搶救一顆衛(wèi)星點(diǎn)亮漫天繁星

文/宋皓薇

1991年2月14日，除夕。

我國第二顆氣象衛(wèi)星——風(fēng)云一號B星在900公里高度的軌道上運(yùn)行，經(jīng)過地球極區(qū)和南大西洋上空的帶電粒子密集區(qū)時(shí)，因受空間高能粒子轟擊，星上計(jì)算機(jī)工作紊亂，衛(wèi)星姿態(tài)失控。若不及時(shí)搶救，曾向地面源源不斷發(fā)送高質(zhì)量氣象云圖資料的它，將會變成一顆“死星”，落成太空多余物。

沒有煙花，沒有春晚，沒有團(tuán)圓飯。風(fēng)云衛(wèi)星戰(zhàn)線上每一個(gè)人的心都為天上的衛(wèi)星緊緊揪著。

75天廢寢忘食，75天艱苦努力。1991年5月2日，隨著“衛(wèi)星捕獲地球成功”聲音落地，西安測控中心大廳內(nèi)響起雷鳴般的掌聲。

事后，風(fēng)云一號氣象衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師孟執(zhí)中帶領(lǐng)設(shè)計(jì)師徹底梳理A星和B星的問題，總結(jié)匯編成四冊：《衛(wèi)星總體與分系統(tǒng)部分》《衛(wèi)星子系統(tǒng)與整機(jī)部分》《衛(wèi)星評價(jià)與應(yīng)用》和《衛(wèi)星故障分析與對策》。

這為后續(xù)衛(wèi)星可靠性設(shè)計(jì)和排故提供了很好的借鑒和參考。風(fēng)云一號B 星的搶救技術(shù)飛輪磁控制系統(tǒng)方案于1992年獲得了航空航天工業(yè)部科技成果一等獎(jiǎng)、1993年獲國家重大科技成果二等獎(jiǎng)。

那時(shí)，工程總設(shè)計(jì)師任新民說：“失敗的教訓(xùn)比成功的經(jīng)驗(yàn)更寶貴。我們不怕失敗，但不忘記失敗?！?/p>

這也許是航天科技工作者取得成功的真諦。

▲1988年9月7日，長征四號甲運(yùn)載火箭成功發(fā)射風(fēng)云一號A氣象衛(wèi)星

從A 星走來——正視失敗、超越失敗

不經(jīng)風(fēng)雨，怎攬風(fēng)云？風(fēng)云一號B星自誕生之日起便載有這般豪情壯志。

1988 年9 月7 日，風(fēng)云一號A 星發(fā)射成功。10 月15 日，衛(wèi)星姿態(tài)失控，沒有達(dá)到預(yù)定的半年考核壽命。

風(fēng)云一號A 星的夭折，更激發(fā)了孟執(zhí)中研制高可靠衛(wèi)星的決心。在研制風(fēng)云一號B 星時(shí)，孟執(zhí)中與研制人員在關(guān)鍵設(shè)備上增加了備份，彌補(bǔ)了A星的不足。

其中，修改最大的是姿態(tài)控制系統(tǒng)。姿控系統(tǒng)以A 星的控制系統(tǒng)方案作為主控手段，增加了備份星在計(jì)算機(jī)和偏置動(dòng)量飛輪控制方面的備份方案，增加一整套備份系統(tǒng)。

同時(shí)，風(fēng)云一號B 星在硬件和軟件設(shè)計(jì)上采用了多種技術(shù)手段，使姿態(tài)控制系統(tǒng)的可靠性有了明顯提高；采取一系列防污染設(shè)計(jì)的措施，解決掃描輻射計(jì)紅外通道受水汽污染問題，改造了發(fā)射場的測試環(huán)境，同時(shí)增加了輻射致冷器二級冷塊加熱去污措施……

其間，熱控分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師沈琮和負(fù)責(zé)電源系統(tǒng)的馮鐵榮等一起做試驗(yàn)分析，摸清了鎘鎳蓄電池的充放電特性。孟執(zhí)中給予了他們關(guān)鍵性的指導(dǎo)。他們復(fù)現(xiàn)了衛(wèi)星在軌時(shí)的充放電故障現(xiàn)象，解釋了鎘鎳蓄電池充放電的溫度特性。

衛(wèi)星總指揮韋德森在總結(jié)時(shí)說：“為了提高可靠性，蓄電池的溫度控制不能超過25 攝氏度，最好給電池溫控‘吃小灶’，不超過20攝氏度?！?/p>

▲風(fēng)云一號氣象衛(wèi)星

這一原則不僅指導(dǎo)了B 星的設(shè)計(jì)，還被推薦給資源一號衛(wèi)星的熱控主任設(shè)計(jì)師，在資源一號衛(wèi)星上也得到成功應(yīng)用。它成為后續(xù)衛(wèi)星型號蓄電池溫度控制的設(shè)計(jì)原則，至今還在遵守。

1990 年9 月3 日8 時(shí)53 分，風(fēng)云一號B 星由長征四號運(yùn)載火箭送入預(yù)定軌道。其間經(jīng)過一次“排故”小插曲后，衛(wèi)星開始源源不斷地向地面發(fā)送高質(zhì)量的氣象云圖資料。衛(wèi)星工作一切正常，研制人員歡欣鼓舞，沉靜在一片喜慶之中。

重蹈A星覆轍

1991年2月14日，這天對于從事了一輩子航天科技工作的孟執(zhí)中來說至今記憶猶新。那是中國的傳統(tǒng)節(jié)日——大年三十，孟執(zhí)中帶領(lǐng)工作小組成員，在西安衛(wèi)星測控中心執(zhí)行任務(wù)。

當(dāng)天晚上9 時(shí)，北京氣象衛(wèi)星地面站發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星云圖發(fā)生扭曲，并不停地滾動(dòng)?！坝质强刂葡到y(tǒng)出了問題！”在西安衛(wèi)星測控中心招待所宿舍的孟執(zhí)中意識到，B星開始重蹈A星覆轍。

深夜，正在家中歡度除夕的控制系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師徐福祥接到從西安衛(wèi)星測控中心打來的電話：風(fēng)云一號B星因受空間高能粒子轟擊，星上計(jì)算機(jī)工作紊亂，衛(wèi)星姿態(tài)失控，必須立即搶救！

經(jīng)分析，衛(wèi)星以每分約10 轉(zhuǎn)、章動(dòng)角估計(jì)大于40 度的狀態(tài)在天上亂轉(zhuǎn)。按說，風(fēng)云一號B 星的姿態(tài)控制系統(tǒng)已設(shè)計(jì)了故障自主診斷、系統(tǒng)重構(gòu)和全方位姿態(tài)捕獲等功能，處理一般的故障應(yīng)是綽綽有余的。然而星上的儲氣（動(dòng)力源）已耗盡，這意味著，衛(wèi)星已失去自我搶救的動(dòng)力。

當(dāng)天晚上，孟執(zhí)中與徐福祥在電話中商討，取得一致意見后，立即調(diào)整偏置動(dòng)量輪到最大值。

啟動(dòng)大飛輪后，衛(wèi)星章動(dòng)運(yùn)動(dòng)明顯減小，衛(wèi)星太陽電池陣供給電流從0～8 安的快速起伏，轉(zhuǎn)為6～8 安的較平穩(wěn)供電，為后來搶救衛(wèi)星提供了有利條件。

徐福祥接到孟執(zhí)中的電話后，第二天天剛亮便趕到上海虹橋機(jī)場。但是飛往西安的飛機(jī)春節(jié)全部停飛，無奈之下，徐福祥又趕到火車站，懷著忐忑的心情登上了列車。

大年初二，當(dāng)徐福祥趕到西安衛(wèi)星測控中心時(shí)，他看到已幾天幾夜未安穩(wěn)合眼的戰(zhàn)友們投來期盼的目光，感受到了孟執(zhí)中對他的信任和期待。工程總師任新民、衛(wèi)星總指揮韋德森以及航空航天工業(yè)部領(lǐng)導(dǎo)等也隨后從北京趕來。

徐福祥提出了用3 根磁棒來挽救衛(wèi)星的初步設(shè)想，受到了在場領(lǐng)導(dǎo)和專家的高度重視。測控中心立即成立衛(wèi)星搶救小組，韋德森任組長，孟執(zhí)中和徐福祥任副組長。同時(shí)，測控中心成立了搶救技術(shù)組，徐福祥任組長，成員有高火山、董瑤海、華振武、朱海園等，搶救衛(wèi)星的策略和方案由徐福祥牽頭，孟執(zhí)中把關(guān)。

五院也先后派出了陳義慶、嚴(yán)拱天、章仁為等控制技術(shù)專家來西安擔(dān)任技術(shù)顧問。楊嘉墀院士不顧年老體弱，在搶救衛(wèi)星的關(guān)鍵日子里趕來，進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。

衛(wèi)星搶救小組成員經(jīng)過反復(fù)分析、討論，提出了搶救這顆衛(wèi)星的技術(shù)總策略，即：首先明確失控衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方式，在地面進(jìn)行失控衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)仿真；其次保證太陽電池有一定的輸出，為進(jìn)一步制定搶救策略打下基礎(chǔ)。

就在大家為搶救風(fēng)云一號B 星而日夜奮戰(zhàn)時(shí)，航空航天工業(yè)部的白拜爾總工程師也來到西安。他勉勵(lì)大家：“我和航天部的領(lǐng)導(dǎo)充分相信你們一定會想出辦法。成功搶救這樣一顆幾乎無法挽救的衛(wèi)星，將是一件非常了不起的大事?！?/p>

▲1988年9月7日，風(fēng)云一號A氣象衛(wèi)星發(fā)回的第一張?jiān)茍D照片

衛(wèi)星捕獲地球成功

在那些日子里，大家夜以繼日地深入思考，推導(dǎo)公式，尋找解決方案。

通過高火山、董瑤海等的仿真和分析計(jì)算，小組在整個(gè)搶救過程中始終有效地監(jiān)視著衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)。

同時(shí)，小組還找到了通過星上地平儀數(shù)據(jù)確定衛(wèi)星在旋轉(zhuǎn)過程中何時(shí)指天、何時(shí)指地的方法，從而發(fā)現(xiàn)了通過星上計(jì)算機(jī)已有軟件的組合控制3 根磁棒通電相位的方法。該方法又被稱為磁棒通電的“電子開關(guān)”。

華振武和朱海園等完成了消旋力矩的數(shù)學(xué)仿真，選擇了最佳參數(shù)，使衛(wèi)星的快速旋轉(zhuǎn)很快得到了控制。

衛(wèi)星經(jīng)過10 天左右的消旋，旋轉(zhuǎn)速率從每秒60度下降到每秒幾度左右。

為將搶救方法全部轉(zhuǎn)換成西安衛(wèi)星測控中心可以實(shí)施的地面操作計(jì)劃，徐福祥多次給衛(wèi)星測控中心的同志上課，向他們詳細(xì)講述搶救衛(wèi)星的方法、地面仿真的方法，以及如何將其轉(zhuǎn)換成操作實(shí)施計(jì)劃。

在測控中心的大力配合下，經(jīng)過75天的艱苦努力，風(fēng)云一號B 星終于在1991年5月2日恢復(fù)正常工作。

孟執(zhí)中清楚地記得，當(dāng)時(shí)西安衛(wèi)星測控中心的大廳內(nèi)鴉雀無聲，大屏幕上顯示著衛(wèi)星正緩慢“滾”向飛輪控制區(qū)。人們的心緊揪著，雙眼緊盯著大屏幕，心“ 怦怦”跳著，企盼著勝利的到來。

“衛(wèi)星捕獲地球成功！”

現(xiàn)場指揮響亮的報(bào)告聲一落地，大廳內(nèi)立即響起了雷鳴般的掌聲和歡呼聲。國防科工委、航空航天工業(yè)部、國家氣象局、西安衛(wèi)星測控中心、五院和上海航天局的領(lǐng)導(dǎo)都向搶救組發(fā)來熱情洋溢的賀電，對搶救成功風(fēng)云一號衛(wèi)星報(bào)以熱烈的祝賀。

航空航天工業(yè)部領(lǐng)導(dǎo)在賀電中說：“成功搶救風(fēng)云一號衛(wèi)星是中國航天史上的奇跡，也是國際航天界的罕事?！?/p>

在磨礪中邁向未來

風(fēng)云一號B星經(jīng)75天地面測控?fù)尵?，雖然排除了故障，恢復(fù)了工作，但終因星載計(jì)算機(jī)受空間環(huán)境影響而頻繁跳變，未能完全回到正常狀態(tài)。該星斷斷續(xù)續(xù)工作到1992年11月，在軌累計(jì)正常運(yùn)行285天，未能達(dá)到一年的設(shè)計(jì)壽命指標(biāo)。

這成了與衛(wèi)星打了30 多年交道、看著衛(wèi)星“長大”的孟執(zhí)中心中抹不去的痛，也更加堅(jiān)定了他求勝的信念。

孟執(zhí)中帶領(lǐng)“ 風(fēng)云一號”的設(shè)計(jì)師徹底梳理了A 星和B 星的問題，將衛(wèi)星研制過程中所出現(xiàn)的問題和解決辦法系統(tǒng)總結(jié)、匯編成冊，以供后續(xù)衛(wèi)星研制者參考。他親自主編，全程參與，并親筆撰寫了其中的重要章節(jié)。

▲孫家棟（前左）與孟執(zhí)中（前右）親切交談

為更全面地反映衛(wèi)星設(shè)計(jì)所需掌握的基本原理和工程研制中所需注意的問題，他還集中10 天的時(shí)間，帶領(lǐng)有關(guān)人員編輯審定完成專集，最終匯編成四冊：《衛(wèi)星總體與分系統(tǒng)部分》《衛(wèi)星子系統(tǒng)與整機(jī)部分》《衛(wèi)星評價(jià)與應(yīng)用》和《衛(wèi)星故障分析與對策》。

中國科學(xué)院空間中心的一位專家在看到這本專集后，稱這是他看到的最好的、最有價(jià)值的關(guān)于衛(wèi)星故障的技術(shù)總結(jié)，為后續(xù)衛(wèi)星可靠性設(shè)計(jì)和排故提供了很好的借鑒和參考。

風(fēng)云一號B星的搶救技術(shù)飛輪磁控制系統(tǒng)方案于1992 年獲得了航空航天工業(yè)部科技成果一等獎(jiǎng)，1993年獲國家重大科技成果二等獎(jiǎng)。

風(fēng)云一號A 星是我國第一個(gè)太陽同步軌道衛(wèi)星，被譽(yù)為中國航天衛(wèi)星技術(shù)上的第三個(gè)里程碑。而B 星在A 星的基礎(chǔ)上進(jìn)一步使用微型數(shù)字計(jì)算機(jī)作為衛(wèi)星的控制中心、80C86 做CPU，采用偏置動(dòng)輪量姿控系統(tǒng)方案。這些衛(wèi)星計(jì)算機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，為后來的衛(wèi)星型號所繼承和發(fā)展。

回顧“風(fēng)云一號”研制歷程，那些失敗教訓(xùn)，向浩瀚宇宙灑下點(diǎn)點(diǎn)星光。在磨礪中，一批青年人才成長為骨干，他們從失敗中走過來，以攻堅(jiān)不怕難的韌勁，在后續(xù)衛(wèi)星研制中奉獻(xiàn)智慧與汗水，助推“風(fēng)云”衛(wèi)星邁向廣闊未來。

▲衛(wèi)星正在進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)

▲衛(wèi)星在磁測試廠房