作者:朱泽蓝 付毅飞 来源:科技日报 发布时间:2019/7/29 10:19:24
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追记李济生:他把卫星定轨精度精确到厘米

 

每一颗卫星都有一条属于自己的轨道,每一位卫星测控专家都有一套属于自己的轨道计算方法。这种方法是个人的研究成果,更是国家的核心机密。李济生一生都在寻找各种最佳的计算方法,把卫星定轨精度从2公里提高到100米、1米,乃至目前的厘米级,为中国卫星铺设了一条最精密的轨道。
 
1970年4月24日,巴丹吉林沙漠深处,我国第一颗人造卫星“东方红一号”即将升空。
 
离发射塔架不远的平房里,一个小伙子正聚精会神地核对着卫星设计轨道数据。他叫李济生。
 
“东方红一号”发射成功了。庆功宴上的李济生端着一碗饺子,却难以下咽。一位老专家的问话在他耳边萦绕——“咱们的卫星虽然上天了,轨道也计算出来了,但你知道轨道精度是多少吗?”
 
当时,限于技术和装备水平,只要求测控系统计算出卫星运行轨道,对轨道精度没有提出要求。李济生刚刚知道这个概念。
 
不知道定轨精度,就无法验证轨道计算的正确性;没有精确的轨道数据,就无法对卫星进行有效的控制。他下定决心:一定要制定出中国卫星的精密轨道计算方案!
 
李济生从“东方红一号”卫星轨道数据着手,设想了一个个轨道鉴定方法,又一个个否定。戈壁滩上那间简陋的工房,灯光几乎每天都亮到深夜。
 
一天,新的想法闪过他的脑海:能否借用推算卫星周期误差的方法来判断轨道误差?经过反复计算和论证,他开发出了用卫星轨道“预报误差”来确定轨道精度的方法。以此测定的轨道精度约为2至5公里,我国卫星定轨精度首次有了数量概念。
 
1975年,我国成功发射首颗返回式卫星。测控结果显示,卫星近地点高度在逐渐升高。但理论上,卫星受到大气阻力影响,轨道高度应逐渐下降。
 
李济生一头扎进这个谜团,几个月后找到了答案——是卫星姿态控制的喷气管产生姿控力所致。由于只有0.7克作用力,人们在设计时忽略了它。但就是这轻微的作用力,使卫星轨道近地点每天升高300多米。
 
他没有就此罢手,进而开发出“按交点周期积分法”的卫星定轨方案,使我国的卫星定轨精度达到了1公里。
 
此时,我国卫星定轨精度仍远远落后于美、苏两国。李济生给自己定下新的目标:百米量级。
 
日月引力、大气阻力、太阳辐射压力以及地球引力等各种“摄动力”,都会对卫星运行轨道产生影响。要进一步提高卫星定轨精度,必须在弄清和解决各种“摄动力”对卫星的影响上下功夫。
 
经过几个月刻苦攻关,李济生对“摄动力”有了深入认识,并针对各种“摄动力”对卫星轨道的影响逐一建立了动力学模型。1983年,他研究出“微分轨道改进和摄动星历表计算”定轨方案,使卫星定轨精度达到了200米,接近世界先进水平。随后他和同事们继续将精度提升到100米级,不仅满足当时国内测控任务的需要,也为我国航天事业发展奠定了坚实的轨道基础。
 
不过,当得知美国卫星定轨精度已经达到米级时,李济生坐不住了。他带领课题组研制开发新的精密定轨软件,一干就是四年多。
 
1991年,新方案在我国发射的新型卫星上获得成功,卫星定轨精度从百米提高到十米量级,如果装备先进的测轨设备,可以达到1米。中国科学院、国防科工委、航天工业总公司联合鉴定认为:该成果建立了我国卫星测控精密定轨系统,技术水平处于国内领先地位,并达到了国际先进水平。
 
这项成果也为我国“神舟”无人飞船发射试验中的轨道确定,以及此后我国载人航天事业奠定了重要的技术基础。
 
1995年,李济生写的《人造地球卫星精密轨道确定》出版。书中系统讲述了精密轨道确定的原理、方法和全部动力学模型,反映了当时该领域最新成果和发展趋势,是我国第一部卫星定轨理论和实践相结合的专著。
 
“我是踩着众人的肩膀一步一步上来的,也愿用自己的肩膀为年轻人搭建起攀登的云梯。”李济生曾说。在他的指引下,我国航天测控人员不断攻克关键核心技术,如今已实现航天器定轨精度向厘米级的跨越。
 
2019年7月28日,李济生因病于北京逝世,享年76岁。这位为中国航天测控事业奉献一生的“牧星人”,在我国航天史上留下了永不磨灭的轨迹。

 

 
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