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牧星时刻

——试验卫星一号"西安测控工作记

作者:黄超

 

  卫星测控人有个美丽的名字,叫做“牧星人”。“试验卫星一号”发射以后,我校由徐国栋教授等组成了小卫星飞行控制组,也有了我校自己的“牧星人”。在“放牧”“试验卫星一号”的日子里,笔者和飞控组一起经历了伟大的牧星时刻……
  古都牧星人初来
  4月15日开始,古都西安的卫星城陆续来了一群特殊的牧星人。我校部分小卫星研制成员从西昌转战西安,组成了近10人的小卫星飞控组,开始紧锣密鼓地准备飞控工作。由于“试验卫星一号”的测控工作主要由西安卫星测控中心完成,我校在测控工作中主要承担着给出测控预定程序和基本指令方案的工作,并在出现有关故障时向测控中心提供预备方案。
  这在我校历史上还是首次,任务艰巨,责任重大,仅仅有关技术文件就有600多页。从4月16日开始,小组成员们每天随时召开各种技术准备会议,对各种技术数据指标进行最后审核,对小卫星飞行中可能出现的故障给出预案。忙碌而又有序,一切都在稳步进行着。
  随着发射日的临近,飞控组也感染了大战前的气氛,同志们似乎都陷入深思中,又似乎在等待那个庄严的时刻。在强文义教授的带领下,飞控组在测控中心坚持集体行动,在发射前确保正常的作息时间,随时举行各种技术准备会议。他还要求飞控组成员们要注意锻炼身体,在他的带动下,飞控组的年轻人参加了各种锻炼活动,大家一心一意地为测控工作进行着体力和精神上的准备。
  4月17日上午,“试验卫星一号”测控工作会议在西安卫星测控中心举行,对参与西安测控工作的合作单位进行了任务分工,强文义被任命为小卫星测控副总指挥。下午,强文义主持了我校飞控技术会议,对我校飞控组的工作分工做了安排,根据不同教师从事的系统研制任务,确定了最后的分系统飞控管理分工。晚餐过后,在耿云海、吴翔虎等青年教师的倡议下,飞控组成员特意来到西安卫星测控中心的篮球场,进行了一场精彩的分组对抗比赛,为即将到来的小卫星发射作最后的动员。
  4月17日下午,小卫星已进入待命发射阶段。晚餐时,飞控组成员聚集在一起,议论起从西昌传来的消息,消息说,西昌的庆祝活动定在晚上12时。大家开始议论起西安的庆祝时间,有的说最早也要等到20日4时,有的说甚至要等到3个星期之后。强文义举起茶杯:“我们庆祝得最晚、笑得最晚,但一定要笑得最好。”飞控组憧憬着成功后的欢庆,纷纷表示要努力做好飞控工作,守好小卫星飞控工作的重要岗位。
  4月18日上午9时,离发射还有12个小时,飞控组进入测控大厅,参加全系统的测控联合演练。在测控大厅,各测控站的测控对话洪亮清晰,让安静的氛围顿时激荡起来。我校飞控组在测控大厅前排就座,西安卫星测控中心的工作人员也在后排忙碌着,不时走到前排与我校技术人员进行技术交流。经过两次两个小时的测控合练表明,参与测控任务的测控系统运行完好,已为小卫星飞控工作做好了准备。
  此时,在西昌卫星发射中心,“试验一号卫星”已进入发射塔。在西安卫星测控中心测控大厅,西昌卫星发射架被视频传送到测控大厅屏幕上,在巍峨群山映衬下,雄壮的发射架拔地而起,正护卫着“试验卫星一号”。
  随着夜幕的降临,时钟正在悄悄接近一个伟大的历史时刻。
  天地脉动探长空
  4月18日20时30分,飞控组乘着夜色准时进入测控大厅,西安卫星测控中心工作人员也进入各自岗位。在测控大厅大屏幕上,西昌发射中心发射塔的灯光夜景清晰可见,随着摄像镜头的远近转换和场景转换,西昌发射中心发射前的工作展现在我们面前。镜头不时掠过发射测控大厅和发射塔,我校工作人员正和西昌发射中心技术人员一道,在紧锣密鼓地准备着最后阶段的发射工作。
  负责飞行姿态控制系统的徐国栋正在有条不紊地核对着各种数据。我小心翼翼地问他:“有压力吗?压力大吗?”他很平静地说:“现在谈不上什么压力了。能做的工作也不多了,该做的工作已经提前做了。有压力的时期已经过去了。现在只有一心一意地做好飞控工作!”他又提醒我要帮助做好技术数据保存工作,然后继续认真地核对着测控数据。
  4月18日21时,在测控中心屏幕上,西昌卫星塔已被夜幕笼罩,几束耀眼的探照灯打在发射塔上,显得发射塔格外神圣壮观。西安卫星发射中心的同志们也在忙碌着,强文义教授找来了将与卫星交换时所有的数据资料,认真地与徐国栋等人进行最后的审查。由他和徐国栋签字生效的交换文件将送到测控中心测控任务组,成为影响测控任务内容和程序的指令文件。
  4月18日21时46分50秒,西昌卫星发射中心发射塔,运载火箭罩体尝试开始打开。此时,西昌、西安、北京和有关测控单位的测控指挥系统开始启动:“2小时准备!”——“1小时准备!”——“半小时准备!”……各测控站和测控指挥单位开始有序报告各自的测控状态和测控系统情况,发射前的硝烟味开始在测控大厅弥漫,除了测控发令员的声音外,测控大厅格外地寂静。我校技术人员在前排准备着数据统计工作,西安测控中心技术人员在紧张地进行最后一轮的技术准备工作,在测控大厅后的玻璃房内,前来观看“试验卫星一号”发射盛况的领导和嘉宾已在贵宾台前就座,大家正翘首等待着激动人心的时刻。
  “……5,4,3,2,1,点火!起飞!”4月19日零时13分,当西昌卫星发射中心传来发射成功的消息时,西安测控大厅显示屏上打出了“热烈庆祝‘试验卫星一号’发射圆满成功”的大字,我校飞控组成员开始进入各项飞行控制观测程序。测控大厅里,各种指令在各个测控站和测控指挥员之间传递,“星箭分离正常!”,“卫星运行正常,跟踪正常!”……
  4月19日1时13分,测控大厅突然响起电话铃声,小卫星总师曹喜滨教授从西昌打来电话,询问小卫星飞行情况。徐国栋教授向总师通报了目前的好消息:“C和E区都看到了。控制电压情况很好,模式转换得很快,加电情况很好。目前看见的是加电状态,只是温度稍微高了一些。我们将继续跟踪观察!”此刻,西安卫星测控中心已成为哈工大人关注的焦点,在西昌的技术人员密切关注着飞行控制情况,哈尔滨的校园正经历着欢庆发射成功、祝愿飞控胜利的不眠之夜。
  进入轨道到第二圈,返回信号测控区最为关键,飞控组成员耐心地等待着从卫星上传来卫星姿态方面的新信号。徐国栋教授说:“卫星进入第二圈绕地飞行时,关键在于卫星太阳帆板按正常程序展开,表明卫星运行正常。”在等待的间歇,飞控组成员调出了各种数据进行对比,与兄弟单位进行交流。
  4月19日1时37分,各测控单位相继捕获到小卫星第二圈绕地飞行信号。飞控组人员全神贯注地盯着卫星应该传送的数据项目,“太阳帆板已经展开!”“测控系统正常!”“星务系统正常!”“自控系统正常!”好消息连续传来,徐国栋情不自禁地拍了一下手,一直紧攥着手的顾学迈教授摊开了手掌,手心已是一片汗迹。“可真是捏着一把汗啦!”顾学迈笑着说:“刚才说自己不紧张是假的。我负责测控系统的研制工作,如果测控系统出现故障的话,整个小卫星的运行正常将是一句空话!责任重大,哪能不紧张啊!”
  此时,“试验卫星一号”显示系统显示,卫星运行模式正常进入惯性稳定模式,卫星各分系统工作正常。当我校飞控组负责人耿云海向各兄弟单位汇报这些好消息时,测控大厅里响起一片掌声,人们为小卫星的正常运行而高兴。飞控组成员对飞行情况进行了分析——通信系统运行正常,星务系统运行正常,自控系统运行正常。大家期待着小卫星第三圈绕地飞行信号能进一步验证小卫星运行情况。
  4月19日3时18分,小卫星第三圈绕地飞行信号表明:小卫星已经进入对日三轴稳定模式,卫星姿态建立了稳定姿态。可以确认,小卫星运行情况一切正常,根据前3圈运行情况,卫星比预计的情况要好。当小卫星再次飞离测控区时,坐在后排的西安卫星测控中心技术人员纷纷走到前排,向我校研制人员表示祝贺,向哈工大表示祝贺!
  星转九天巡苍穹
  从4月19日开始,“试验卫星一号”开始进入实验阶段,将对卫星的自主管理和立体测绘等任务进行实验。耿云海说,“试验卫星一号”研制和发射成功的关键是胜利完成实验任务,交付用户使用,飞行姿态正常和自主管理良好都是基础条件。我校飞控组来不及庆祝小卫星的发射成功,立即又投入到进行实验任务的测控新阶段。
  4月21日上午,一个好消息让飞控组备感振奋:经过数据处理,21日从卫星上下传的图像数据已正式成像。看着计算机处理出来的图纸,飞控组决定要进一步展开工作,力争在下午实现立体成像。
 在“试验卫星一号”运行过程中,卫星自主管理的优越性让西安卫星测控中心的专家们也深感惊讶。“试验卫星一号”集成了多项新技术,其中一半的技术在国内是首次应用。徐国栋说,当小卫星发射升空后,在空中运行时由于受到了空间环境等方面的影响可能出现异常现象,这就需要通过其在空中自主诊断出哪个部件出现故障,按照科研人员事先设计的故障处理预案及时处理。据介绍,科研人员通过测控想到各种可能会出现的情况,为小卫星设计编排了七八十条应急处理排除故障的预案。
  但在4月21日下午的测控期间,飞控组从下传数据时发现,立体测绘成像可能出了问题。显示系统显示,立体成像数据下传不灵,下传数据含有无法识别的字节。同时,卫星下传数据时而正常,时而不正常,在测控系统捕捉到的时段不正常,在捕捉不到的时段正常。
  刚刚活跃的气氛顿时沉静下来,飞控组成员分别进行了多次探讨。4月21日晚,从西昌赶赴西安的校党委副书记李绍滨、小卫星总师曹喜滨等人召集全体研制人员举行飞控工作会议,通报了当前小卫星运行的故障情况,对小卫星立体成像数据问题的处理进行了讨论。大家从设计思路出发,从各个备用方案的有效性入手,全力以赴地求解这一新问题。飞控组最后决定,立即对小卫星测控程序进行梳理,同时启动预案处理突发情况。
  4月21日晚至22日凌晨,当小卫星继续在轨飞行时,飞控组对飞控指令进行了调整,当再次发出飞行控制指令时,收到了一切正常的信号。原来,这次突发事件只是一次技术识别的问题,在简单地调整了一下识别技术后,小卫星立体成像数据顺利下传,显示出了清晰的成像效果。一夜奋战,凯歌高奏,让大家精神振奋,击掌相庆。
  4月22日清晨,小卫星正式向地面下传卫星立体测绘图像。在早餐时,飞控组成员那一张张疲倦的脸上,终于露出了一丝难得的轻松。合作单位的同志也出现在餐厅,立刻过来与飞控组的同志们热情交谈,向小卫星顺利成像表示祝贺。
  在飞控的间歇,我校在西安卫星测控中心的校友们也来到测控大厅,与我校小卫星研制人员进行了深入交流。史续生校友、李权校友、杨开忠校友参与了这次小卫星测控工作,他们对母校自主研制出我国高校第一颗小卫星深感自豪,对母校研制的“试验卫星一号”的自主性和探索性给予了高度评价。同时,他们也祝愿母校继续发扬航天传统,期待与母校携手为祖国的航天事业而共同奋斗。
  从4月下旬开始,小卫星进入了长期管理阶段。我校飞控组继续对小卫星进行各项实验任务。飞控组先后对小卫星的测绘实验、自主管理实验等任务进行了实验验证,取得了第一手的实验资料。
  在飞控组成员们的精心管理下,小卫星开始在太空胜利遨游。作为我国高校第一颗自主研制的小卫星,历史也将记住这段伟大而难忘的牧星时刻,终将铭记这群可爱的牧星人。“试验卫星一号”在西昌发射,也忙坏了我校卫星测控地面站的师生们。从发射之前的准备工作,到发射之后的卫星运行状态监测与数据接收,卫星地面站的工作人员度过了一个个紧张、激动、兴奋的不眠之夜。
  4月19日,我校卫星地面站。
  早7:00,熬了一夜的地面站工作人员又陆续就位,根据西昌提供的参数在做地面站调试、轨道预报、伺服跟踪系统调试等工作,准备接收上午10:07的“试验卫星一号”绕地第七圈的遥测数据。
  卫星地面站技术组负责人郭庆教授边忙边回答记者:“昨天晚上7点,我们就已经各就各位,严阵以待。倒计时90分钟的时候,卫星发射试验队队长李绍滨副书记从西昌打来电话,当时我们的心情既兴奋又紧张。”
  地面站试验队指挥徐玉滨教授接着说:“昨天,西昌发射中心和西安测控中心时时给我们通报情况。8点以后,我们与西昌每小时沟通一次,到了23点就每隔10分钟通一次电话,在发射前5分钟,电话就一直没放下,大家屏住呼吸,从电话里听到‘点火!起飞!’时,我们的心提到了嗓子眼儿——11分钟后,我们监测到了瞬间而过的信号。这一夜,地面站灯火通明。大家兴奋地守着监测仪器,根据西昌发回的数据,进行第二天的轨道预报……”
  8:00,卫星地面站成了媒体的焦点,电台、电视台和报社等30多家新闻单位的记者蜂拥而至,在地面站参加测试系统工作的大四学生张昀满脸是汗地介绍着大屏幕上显示的卫星在轨道运行的情况。
  9:30,党委副书记孙和义向记者们介绍了“试验卫星一号”的发射情况。
  10:07,大家兴奋地从大屏幕上看到了“试验卫星一号”在轨道上缓缓地运行,并不断地向地面发送数据。这难得一见的科技史上的壮观画面,被记者们的摄像机永远地定格在那一刻。
  由此,在悄无声息中进行研制和运行的全国高校第一家满足USB标准的卫星测控地面站,也终于向人们揭开了它神秘的面纱。
  在“试验卫星一号”发射之前,“哈工大卫星地面站”几乎不为业外人士所知。但实际上,我校卫星地面站早在2001年5月就确定技术方案,并开始投入研制与建设。整个卫星地面站系统包括天伺馈系统、射频系统、基带信号处理系统、监控系统和计算机终端及网络五大部分,由学校“985”重点学科建设和通信所自筹经费建成。我校通信技术研究所负责地面站系统总体设计,与有关科研单位合作研制,于2002年10月份完成了地面站系统加工,并开始安装调试。
  “记得那时候已经开始下雪了,天气非常冷,而天线罩必须在外边施工,安装很不方便,大家都工作得非常艰苦。”在西昌卫星发射中心,通信技术研究所的顾学迈教授回顾道。为了配合“试验卫星一号”原计划的发射日程,大家夜以继日地工作,于2002年11月份完成了地面站系统安装,开始全系统的调试和实验,并于2003年1月通过了初步验收。
  “众所周知,小卫星是一个综合性的系统工程,除了卫星本身包括很多先进技术之外,还包括仿真设计系统、地面测试系统和卫星测控通信地面站系统等。所以当初我们研制哈工大卫星地面站的主要目的就是为‘试验卫星一号’做地面支持系统,同时也可以验证未来小卫星脱离国家测控网后实行自主测控的一种新体制。”我校卫星地面站的主要任务包括 “试验卫星一号”定轨后的遥测数据接收和卫星状态监视、卫星的演示验证任务的软件注入、遥控指令发送及配合地面应用系统进行遥感数据接收和图像存储等。
  “发展到今天,我们的卫星地面站不但可以为我们学校自己的小卫星提供测控服务,也能够为其他小卫星进行遥测和状态监视,为今后开展国内外合作奠定了基础。”顾学迈教授介绍说。
  因此,卫星地面站的建立,对我校卫星测控与通信技术的长远发展与学科建设提供了有利的条件,对卫星跟踪、遥测数据接收分析、轨道预报、测控新体制研究等方面的研究和人才培养开拓了新的空间,许多教师、科研人员、博士生和硕士生在参与地面站研制的过程中得到极大的锻炼和能力培养。
  从10:20开始,记者们开始见缝插针地采访着这里的每一个人。博士生邢志强说:“我听到这个消息非常激动,小卫星的研制者们非常辛苦,为了这一天,他们不计个人得失,有的老师连续几个月甚至几年出差在外,小卫星发射成功是对他们的回报。”
  航院研究生吕楠对记者说:“作为工大人,我非常自豪,还有半年我就要到我校小卫星的合作单位中国空间技术研究院去工作了,这个时候小卫星发射成功,使我对未来充满了希望。”
  在地面站,记者看到了今年航院的4个保送研究生。其中的吴云华说:“我刚上大一时,就听说学校在研制小卫星。盼了4年,终于成功了。”把卫星作为研究方向的王书廷说:“我比别人更高兴。之前,一些同学见了我的面就问,小卫星怎么样啦?昨天晚上我们一夜没睡,都很激动。后半夜快2点了大家还在发短信,互相转告这个好消息。”
  卫星地面站沸腾了,因为一个令人振奋的主题。巡天遥看一千河,有一颗星,牵动着哈工大师生的心!