于志坚:为了“神舟”飞天的完美轨迹
中国载人航天工程测控通信系统总设计师于志坚用心血与汗水创造了一项项辉煌业绩。作为载人航天工程七大系统总设计师中最年轻的“少帅”,他率领科技队伍,创建起技术先进性能稳定的新一代S频段航天测控网,为“神舟”飞船遨游太空立下汗马功劳:国家科技进步特等奖1项,部委级科技进步一、二等奖18项,荣立二、三等功各1次,获过航天基金奖、部委级创新贡献奖、享受政府特殊津贴……今天,他又荣立一等功。 年轻“少帅” 今年45岁的于志坚,是北京跟踪与通信技术研究所所长,博士生导师。1982年从郑州测绘学院毕业后,就与测控通信打交道20多年。 1992年,中国载人航天工程正式启动。时任研究室副主任的于志坚,被任命为测控通信系统副总设计师,负责总体方案设计论证。 于志坚说:“在‘神舟’七大系统中,测控与通信是一块极特殊的部分,无处不在,无时不有,其他六大系统都与我们有着紧密联系。正常情况下却‘看不到’。打个比方,航天器好比是风筝,测控通信系统遍布国内外的测控站和分布三大洋的远洋测量船就是牵住风筝的那根线。地面的控制系统就像放风筝的人,通过这条看不见的线对航天器的高低等各种状态实时控制。” 载人航天,对测控通信系统的要求更难也更高。其总体方案设计水平,既直接决定在其基础上建设的航天测控网的水平,又关系到中国航天测控技术的发展。 那时,围绕载人航天测控通信网的建设究竟应该走什么道路,也就是建设什么结构体制测控网的问题,争论非常激烈。于志坚和他的同事们提出,发展S频段统一测控通信系统,采用“透明工作方式”:即网管中心和任务中心分别面向测控站和航天器的透明监视与控制。 怎样将这个与中国实际完美结合的新思路,用一份无可置疑的设计方案说服持不同意见的专家,于志坚和同事们煞费苦心。 1995年5月的方案评审会上,于志坚用两个小时阐述了载人航天测控网系统总体方案。此案一改以测控站为主对航天器测控的传统方式,通过设立网络管理中心,对测控网实行集中监控,并负责测控资源的动态优化配置,实现了测控站的联网和统一管理调度;通过“大中心,小测站”建设思路的实施,提高对航天器监视和控制的实时性和可靠性;同时还采用符合国际电联要求的频率标准,实现了天地话音、电视图像和高速数据传输等满足载人航天测控要求的能力。报告作完后,于志坚看到了专家们赞许的目光。
织就中国“飞天网” “总体设计不在于有多少先进设备,也不在于单项指标的先进,而在于怎样将不同的简单的单元组织起来发挥最大的作用。说到底总体工作就是一个顶层设计和综合集成的过程。”谈到当初论证设计总体技术方案时,于志坚一直在强调这句话。他认为,除了考虑技术因素外,怎样使设计方案用最少的投入发挥最大效益,才是更称职的总体设计人员,因为总体人员的一支笔下,动辄就是几千万甚至上亿的经费。 载人航天,美国在全球布了20多个测控站,经费投入惊人,仅每年操作管理费就达3.5亿美元,中国行不通;俄罗斯仅为保证载人飞行器运行段测控,就从堪察加半岛到克里米亚半岛布了15个主要测控站,经度覆盖范围近180度,另有11艘测量船参加,中国做不到。 “要织就我们中国的‘飞天网’,必须另辟蹊径。”于志坚和同事们提出了“立足中国国情,确保关键段,兼顾其他段”的方案设计原则。 所谓关键段,就是最容易发生故障的上升和返回段,测控网必须保障百分之百地覆盖。入轨段的测控由哪几个站承担效果最好;返回段如何确保指令的成功注入等大小细节,于志坚和同事们反复计算和比较。 最终,于志坚他们选择了综合效果最佳的4船9站3中心布站方式,后经改进,成为中国规模适度,布局合理的新一代综合性航天测控通信系统。 这个系统在五次“神舟”号飞行中都展现了她出色的支持保障能力。尤其是她的“透明工作方式”,为“神一”作出了特殊贡献。那是飞船返回的前一圈,青岛、渭南两个地面测控站两次向飞船注入返回参数均未成功,如果补注也不成功,飞船将无法回到预定着陆点,还可能失去控制,后果不堪设想。情况紧急,指挥部采取了由北京跟踪与通信技术研究所专家提出的“利用透明传输方式,由指挥控制中心通过远在南大西洋的‘远望’三号测量船直接向飞船补注返回指令”的意见,一次注入成功,及时排除了险情。
“近乎完美的飞行” 于志坚总在不停地探索着测控通信的新方式新手段。 “神舟”一号任务前,要将设计在纸上的4船9站3中心方案变为切实可行的具有实际操作性的技术,必须把飞船和由成千上万台测控设备组成的测控网联接起来,使天地之间的各条链路畅通无阻。而这些设备分布在三大洋的测量船和国内外的测控站里,联接工作复杂繁琐,一个接口不通,就会直接影响整个测控网的联接。 按惯例,这样大型的全新系统,从联接、调试到正常运转,怎么也得一年。考虑到系统的复杂程度和面临的困难,于志坚带领年轻科技人员,设计了在飞船发射、运行和返回状态下,能对实时任务环境进行仿真,经济完备的测控模拟系统。用这套仿真系统,仅三四个月整个测控通信系统就完全联起来了。 在“神舟”一号任务之前,利用模拟仿真系统接连进行了四次一比一的全过程任务演练,为第一次无人飞行试验任务的顺利进行奠定了技术基础。其它历次任务之前,这个模拟系统也都发挥了重要作用。 2002年,在“神舟”四号任务中发现飞船工程遥测错码问题,“神舟”五号飞船出厂前再次出现,这直接影响五号飞船能否按计划出厂和首次载人航天飞行任务的成败。为了尽早查原因,解决这一技术难题,于志坚组织精兵强将集智攻关,相继在渭南站等3个站开展了一系列试验验证工作,获取了大量出现技术故障第一手资料。 “神舟”五号发射前几天,基于对航天员绝对安全的考虑,部分专家提出了空间碎片对飞船影响的问题。于志坚组织专家就此进行分析计算,提出基本可以不考虑碰撞影响的技术意见,为指挥部决策提供了关键技术依据。也是在任务前夕,位于南太平洋的“远望”二号船由于热带气旋造成的恶劣海况的影响,建议推迟发射计划。作为系统总师,他一方面分析船位调整方案,同时与气象专家讨论,最终提出了对船位适当调整后按计划执行任务的技术意见,保证了首次载人飞行按计划顺利实施。 在于志坚和同事们的努力下,首次载人航天飞行被业内人士誉为“一次近乎完美的飞行”。
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