給中國(guó)衛(wèi)星鋪設(shè)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(cè)控專家都有一套屬于自己的軌道計(jì)算方法。這種方法是個(gè)人的研究成果，更是國(guó)家的核心機(jī)密。李濟(jì)生一生都在尋找各種最佳的計(jì)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(jí)，為中國(guó)衛(wèi)星鋪設(shè)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(guó)第一顆人造衛(wèi)星東方紅一號(hào)即將飛向太空。距離發(fā)射塔架不遠(yuǎn)的一座平房里，一個(gè)小伙子正聚精會(huì)神地核對(duì)著衛(wèi)星設(shè)計(jì)軌道數(shù)據(jù)。他叫李濟(jì)生，那時(shí)剛從南京大學(xué)天文系畢業(yè)4年。

畢竟這是我國(guó)第一次發(fā)射衛(wèi)星，沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可循。李濟(jì)生也只能在一遍遍計(jì)算、研究中等待成功的消息。

東方紅一號(hào)發(fā)射成功了。慶功宴上的李濟(jì)生端著一碗餃子，卻難以下咽。一位老專家的問(wèn)話在他耳邊縈繞：“咱們的衛(wèi)星雖然上天了，軌道也計(jì)算出來(lái)了，但你知道軌道精度是多少嗎？”當(dāng)時(shí)，限于技術(shù)和裝備水平，只是要求測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算出衛(wèi)星的運(yùn)行軌道，對(duì)軌道精度沒(méi)有提出要求。李濟(jì)生也是剛剛知道這個(gè)概念。

不知道定軌精度，就無(wú)法驗(yàn)證軌道計(jì)算的正確性；沒(méi)有精確的軌道數(shù)據(jù)，就無(wú)法對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行有效的控制。一個(gè)強(qiáng)烈的愿望在李濟(jì)生心里萌生：一定要制訂出中國(guó)衛(wèi)星的精密軌道計(jì)算方案！

他從東方紅一號(hào)衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)著手，設(shè)想了一個(gè)個(gè)軌道鑒定方法，又一個(gè)個(gè)地自我否定。那些時(shí)日，戈壁灘上那間簡(jiǎn)陋的工房里，燈光幾乎每天都亮到深夜。攻堅(jiān)克難的這一年，李濟(jì)生在0和1的海洋中求索。

一天，一個(gè)新的想法閃過(guò)他的腦海：能不能借用推算衛(wèi)星周期誤差的方法，來(lái)判斷軌道誤差呢？經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算和論證，他開發(fā)出了用衛(wèi)星軌道“預(yù)報(bào)誤差”的方法來(lái)確定軌道的精度。用這種方法測(cè)定的軌道精度為5000～2000米，我國(guó)衛(wèi)星的定軌精度首次有了數(shù)量概念。

1975年，我國(guó)成功發(fā)射了第一顆返回式衛(wèi)星。測(cè)控觀察發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星近地點(diǎn)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(diǎn)高度應(yīng)該是逐漸下降才對(duì)。“是不是李濟(jì)生的軌道計(jì)算出了問(wèn)題？”有人議論。

李濟(jì)生一頭扎進(jìn)了這個(gè)謎團(tuán)。為了獲取足夠的數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，他從北京到南京，再輾轉(zhuǎn)到上海，資料數(shù)據(jù)收集了一大堆。借助一臺(tái)手搖計(jì)算機(jī)，他開始了不分晝夜的計(jì)算。幾個(gè)月后，謎團(tuán)解開了：衛(wèi)星軌道出現(xiàn)反常，是衛(wèi)星姿態(tài)控制的噴氣管產(chǎn)生的姿控力所致。由于加速度下的作用力只有0.7克，人們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)忽略了它。然而，就是這輕微的作用力，使衛(wèi)星軌道近地點(diǎn)每天抬升300多米。

李濟(jì)生沒(méi)有滿足于找到癥結(jié)。他從中吸取經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出“按交點(diǎn)周期積分法”的衛(wèi)星定軌方案，使我國(guó)的衛(wèi)星定軌精度達(dá)到了1000米。此時(shí)，我國(guó)衛(wèi)星定軌精度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美蘇。李濟(jì)生給自己定下新的目標(biāo)：百米量級(jí)。

日月引力、大氣阻力、太陽(yáng)輻射壓力以及地球引力等各種攝動(dòng)力，都會(huì)對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道產(chǎn)生影響。要進(jìn)一步提高衛(wèi)星定軌精度，必須在弄清和解決各種攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星的影響上下功夫。李濟(jì)生回到南京大學(xué)向?qū)＜医淌谇蠼獭＝?jīng)過(guò)幾個(gè)月的刻苦攻關(guān)，他不僅對(duì)攝動(dòng)力有了深入的認(rèn)識(shí)，而且針對(duì)各種攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星軌道的影響，建立了動(dòng)力學(xué)模型。

1983年，他終于研究出名為“微分軌道改進(jìn)和攝動(dòng)星歷表計(jì)算”的定軌方案，使衛(wèi)星定軌精度達(dá)到了200米，接近世界先進(jìn)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(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)衛(wèi)星發(fā)射測(cè)控任務(wù)的需要，也為我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的軌道基礎(chǔ)。

不過(guò)，當(dāng)?shù)弥绹?guó)的衛(wèi)星定軌精度已經(jīng)達(dá)到米級(jí)的消息后，李濟(jì)生坐不住了。1984年，他踏進(jìn)了美國(guó)得克薩斯大學(xué)的空間實(shí)驗(yàn)室。進(jìn)修期間，李濟(jì)生與枯燥的阿拉伯?dāng)?shù)字日夜相伴，忘記了星期天、節(jié)假日，無(wú)暇感受異國(guó)風(fēng)情，甚至連封家書也顧不上寫。兩年時(shí)間，他掌握了別人至少要用4年才能學(xué)到的知識(shí)。導(dǎo)師發(fā)現(xiàn)了他的潛能，熱情地勸他：“留在這里工作吧。”

李濟(jì)生回國(guó)了。在國(guó)內(nèi)，他主動(dòng)辭去了西安衛(wèi)星測(cè)控中心技術(shù)部軟件室副主任的職務(wù)，帶領(lǐng)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(guó)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(jí)，如果裝備先進(jìn)的測(cè)軌設(shè)備，還可以達(dá)到1米。中國(guó)科學(xué)院、國(guó)防科工委、航天工業(yè)總公司聯(lián)合鑒定認(rèn)為：該成果建立了我國(guó)衛(wèi)星測(cè)控精密定軌系統(tǒng)，技術(shù)水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，并達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

這項(xiàng)成果為我國(guó)神舟無(wú)人飛船發(fā)射試驗(yàn)中的軌道確定，以及此后我國(guó)載人航天事業(yè)的開展奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

1995年，李濟(jì)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(dòng)力學(xué)模型，反映了當(dāng)時(shí)該領(lǐng)域的最新成果和發(fā)展趨勢(shì)，是我國(guó)第一部衛(wèi)星定軌理論和實(shí)踐相結(jié)合的專著，為我國(guó)航天事業(yè)留下了寶貴的知識(shí)財(cái)富。

“我是踩著眾人的肩膀一步一步上來(lái)的，我國(guó)航天測(cè)控事業(yè)要贏得新世紀(jì)，就要培養(yǎng)一大批年輕人，我愿用自己的肩膀?yàn)槟贻p人搭建起攀登的云梯。”李濟(jì)生曾這樣說(shuō)。在他的指引下，我國(guó)航天測(cè)控人員不斷攻克關(guān)鍵核心技術(shù)，如今已實(shí)現(xiàn)航天器定軌精度向厘米級(jí)的跨域。

2019年7月28日，李濟(jì)生因病在北京逝世，享年76歲。這位為中國(guó)航天測(cè)控事業(yè)奉獻(xiàn)一生的牧星人，在我國(guó)航天史上留下了永不磨滅的軌跡。

本文內(nèi)容摘編自《科技日?qǐng)?bào)》2022年10月8日