載火箭的研製是從1965年開始的,在總結了我國幾種運載火箭研製經驗的基礎上,應用我國最先進的技術,採用最優化的設計方案,經過長期的方案論證、預研攻關、地面試驗,並經過多次靶場合練和數次試驗的考驗,才執行衛星發射任務的。

  返回式遙感衛星的研製工作開始於1967年。1970年,為加速衛星的研製進程,國防科委建議將這一工程列為國家重點工程。周恩來總理批准了這一建議,並指示在北京地區組織大會戰,由此全面展開了各系統的研製和發射準備工作。

  對於返回式遙感衛星而言,在準備工作中,除需要技術指標很高的遙感儀器,保持高精度的測控及安全可靠的回收系統外,還需要選定合適的回收區域,並配置地面、空中有機結合的回收設備和試驗隊伍。早在1969年,有關部門組成的勘察組,就對初步擬定的可供返回式衛星著陸的地區進行了踏勘。經過國防科委組織專家進行分析研究對比後,決定在中國大陸腹地回收。1971年8到10月間,在成都軍區和總參測繪局的指導下,復勘了四川省的7個專區、42個縣,選定將四川盆地作為回收區,中心在遂寧市附近。這裡除地形開闊,交通方便的有利條件外,還可滿足衛星在返回前一圈運行中飛經中國上空的需要。

  地面測控網既擔負著對衛星進行跟蹤測量的任務,又擔當了對衛星實施控制的重任。返回式遙感衛星的軌道設計與回收區的選擇和觀測臺站的佈局有密切關係,顧此失彼就會影響全局。根據衛星軌道傾角的要求,在地面測控網原有7個臺站的基礎上,又繼續完成了4個臺站的建設,合理配置了若干個前置站、活動站和回收站,綜合利用一些非衛星測控網中的測量站的力量,形成了以渭南站為測控中心,包括發射場區測量設備組成的一定規模的返回式遙感衛星測控網。

  為了檢驗星上儀器設備和地面測控設備的性能及協調性,星上和地面主要工作程序的協調性,星上信標機與地面回收站及定向設備的協調性,並訓練回收隊伍,提高發現和回收返回體的能力,從1970年到1974年,分別進行了星地對接、空中跟蹤定向、回收區聯合空投等試驗。其中在1972年5至6月間,在成都軍區領導下,發射部隊會同參與火箭和衛星研製工作的10多個單位,在四川盆地回收區內進行了第一次聯合空投試驗,投放了2顆模擬星,1顆結構星。在當地上萬名群眾的協助下,參試單位的數百人緊密配合,互相支持,在一個月的時間裏進行了3次試驗,基本達到了預期目的。1974年9月,針對第一次試驗遺留的問題,又在該地進行了一次空投試驗,取得了圓滿成功。

  在正式執行發射任務之前,發射部隊要進行多次合練演習,以達到練兵的目的。第一顆返回式遙感衛星的發射合練是從1973年底開始的,歷時近三個月,直接參加合練的研製人員、部隊技術人員和戰士達500多人。當時,正值嚴冬季節,戈壁灘的氣溫常常在零下20攝氏度左右。為了取得成功的經驗,人們堅守在陰冷空蕩的大場房裏,奔波于寒風凜冽的發射塔上,既無怨言,也從不叫苦叫累,一心一意只為完成合練任務。在嚴格的合練過程中,發現和排除了數百個故障和技術問題。

  通過對合練星的操作合練,參試人員根據衛星的技術狀態,修改完善了發射試驗用的“測試細則”、“操作規程”和“試驗程序”,使發射正樣衛星所使用的主要試驗文件基本成型。與此同時,合練也對衛星進行了全面檢驗,暴露了問題,找到了薄弱環節,為正樣衛星的改進提供了可靠的依據。此外,發射場的設備佈局得以改善,裝備更加配套、協調,為發射正樣衛星打下了堅實的基礎。

  在特殊的歷史時期,中國人沒有停止探索的步伐,然而,返回式衛星首發失利,成為中國航天史上不可忘卻的教訓。

科技人員正在對我國第一顆返回式遙感衛星進行全面技術測試。

  現代航天技術是一個充滿著高風險的技術領域。對於生長在“文化大革命”那一特殊歷史時期的返回式遙感衛星來説,她的命運註定是不可能一帆風順的。

  雖然從60年代就已經開始起步了,但是,由於當時正處於“文化大革命”的動亂時期,衛星的研製和發射在技術上受到挫折,走了不少彎路,研製進度和發射計劃一再拖延,直到1974年才初步具備了發射條件。然而,隨之而來的“批林批孔”的政治風暴,又刮到了戈壁灘,刮到了負責衛星發射的部隊。一夜之間,部隊的統率機關幾乎陷於癱瘓,上級派來的“檢查組”掌握了領導大權。全體官兵,特別是基層部隊顧全大局,為了我國的航天事業,把試驗任務放在重要位置上,認真準備和實施,但在這種局面下,工作所受的影響和干擾也是十分明顯的。

  1974年8月,第一顆返回式遙感衛星和長征2號運載火箭出廠測試合格,經葉劍英等中央首長批准,于9月12日運抵酒泉衛星發射中心。經過技術陣地和發射陣地的檢查測試,加注推進劑,定於11月5日點火發射。

  11月5日將近13時,戈壁灘上寒風陣陣,發射程序進入到了“一分鐘準備”,現場發射指揮員隨後下達了“牽動”口令。這時,衛星控制臺操作員突然發現星上大部分儀器斷電。指揮員接到這一意外情況的報告時,離下達點火口令只有13秒的時間。在千鈞一髮之際,指揮員果斷下達了“停止發射”的命令。發射陣地17個系統的指揮員聽到命令後,指揮各自的操作手按原定預案,有條不紊的退出了發射程序。由於原來預想工作做得好,各級指揮得當,沒有發生不協調、程序錯亂、漏電串電或誤操作等問題。

  發射停止後,立即組織人員對故障原因進行查找,結果發現是衛星地面綜合控制臺電源容量較小,脫落插頭長線電纜電壓下降過大,造成星上電壓不夠而使一些儀器斷電。找到原因後,技術人員迅速更改了衛星的脫落插頭供電方式,重新啟動後,衛星工作正常。

  當天17時40分,第二次組織發射。運載火箭起飛6秒後,出現越來越大的俯仰擺動,造成姿態失穩。飛行至20秒時,安全自毀系統爆炸,火箭自毀。衛星及運載火箭殘骸墜毀於發射塔東南方不到一公里的範圍內,試驗失敗。

  後來,通過對測量數據的技術分析,結合殘骸解剖,發現是運載火箭上兩個元器件之間的一根導線存在暗傷,在火箭飛行過程中,因為振動造成導線短路,使俯仰通道失去平穩。

  對於在動亂之秋進行試驗的返回式遙感衛星來説,她所走過的道路充滿了曲折和坎坷。衛星發射在技術上出現的問題,既有方案上的也有質量上的,而質量問題則相當突出。每次在測試檢查中發現的問題都多達上百個,以至曾出現過由於一級四台發動機未全部點火而不能起飛的故障,出現過由於箭頭結構失穩而不能完全考驗運載能力的事故,最終造成1974年11月5日第一次返回式衛星發射失敗也就不足為怪了。這種由於一根導線的紕漏而損失一顆衛星和一枚運載火箭,使衛星上天時間推遲一年的慘痛教訓,值得每一個中國人記取。

  失敗是成功之母。廣大科技人員沒有被首次失利所嚇倒,他們迎難而上,精心準備,為的是早日實現將返回式遙感衛星送上天的心願。

  在第一次發射失利後,中央軍委副主席葉劍英立即作了明確指示:“失敗是成功之母,不要頹廢,要繼續奮鬥,再接再厲,一定要達到目的為止”。葉帥的指示,傳達了黨中央的聲音和決心,堅定了從事航天事業的每個人的信心,鼓舞了每個人的戰鬥意志,使大家從沉重的心情中解脫出來,從懊喪的情緒裏平靜下來,認真細緻查找原因,組織力量繼續再幹。經過將近一年時間的努力,重新拿出了一個質量可靠的産品,再次運往酒泉衛星發射中心。

  1975年8月20日,國防科委和七機部領導聽取了關於即將出廠的返回式遙感衛星和運載火箭質量情況的彙報。張愛萍主任要求大家對産品要做到“精心保健”,確保質量,力爭這次發射“一鳴翔天”。

  10月16日,産品專列抵達酒泉衛星發射中心。這次發射任務是在國防科委領導下,由衛星發射中心和七機部的13名有關領導組成的試驗臨時黨委現場指揮。全體參試人員在試驗臨時黨委的領導下,齊心協力,團結戰鬥,抱著一定要將衛星送上天、收回來的決心,深入細緻的開展工作,各個環節都從難從嚴,對發現的上百個問題,認真分析,通過試驗,嚴格按科學規律辦事,自始至終叫響一個口號:“不帶任何一個問題上天”。

  在對衛星和火箭進行檢測的過程中,廣泛深入地開展了預想活動,對所預想到的可能出現的問題,都進行了深入研究,採取了可行措施。衛星發射中心形成了濃厚的學術氣氛,出現了為排除故障而加班加點努力工作的良好勢頭,過去的好傳統重新被找了回來。

  除了正常的測試檢查之外,科技人員還進行了多次地面試驗。為了摸清箭體和火箭控制系統的抖動頻率範圍及其對飛行的影響,技術人員用另一枚火箭和配重星在發射臺上進行了加注與空箭等多種狀態下的抖動試驗,雖然試驗的結果證明不會影響飛行試驗,技術領導小組仍然作了認真的分析研究,並採取了相應的安全措施。

  在對産品進行千錘百煉的測試檢查的同時,各有關系統也都展開了扎紮實實的準備工作,諸如發射程序的擬制,氣象條件的擬定和天氣預報的準備,發射窗口的選擇(根據衛星和軌道技術要求,發射衛星的最佳時段只有10分鐘)等。

  由於第一次發射失敗,返回式遙感衛星的地面測控系統沒有得到考驗。為了實現“抓得住,跟得上,回得來”的即定目標,發射中心從9月份就開始了緊張的準備工作。到10月下旬,分佈在全國的10多個測控臺站都完成了設備檢修、站內調試和計算程序的編制等任務,共進行了四次站間聯試。從10月15日開始,又分別進行了有關臺站參加的衛星入軌段和回收段的模擬跟蹤演練和四次校飛。通過一系列演練,鍛鍊了隊伍,考驗了設備,指揮員做了心中有數,操作人員技能熟練,測控設備狀態良好,通信聯絡暢通無阻,保證了衛星入軌段、運行段的跟蹤、測軌、遙測和測控工作的正常實施。

  萬里寫胸懷,須臾返人間。經過八年的努力,中國第一顆返回式遙感衛星終於走完了上天、入軌、遙感、返回的過程。

技術人員正在吊運長征二號運載火箭。

  11月9日,在發射中心直接領導試驗任務的國防科委副主任馬捷向參試人員傳達了張愛萍主任的要求:兢兢業業,戒驕戒躁,提高警惕,一絲不茍。操作人員以嚴肅認真的科學態度,從可靠性入手,把握測試過程中的各個主要環節,順利完成了技術陣地的水平測試工作。

  技術人員完成衛星和火箭的總裝測試後,于11月15日將星、箭轉運到發射陣地。發射團的指戰員們經過10個晝夜的連續奮戰,圓滿完成了對接任務和發射前的各項檢查測試工作。11月24日,衛星發射試驗臨時黨委根據試驗準備工作進展情況,建議于1975年11月26日發射衛星,試驗領導小組負責人聯合簽署了“發射任務書”,經國防科委批准,開始對火箭進行加注,待機發射。

  在千萬人的期盼中,11月26日11時30分,載著返回式遙感衛星的長征二號運載火箭徐徐飛離發射塔架,直上九天,在空中完成了關機、二級點火、分離等一系列動作後,把衛星送入了預定軌道。此刻,全體參試人員在歡呼第一個回合勝利的同時,更加熱切地期待著衛星飛回祖國大地的喜訊。按照預定計劃,衛星在空中要運行3天,將於11月29日返回地面。

  把衛星“送上去,收回來”是中央專委的要求,是這次飛行試驗的目標。美國的“發現者”衛星從1959年開始發射,除因運載火箭的故障所導致的失敗外,僅以入軌的衛星計算,是在經過7次失敗後才使衛星回收得到成功的。我國能否在這次飛行試驗中一舉突破衛星返回這一難關,是全體研製人員和參試人員最為關注的問題。

  衛星入軌後,各衛星地面觀測站密切監視和收集衛星運行信息,分析衛星運行情況。11月29日,衛星在軌道上運行了3天,各個系統工作正常,完成了對預定地區的遙感任務。衛星返回的時刻終於到來了!

  當日上午10時許,在渭南測控中心的指揮大廳裏,已經堅守了3天3夜的測控人員格外忙碌,高度指揮員正在下達著各種控制指令。此時,分佈在秦嶺山區、黃土高原、長白山麓、魯豫平原、大江兩岸、南海前哨、世界屋脊、戈壁大漠的數百台測控設備,以銳利的“目光”,緊緊盯著在太空飛行的衛星,測下了它在每一瞬間的速度、姿態和方位。

  在衛星返回前的一圈,飛經長春和膠東兩站上空時,渭南測控中心根據實測的衛星軌道,準確計算並預報了衛星調整姿態和兩艙分離的時間。當衛星運行到第47圈,從蘇聯進入我國上空時,設在新疆的前置測控站準時發出了衛星返回“調姿”的遙控指令。地面跟蹤接收到的遙測參數表明,調姿正常,衛星按順時針轉動100度,頭部朝向地面,做好了脫離運行軌道的準備。

  當衛星完成調姿動作後,設在甘肅的活動測量站又向衛星發出了“兩艙解鎖”的指令,分離火箭點火,將儀器艙和返回艙分開,同時啟動了返回系統的程序時間控制器。隨著時間控制器發出的指令,返回艙起旋,穩定回收姿態,制動火箭點火。在火箭推力的作用下,返回艙離開運行軌道,沿著緩緩向下傾斜的軌道,向地面下降。這時,測控中心的控制室裏,X-Y函數記錄儀上描繪的返回艙軌跡,曲線在不斷地延伸著,預示著衛星很快就要返回祖國大地了。

  然而,就在衛星的開傘指令將要發出之時,測控中心的電子計算機卻出現了異常顯示。這突然的變故,使人們的心情一下子變得緊張起來。返回艙能否軟著陸?指令發不發?必須立即作出決斷。因為只有適時發出這個指令,才能使測控設備在仰角允許的範圍內“發號施令”,過早或過遲都可能造成回收失敗。測控中心軌道室負責軌道計算的工程師,經過迅速計算,適時下達了“切換”口令。計算機顯示正常了。頓時,人們心花怒放,互相握手祝賀,衛星回收就要成功了。“萬里寫胸懷,須臾返人間”。八年間,為了我國第一顆返回式遙感衛星辛勤操勞的人們日思夜想的這一時刻終於來到了!29日11時許,返回艙攜帶著遙感試驗資料,按預定的計劃返回到地面,走完了上天、入軌、遙感、返回的全過程。中國首次回收衛星便獲得了成功。(全文完)

責任編輯:丁曉宇

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