給中國衛(wèi)星鋪設一條精密的軌道

趙漢斌

每一顆衛(wèi)星都有一條屬于自己的軌道，每一位衛(wèi)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(wèi)星定軌精度從2000米提高到500米、100米、1米，到最后的厘米級，為中國衛(wèi)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(wèi)星東方紅一號即將飛向太空。距離發(fā)射塔架不遠的一座平房里，一個小伙子正聚精會神地核對著衛(wèi)星設計軌道數據。他叫李濟生，那時剛從南京大學天文系畢業(yè)4年。

畢竟這是我國第一次發(fā)射衛(wèi)星，沒有任何經驗可循。李濟生也只能在一遍遍計算、研究中等待成功的消息。

東方紅一號發(fā)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(wèi)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，只是要求測控系統(tǒng)計算出衛(wèi)星的運行軌道，對軌道精度沒有提出要求。李濟生也是剛剛知道這個概念。

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(wèi)星進行有效的控制。一個強烈的愿望在李濟生心里萌生：一定要制訂出中國衛(wèi)星的精密軌道計算方案！

他從東方紅一號衛(wèi)星軌道數據著手，設想了一個個軌道鑒定方法，又一個個地自我否定。那些時日，戈壁灘上那間簡陋的工房里，燈光幾乎每天都亮到深夜。攻堅克難的這一年，李濟生在0和1的海洋中求索。

一天，一個新的想法閃過他的腦海：能不能借用推算衛(wèi)星周期誤差的方法，來判斷軌道誤差呢？經過反復計算和論證，他開發(fā)出了用衛(wèi)星軌道“預報誤差”的方法來確定軌道的精度。用這種方法測定的軌道精度為5000～2000米，我國衛(wèi)星的定軌精度首次有了數量概念。

1975年，我國成功發(fā)射了第一顆返回式衛(wèi)星。測控觀察發(fā)現，衛(wèi)星近地點高度在逐漸升高。而從理論上分析，衛(wèi)星受到大氣阻力的影響，軌道近地點高度應該是逐漸下降才對?！笆遣皇抢顫能壍烙嬎愠隽藛栴}？”有人議論。

李濟生一頭扎進了這個謎團。為了獲取足夠的數據和理論依據，他從北京到南京，再輾轉到上海，資料數據收集了一大堆。借助一臺手搖計算機，他開始了不分晝夜的計算。幾個月后，謎團解開了：衛(wèi)星軌道出現反常，是衛(wèi)星姿態(tài)控制的噴氣管產生的姿控力所致。由于加速度下的作用力只有0.7克，人們在設計時忽略了它。然而，就是這輕微的作用力，使衛(wèi)星軌道近地點每天抬升300多米。

李濟生沒有滿足于找到癥結。他從中吸取經驗，開發(fā)出“按交點周期積分法”的衛(wèi)星定軌方案，使我國的衛(wèi)星定軌精度達到了1000米。此時，我國衛(wèi)星定軌精度仍遠遠落后于美蘇。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(wèi)星的運行軌道產生影響。要進一步提高衛(wèi)星定軌精度，必須在弄清和解決各種攝動力對衛(wèi)星的影響上下功夫。李濟生回到南京大學向專家教授求教。經過幾個月的刻苦攻關，他不僅對攝動力有了深入的認識，而且針對各種攝動力對衛(wèi)星軌道的影響，建立了動力學模型。

1983年，他終于研究出名為“微分軌道改進和攝動星歷表計算”的定軌方案，使衛(wèi)星定軌精度達到了200米，接近世界先進水平。隨后，他和同事們不斷努力，將這一精度提升到100米。這樣的定軌精度不僅滿足當時國內衛(wèi)星發(fā)射測控任務的需要，也為我國航天事業(yè)發(fā)展奠定了堅實的軌道基礎。

不過，當得知美國的衛(wèi)星定軌精度已經達到米級的消息后，李濟生坐不住了。1984年，他踏進了美國得克薩斯大學的空間實驗室。進修期間，李濟生與枯燥的阿拉伯數字日夜相伴，忘記了星期天、節(jié)假日，無暇感受異國風情，甚至連封家書也顧不上寫。兩年時間，他掌握了別人至少要用4年才能學到的知識。導師發(fā)現了他的潛能，熱情地勸他：“留在這里工作吧?！?/p>

李濟生回國了。在國內，他主動辭去了西安衛(wèi)星測控中心技術部軟件室副主任的職務，帶領課題組研制開發(fā)新的精密定軌軟件，一干就是4年多。1991年，新的精密定軌方案在我國發(fā)射的新型衛(wèi)星上獲得成功，衛(wèi)星定軌精度從百米提高到1 0米量級，如果裝備先進的測軌設備，還可以達到1米。中國科學院、國防科工委、航天工業(yè)總公司聯合鑒定認為：該成果建立了我國衛(wèi)星測控精密定軌系統(tǒng)，技術水平處于國內領先地位，并達到了國際先進水平。

這項成果為我國神舟無人飛船發(fā)射試驗中的軌道確定，以及此后我國載人航天事業(yè)的開展奠定了重要的技術基礎。

1995年，李濟生出版了《人造地球衛(wèi)星精密軌道確定》一書。這本書系統(tǒng)講述了精密軌道確定的原理、方法和全部動力學模型，反映了當時該領域的最新成果和發(fā)展趨勢，是我國第一部衛(wèi)星定軌理論和實踐相結合的專著，為我國航天事業(yè)留下了寶貴的知識財富。

“我是踩著眾人的肩膀一步一步上來的，我國航天測控事業(yè)要贏得新世紀，就要培養(yǎng)一大批年輕人，我愿用自己的肩膀為年輕人搭建起攀登的云梯?！崩顫@樣說。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域。

2019年7月28日，李濟生因病在北京逝世，享年76歲。這位為中國航天測控事業(yè)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。

本文內容摘編自《科技日報》2022年10月8日