卫星返回技术是载人航天飞行的先驱。迄今为止,已有不少国家能发射卫星,但能够回收卫星的,仅美国、苏联和中国。
1975年11月26日我国第一颗返回式遥感卫星发射成功以来,已先后成功地发射了12颗这种卫星。
发射返回式遥感卫星要解决一系列复杂的技术问题。其中主要的有:具有足够推动力的运载工具,功能完备的卫星本体,以及担负测量控制任务的航天测控网。
运载工具是运载物体的器具。在航天技术中,运载工具就是运载火箭。运载火箭的头部装上核装置就是核导弹,装上炸药就是常规导弹,装上可在空间按一定轨道运行的航天器,就成为不同类型的卫星或飞船。
返回式卫星比在空间遨游不再完整返回地面的卫星,在技术上要复杂得多。它既要有一般卫星在空间飞行的能力,又要具备按程序受地面控制、安全完整地返回到地面预定区域的能力,而且在返回途中能经受住严厉的再入环境的考验。从总体结构上讲,全星分为再入舱和仪器舱两大舱段。再入舱是返回体,仪器舱完成任务后,留在轨道上。
地面测控网是空地联系的地面系统,也是卫星发射、运行和返回整个工程的重要组成部分。没有这个庞大复杂的地面系统,送上去的卫星将是一个无控的无信息的不能完成科学探测任务的人造天体。
从火箭点火升空到卫星入轨转入正常运行,只几十分钟的时间,但运载火箭和卫星的研制及发射准备工作,却经历了近十年的时间,动员了全国各行各业的力量。
长征2号运载火箭的研制是从1965年开始的,在总结了我国几种运载火箭研制经验的基础上,应用我国最先进的技术,采用最优化的设计方案(当时在国际上也不落后),经过长期的方案论证、预研攻关、各项地面试验,并经过多次靶场合练和数次飞行试验的考验,才执行卫星发射任务。
中国返回式卫星的研制工作开始于 1967年。 1970年国防科委为加速返回式卫星的研制,建议将这一工程列为国家的重点工程。周总理批准了这一建议,并指示在北京地区组织大会战,由此全面展开了各系统的研制工作和发射准备工作。
对返回式卫星来说,在准备工作中,除需要技术指标很高的遥感仪器,并保持高精度的观测精度及安全可靠的回收系统外,还需要选定合适的回收区域,并配置地面、空中有机结合的回收设备和试验队伍。早在1969年,酒泉卫星发射中心就与七机部组织勘察组,对初步拟定的可供返回式卫星着陆地区进行踏勘。经国防科委组织分析研究对比,决定在中国大陆腹地回收。
对地面测控网来说,除对卫星进行跟踪测量外,还要对卫星实施控制。返回式卫星的轨道设计与回收区的选择和观测台站的布局有密切关系,顾此失彼就会殃及全局。根据中国返回式卫星轨道倾角的要求,合理配置了若干个前置站、活动站和回收站,并综合利用一些非卫星测控网中的测量站的力量,形成了一定规模的返回式卫星测控网。
为了检验星上仪器设备和地面测控设备的性能及协调性,星上和地面主要工作程序的协调性,星上信标机与地面回收站及定向设备的协调性,并训练回收队伍,提高发现和回收返回体的能力,从1970年开始到1974年9月,分别进行了星地对接、空中跟踪定向、回收区联合空投等试验。
发射场合练是从 1973年 12月 10日开始的,至 1974年2月 5日结束,直接参加合练的研制人员、技术人员等达500多人。这个时期正值严冬季节,气温常在零下20摄氏度左右,为了取得成功的经验,大家日夜坚守在阴冷空荡的大厂房里,奔波于寒风凛冽的大塔架上下,既无怨言,也从不叫疲劳,一门心思完成合练任务。通过严格的合练和测试,发现、研究和排除了几百个故障和技术问题。由于我当时负责组织这项工作,整天和大家工作在一起,所以那时连续熬夜苦战的情景,遇到棘手问题的苦恼,排除故障后的喜悦,至今还历历在目。他们中一些解决问题的能手,虽然多年不见,但他们的名字和特点,我都还记忆犹新。
通过对合练星的操作合练,根据卫星的技术状态,修改、完善了发射试验用的“测试细则”、“操作规程”和“试验程序”,使发射正样星所使用的主要试验文件基本成型。合练也对卫星进行了全面的检验,暴露了问题,找到了薄弱环节,为正样星改进,提供了可靠的依据。另外,发射场的设备布局得以改善,装备更加配套、协调。由于摸清了存在的问题,使发射正样星的准备工作,能够更有计划有针对性地进行。
返回式卫星的研制和发射不是一帆风顺的。由于当时正处于“文革”动乱时期,不仅在技术上有过挫折、走过弯路,而且遭到了林彪、“四人帮”的严重干扰破坏,致使研制进度、发射计划一再拖延,直到1974年才具备了发射条件。但随之而来的“批林批孔”的政治风暴,又进入酒泉卫星发射中心。在这种局面下,工作所受的影响和干扰也是很明显的。
1974年8月,第一颗返回式卫星和“长征2号”运载火箭出厂测试合格,经叶剑英等中央首长批准,于9月12日进场试验。经过测试阵地和发射阵地的检查测试,加注推进剂,定于11月5日点火发射。
11月5日下午将近1时,程序顺利地进入到1分钟准备,我作为发射指挥员,下达了“牵动”口令。这时,卫星控制台操作员发现星上大部分仪器断电。当我接到报告,离点火时间仅差13秒。就在这千钧一发之际,我果断地下达了“停止发射”的命令。
断电后,立即组织查找故障,发现是卫星地面综合控制台电源容量较小,脱落插头长线电缆电压降过大,造成星上电压不够而使一些仪器断电。找到原因后,迅速更改了卫星脱落插头供电方式,再次启动后,卫星工作正常。
当日17时40分,再次组织发射。运载火箭起飞6秒后,出现越来越大的俯仰摆动,造成姿态失稳。20.3秒,安全自毁系统爆炸器起爆,火箭自毁,试验失败。
在中国共产党领导下从事航天事业的科学家、工程技术人员、工人和人民解放军指战员,是从来不会被困难和挫折吓倒的,他们总结了失败的教训之后,继续奋斗。在周总理“严肃认真,周到细致,稳妥可靠,万无一失”的教诲下,终于在邓小平主持中央日常工作、国家政治气候趋于好转的1975年,航天事业出现三星高照(1975年发射了3颗卫星)的大好形势下,返回式遥感卫星于当年11月26日发射成功,从而使中国的航天事业跨入了一个新的阶段,也使中国的航天事业在国际上占据了一个举足轻重的位置。
二
在第一次发射失利之后,中央军委副主席叶剑英立即做了明确指示:失败是成功之母,不要颓废,要继续奋斗,再接再厉,一定要达到目的为止。军委首长的指示,坚定了从事航天事业的每个人的信心,鼓舞了每个人的战斗意志,使大家从沉重的心情中解脱出来,从懊丧的情绪里平静下来,认真细致查找原因,组织力量继续再干。研制单位用了将近一年的时间,重新拿出了一个质量可靠的产品,再次运往发射中心。
1975年8月20日,国防科委和七机部领导听取关于即将出厂的返回式卫星和运载火箭质量情况的汇报。张爱萍主任要求大家对产品要做到“精心保健”,确保质量,力争这次发射“一鸣翔天”。
10月16日,产品专列到达酒泉卫星发射中心。这次发射任务是在国防科委领导下,由基地和七机部13人组成的试验临时党委现场指挥。全体参试人员在试验临时党委的领导下,齐心协力,团结战斗,抱着一定要将卫星送上天、收回来的决心,深入细致地工作,各个环节都从难从严,对发现的上百个问题,都认真分析,通过试验严格按科学规律处理,从始至终叫响一个口号:“不带任何一个问题上天。”同时广泛深入地开展了预想活动,对预想到的可能出现的问题,都进行了深入的研究,采取了可行的措施。这次任务出现了多年来在发射中心未出现过的好现象,诸如浓厚协商研究问题的空气,发现了问题从自己系统找原因的气氛,为了排除故障而经常加班加点等。这种严肃、紧张、实干的气氛,贯穿在整个任务过程中。
除了正常的测试检查工作,还进行了多次地面试验。如为了摸清箭体和火箭控制系统的抖动频率范围及对飞行的影响,用另一枚火箭和配重星在发射台上进行了加注与空弹等多种状态下的抖动试验,虽然试验的结果证明不会影响飞行试验的成功,还是由技术领导小组作了认真的分析研究,并采取了相应的安全措施。
在对产品进行千锤百炼的测试检查工作的同时,各有关系统也都展开了扎扎实实的准备工作,诸如发射程序的拟制,气象条件的拟定和天气预报的准备,发射窗口的选择等。
由于第一次发射的失败,返回式卫星地面观测系统没有得到考验。为了“抓得住,跟得上,收回来”,基地从9月份就开始投入紧张的直接准备工作。到10月中旬,分布在全国的十多个测量台站都完成了设备检修、站内调试、计算程序的编制等,并进行了4次站间联试。从10月15日开始,分别进行了有关台站参加的卫星入轨段、回收段的模拟跟踪演练和4次校飞,结合美国“子午仪”导航卫星的实际观测进行了多次联调和演练。11月10日、20日23日又进行了包括发射场在内的全区合练。通过这一系列的演练,锻炼了队伍,考验了设备,做到了指挥员心中有数,操作人员技能熟练,测控设备状态良好,通信联络畅通无阻,保证了卫星入轨段、运行段的跟踪、测轨、遥测和测控工作的正常实施。
11月9日,在发射中心直接领导试验任务的国防科委副主任马捷向参试人员传达了张爱萍主任的指示:兢兢业业,戒骄戒躁,提高警惕,一丝不苟。操作人员以严肃认真的科学态度,从可靠性入手,把握测试过程中的各个主要环节,顺利地完成了技术阵地水平测试工作。
卫星和运载火箭在技术阵地完成了总装测试后,于11月15日转运到发射阵地。发射场指战员经过10个昼夜的连续奋战,顺利地完成了对接任务和发射前的各项检查测试工作。 11月 24日,卫星发射试验;临时党委根据试验准备工作业已完备,建议于1975年 11月26日发射卫星,试验领导小组签署了“发射任务书”。经国防科委批准,开始加注、发射。
1975年11月26日11时30分,载着返回式遥感卫星的长征2号运载火箭离开发射台升空,在空中完成了关机、二级点火、分离等一系列动作后,把卫星送入了预定的轨道。
此刻,全体参试人员在欢呼第一个回合胜利的同时,正在热切地期待着卫星返回祖国大地的喜讯。按预定计划,卫星将于1975年11月29日返回地面。
把卫星“送上去,收回来”是中央专委的要求,是这次飞行试验的目标。美国“发现者”卫星从1959年开始发射,除因运载火箭的故障所导致的失败外,仅以已入轨的卫星计算,在经过7次失败后才使卫星回收得到成功。我国能否在这次飞行试验中一举突破卫星返回这一难关,是全体研制人员和参试人员极为关注的问题。
卫星入轨后,各卫星地面观测站密切监视和收集卫星运行信息,分析卫星运行情况。1975年11月29日,卫星在轨道上运行了3天,各个系统工作正常,完成了对预定地区的遥感任务。卫星返回的时刻终于到来了!
当日上午10时许,在测控中心的指挥大厅里,已经坚守了三天三夜的测控人员格外忙碌,调度指挥员正在下达着各种控制口令。此时,分布在全国各地测控台站的730多台(套、部)测控设备,以锐利的“目光”,盯住那飞回的卫星,测下它每一瞬间的速度、姿态和方位。
早在卫星进入返回前的一圈运行中,测控中心根据实测的卫星轨道,就准确计算并预报了卫星调整姿态指令和两舱分离指令的时间。当卫星运行到第47圈,从苏联进入我国时,设在新疆的前置站准时发出了卫星返回“调姿”遥控指令。地面遥测参数表明,调姿正常,卫星按顺时针转动100度,头部朝向地面,做好了脱离运行轨道的准备。当卫星完成“调姿”动作后,设在甘肃的活动测量站又发出了“两舱解锁”指令,仪器舱的分离火箭点火工作,将仪器舱和返回舱弹开,同时启动了返回系统的顺序时间控制器。随着时间控制器发出的指令,返回舱起旋,稳定回收姿态,制动火箭点火。在火箭推力的作用下,返回舱离开运行轨道,沿着缓缓向下倾斜的轨道,向地面下降。这时,测控中心的控制室里,X-Y函数记录仪上描绘的返回舱轨道曲线在不断地延伸着,预示着卫星很快就要返回祖国的大地了!
应该发出关系到控制卫星开伞的指令了,测控中心轨道室负责轨道计算的工程师,按编制好的“卫星返回控制实施方案与程序”,迅速做出计算,并适时下达了“切换”口令。顿时,人们心花怒放,互相握手祝贺,卫星回收就要成功了。
“万里写胸怀,须臾返回人间。”8年间,为返回式卫星辛勤操劳的人们日思夜想的这一时刻终于来到了!11月29日11时许,返回舱携带着遥感试验资料,按预定时间返回到地面,走完了上天、入轨、遥感、返回的全过程。中国首次回收卫星获得成功!
我国从1970年4月成功发射第一颗卫星,到1975年11月发射返回式卫星并回收,仅用了5年多的时间。这是空间技术发展史上少有的创举,速度惊人。国外报道亦承认:“中国做到发射卫星又使它返回地面的时间是创纪录的”。它无疑标志着我国的自动控制、无线电测量、航天器发射和回收等科学技术,已具有较高的水平。
(选自《回忆史料》,收入本书时作了删节)