扣人心弦:北斗发射的那些瞬间

[来源:湖南日报] 2020-07-03 10:56:05

西昌卫星发射中心园区雕塑《后羿射日》。

龚盛辉

“北斗港”:北斗钟情西昌

北斗导航混合星座的三种轨道卫星,都属于中高轨道卫星。而在全国航天发射场中,只有西昌卫星发射中心能同时满足这三种卫星的发射条件。北斗卫星注定要从这里出征,西昌由此赢得了“北斗港”的美誉。

北斗对西昌情有独钟,因为西昌卫星发射中心不仅具有发射纬度低、发射效率高的自然条件优势,而且是具有世界一流设施、一流人才队伍、一流组织管理、一流发射理论、一流核心技术的中国航天发射品牌。西昌卫星发射中心自1970年12月创建以来,伴随着航天科技的发展而壮大,创造了我国航天史上的一系列第一:

中国第一颗试验通信卫星在这里升空,使中国成为第三个掌握运载火箭低温发动机技术、第四个成功发射地球同步轨道卫星的国家;中国第一颗实用通信卫星从这里出发,结束了中国人只能租用外国卫星看电视、听广播的历史,打破了西方国家在卫星通信领域的垄断地位;我国承揽的首颗国际商务卫星亚洲一号在这里成功发射,开创了中国航天跨出国门、走向世界的新篇章;我国首枚大推力捆绑式运载火箭在这里发射成功,标志着中国在世界航天市场竞争力的极大提升;在这里,长征系列运载火箭成功发射了尼日利亚一号通信卫星,开创了我国整星整箭出口的新纪录;我国第一颗月球探测卫星嫦娥一号在这里成功发射,实现了中华民族奔月的千年梦想;我国第一颗地球同步轨道数据中继卫星天链一号在这里成功发射,填补了我国航天测控领域的空白;天链一号04星从这里奔赴太空,使中心成为我国第一个发射次数突破一百次的发射场……

“入地登天”的刀尖舞者:素质过硬的北斗发射队伍

航天奇迹的背后,站立着一支素质过硬的航天发射队伍。

西昌卫星发射中心全体工作人员,忠诚履职,顽强拼搏,勇创一流,屡战屡胜,出色地完成了肩负的使命。西昌卫星发射中心先后执行了30多次北斗发射任务,全部进入预定轨道,成功率达到100%!尤其是2012年以来的最近6年,中心共执行了40多次航天发射任务,占该中心成立以来发射总数的40%!

这一次次密集发射,就是一场场战役、一次次战斗!这个战场,和硝烟弥漫、真刀真枪的战场一样有着明碉暗堡,同样需要大智大勇、当机立断,需要在关键时刻奋不顾身冲过去、扑上去!

运载火箭推进剂液氢是一种极高危燃料:当它的密度达到一定程度时,一粒米大小的液氢从一米多高的地方掉落下来撞击地面,就会引起剧烈爆炸。因此,大家都说液氢加注队是“刀尖上的舞者”。

西昌卫星发射中心通信线路、供电线路,各有数百公里长,一半线路藏在大山深处。对于巡线人员来说,它们是名副其实的“长征路”。他们巡线一次,要翻过5座大山,蹚过11条河流,穿过30个村庄,横跨40条道路,涉过无数激流险滩,跨过无数田坝沟坎,徒步行走近30天。数十年来,他们每年“长征”数次甚至十几次,他们一趟接一趟、一代接一代,无怨无悔、步履坚定地行走着,练就了一身绝招,下可钻井“入地”,上能爬杆“登天”,赢得了“通信神经网络编织者”的美誉。

40多年来,这支技术素质过硬、甘于奉献的航天发射队伍,有过成功也有过失败,有过欢笑也有过泪水,但他们追逐中国航天梦的步伐从未停歇,实现了从发射单一型号运载火箭到发射多种型号运载火箭,从发射地球同步轨道卫星到发射多轨道航天器,从发射国内卫星到发射国际商业卫星,从近控测试发射到远控组织指挥等一系列跨越,让中国航天从这里走向高轨、走向世界。

惊险开局:北斗二号首星发射

北斗二号导航系统的卫星数量从北斗一号的双星增加到十几星,而北斗二号使用的频率是世界上可用于卫星导航的最后一段频率资源。中国北斗、欧盟伽利略都只能使用这一频率资源,这就好比一间仅容得下一个人居住的小房子,有两个人想住进去。双方几轮协商协调不成,只能按照国际电信联盟最高法则“谁先用谁拥有”来断案。一场狭路相逢的频率资源争夺战开始了!不把这段频率资源抢到手,中国就永远都不可能拥有自己的卫星导航!这是中国发展自己的卫星导航事业的最后机会,事关中国卫星导航事业的生死存亡。

2007年4月3日,距离频率使用的最后期限——2007年4月17日,已不到半个月时间!西昌卫星发射中心发射场区三号发射工位上,高高地竖起了一枚“长三甲”运载火箭,北斗二号首星发射进入最后测试阶段。跌宕起伏、险象环生的北斗二号组网之旅,徐徐拉开了大幕。

作为北斗二号组网的首星,它就像大家庭中的长子,肩上责任重大。它要为“弟弟妹妹”们探路,探测空间电磁环境,验证MEO轨道。而它最重要的使命,则是抢占卫星导航稀缺频率,为中国卫星导航事业闯出一条新路。

这次发射首次启用新建的三号发射工位,首次使用远控模式,首次发射MEO卫星,未知因素多,发射风险高、挑战大。北斗工程“两总”组织参与发射的各系统工作人员扎实做好远控设备安装调试、地面设备调试运行、发射场合练等准备工作,深入分析风险,找出风险因素62个,制定应对措施136条,严格把控每一个节点,确保发射全过程受控,顺利推进发射程序。

尽管这样,由于任务紧急、时间仓促,北斗二号首次发射依然险象环生。

星箭吊装完成后,突然发现卫星喷管不知什么时候被撞了个小缺口。大伙儿的心一下子悬了起来。它会影响发射吗?如果有影响,需重新更换,推迟发射,那就有可能超过“七年之限”!

关键时刻,80多岁的大系统总工程师孙家栋,趴在地上慢慢爬到卫星底下,仔细查看受损部位,凭着数十年的航天经验做出了判断:“不会影响发射,可以继续下边的流程!”大家虚惊一场。

哪知,离发射窗口只有3天了,拦路虎又冷不丁跳了出来:卫星上的应答机出现异常。

从坐镇指挥首星发射的“两总”领导到每一个现场测试人员,都一下子绷紧了神经。虽然深入测试分析发现隐患并不大,导致故障的概率很低,但是不能排除影响信号传输的可能,但“两总”和中心领导意志坚定如铁:“所有隐患,无论大小,必须归零!”

北斗人爬上高高矗立的发射塔架,重新打开已经密封的星箭组合体,拆出应答机,紧急排查隐患原因。此后的3天,大伙儿不眠不休,神经绷得似上箭的弓弦,眼睛一眨不眨地盯着数据显示屏,捕捉着每一个细微的变化。困得不行了,用凉水洗把脸,醒醒脑;饿了,让食堂送个盒饭来,往嘴里扒拉饭菜时,眼睛还一动不动盯着显示屏,也不知自己吃了些啥。大家连续奋战三昼夜,终于找到了隐患,把它连根拔起。这时,卫星发射已经进入半小时准备。

令人意想不到的是,离运载火箭点火只有两分钟时,即14日4时9分,测试人员又发现一个为火箭三级供气的连接器没有按规定脱落。此时,火箭发射已不可逆转,如果连接器不能在两分钟内脱落,火箭点火升空时必被其拉扯,给火箭、卫星乃至整个发射场造成灭顶之灾!

所有领导、专家和工作人员的心又一下子悬了起来。远控大厅一百多名工作人员都屏住呼吸,静得仿佛能够听到自己的心跳,他们把目光投向发射站站长李本琪。

李本琪,曾十几次担任火箭发射01指挥员,次次圆满成功,被大家誉为“福将”。他真不愧是久经沙场的“金手指”,只见他临危不乱,非常冷静地在1分钟内连续下达7道指令。相关岗位人员从容不迫,配合默契。连接器终于在大家焦急的目光里缓缓脱落了!

大厅里响起了雷鸣般的掌声、欢呼声。掌声刚刚落下,大厅里就传来倒计时的声音:“10、9、8、7、6、5……”

2007年4月14日4时11分,随着指挥员一声“点火”命令,托举北斗二号首星的“长三甲”运载火箭,在轰轰的巨响中,孔雀开屏般绽放出美丽的尾焰,扶摇直上,飞向苍穹,渐渐融入黎明前漆黑的夜色……

尽管运载火箭顺利升空,但大家的心依然悬着、揪着。星箭会顺利分离吗?太阳能帆板能顺利打开吗?卫星信号能顺利传回吗?全国十多家信号接收机研制单位被召集到西安卫星测控中心,在一个大操场上,各单位把带来的产品摆成一线,等待着在太空翱翔的北斗二号首星发回信号。

4月17日20时,十多台接收机相继收到太空传过来的信号,而且非常清晰!这一刻,距离频率使用最后期限截止时间只有4小时!

它标志着北斗打赢了太空频率保卫战,北斗使用的频段从法理上属于中国了。这意味着中国赶上了建设卫星导航系统最后一班车!它为中国卫星导航事业打开了一扇充满阳光的希望之门!

“我们胜利了!”大家欢呼雀跃,互相拥抱,整个操场沸腾了!

测天神眼:擒雷捕电钻云缝

雷电是卫星发射最大的自然屏障,也是运载火箭的第一杀手。如果运载火箭在大气层遭遇雷击,必定箭毁星亡,天上一片火花,地下一片火海,酿成重大悲剧。因此,火箭发射窗口必须确保发射场周边10公里无雷电。

西昌卫星发射中心地处川西高原山区腹地,海拔两千多米,雷电气象多发,雨季漫长,是全球十大卫星发射场中气候条件最复杂的发射场之一。据统计,中心自创建以来发射的一百多颗卫星中,几乎一半发射任务是在雨季执行的。

数十年繁忙的发射任务,给中心天气预报工作带来严峻挑战,也为中心锻炼了一支临危不乱、预报精准、作风踏实的气象预报队伍,培养了以高级工程师郭学文、汪正林、江晓华等为代表的一批高水平业务骨干。

郭学文,大家给他取了个绰号“电钻”,以此称赞他工作干劲大、业务钻劲足。1982年7月,他从中山大学大气科学系毕业来到中心工作后,成为一名基层预报员。由于不满足于“看云识天气”,他在干好本职工作之余,一头扎进西昌地区20多年以来堆积如山的气象资料里,仔细研究其中的变化规律,撰写了长达50多万字的气象预报论文,对西昌地区天气变化情况进行了系统总结。1984年我国发射第一颗试验通信卫星时,年仅24岁、参加工作刚2年的郭学文,就担任了天气预报领班和气象发言人。

郭学文不仅能“钻”,还敢“闯”。20世纪90年代初,发射中心决定开发发射场区雷电监测预警系统。当时雷电监测技术在国际上尚不成熟,更没有同类课题研究资料可供借鉴。而对这样一个要“无中生有”的课题,郭学文竟然眼都没眨一下就揽了下来。朋友吃惊地看着他:“这不托底的项目,你也敢接呀?”他笑着说:“有困难就有办法,办法总比困难多。”

他面临的第一道难题,就是把十几台单站探头数据汇总到一台计算机上进行集中处理。那时计算机硬件水平非常低,联网堪比登天。一个月下来,他成功地找到了改装8086计算机、安装多个串口的方法。如此这般坚持了两年,郭学文和课题组终于找到一条高层次卫星发射气象保障的路子,建立了地面电场仪网和雷电监测预警系统,实现了中心气象保障能力质的飞跃,在卫星发射气象保障中屡建奇功。

20世纪90年代中期,全球气候开始呈现出“无规律”变化趋势,受其影响,西昌卫星发射中心发射场区气候更加复杂多变,各种天气历史纪录屡被打破,让气象预报人员防不胜防。

但郭学文认为,变化无常并不意味着没有规律,要认识和发现新特点、新规律,他站在天气预报学的高度,运用新兴的系统科学原理,引入方兴未艾的计算机处理技术,对发射场区气象数据进行科学细致的总结和分析,独创了天气预报“三角形理论”,将中心气象学研究推向了国际前沿。他首次将气象台、气象雷达站和气象室的数据全部输入计算机,进行立体综合分析,研制开发出探空资料处理系统。他还紧跟国内外气象领域发展的前沿,开展资料自动接收、数据智能加工、信息快速传递、预报客观定量综合性、网络化、多功能现代气象预报业务等研究课题,实现了气象资料自动处理与交换,既减轻了观测人员负担,减少了人为计算失误,也防止了信息丢失、漏用、过时等现象,使中心气象预报水平从预报图模式,进入了代表国际趋势的数值预报模式。

在中心承担的多次卫星发射任务中,郭学文与同志们一道,沉着冷静、周密细致、圆满地完成了寒潮、冰雪、雷电等各种复杂天气条件下的卫星发射气象保障任务,为中心在北斗组网等重大发射任务中创造“成功率100%”的奇迹立下了汗马功劳。

北斗二号第五星,原定的发射窗口是2010年8月2日5时30分。可是风云突变,中心气象预报团队根据数值预报产品分析,判断8月1日至3日有一次中等强度的降水过程,并根据风场演变情况推断,降水过程将在8月1日上午8时左右来临。也就是说,1日的窗口以多云天气为主,2日的窗口以小雨天气为主,具体降水时间不确定。

气象保障团队组织紧急会商。预报员小刘走到触摸式汇报平台前,在8月1日8时预报图上画了一条长长的槽线,代表降水和雷电。这条深棕色的槽线东起四川盆地,西至孟加拉湾,像一把带血的弯刀斜压在发射场区上空,也压在所有预报员心头。

“现在需要确定的是,降水过程在1日8时前到,还是8时后到。”小刘一字一顿地说。

中心技术部气象室主任汪正林陷入了沉思。13年前的“亚太ⅡR”外星发射,是中国航天史上第一次因气象条件而提前的发射任务,当时的汪正林还只是个年轻的气象预报员。现在,身为气象室主任的他又一次面临艰难的抉择。明哲保身的做法,是8月1日、2日两个窗口都报小雨,任务按原计划执行,但这样就可能错过1日窗口的好天气。如果1日窗口不报降水,2日窗口报小雨,领导可能会决定提前发射,这存在很大风险:万一降水过程提前,1日窗口不能发射,低温燃料必须紧急泄出,发射将至少推迟5天,会对后续工作造成不可估量的影响。究竟该怎么报?汪正林把目光投向高级工程师郭学文。

“1日窗口的好天气有60%~80%的把握,降水在1日8时后来临有90%的把握,而2日90%是个坏天气。”郭学文沉稳地说,向汪正林点了点头,“主任,可以下决心!”汪正林拿起连接指挥部的电话,以非常自信的口吻报告:“1日8时前,降水概率很低!”

指挥部领导基于气象室结论,通过集体讨论,同意改变发射计划:“准备发射窗口提前一天,在8月1日发射。气象团队继续加强监测和分析,及时报告结论。”这是上午11时。半小时后,气象团队再次做出预报结论:7月30日至31日,多云间晴;8月1日至3日,有一次中等强度的雷电降水过程。8月1日窗口多云,无雷电,无降水;8月2日窗口多云,小雨;8月3日窗口多云,小雨。

下午1时,指挥部再次询问:“气象系统,你们的结论有没有改变?”郭学文自信地回答:“没有。”15时30分,指挥部会议上郭学文再次确定地报告了与上午一致的天气预报结论。指挥部综合各方面因素后果断决策:发射窗口由8月2日5时30分,提前到8月1日5时30分。

大家紧锣密鼓地进入发射倒计时准备时,7月31日16时,发射场上空突然响起隆隆雷声。人们不禁心头一紧,电话一个接一个打到气象室。气象团队紧急会商,很快做出结论:“这是局地对流,会在22时前结束。”果然,5分钟后,场区上空的雷声渐渐远去,云层越来越薄,发射窗口:多云,无雷电,无降水。

8月1日5时30分,随着“点火!起飞!”的口令,“长三甲”运载火箭在山呼海啸的轰鸣声中,托举着我国第5颗北斗二号卫星直刺苍穹……

发射窗口:一秒值千金

北斗二号第九星发射,在卫星组网工程中意义重大。它标志着中国北斗区域卫星导航基本系统已建成,完成星地联调和测试评估后,将于2011年年底开始为中国及周边大部分地区初步提供连续无源定位、导航和授时以及短报文通信服务,满足交通运输、渔业、林业、气象、电信、水利、测绘等行业以及大众用户的需求。

北斗不是单颗卫星,而是需要发射几十颗卫星组成一个星座。星座的设计要求很高,要保证在地球上任何一点,能同时看到4颗星,卫星与卫星之间不能靠得太近,而且卫星间距必须是确定的,这就要求每次发射的卫星,不仅要准确入轨,还要保证什么时间进入轨道某一个点,若错过发射窗口,就定不了位、入不了轨。对于北斗星座使用的MEO和IGSO卫星来说,发射窗口非常稀少,珍贵得“一秒值千金”。

经测算,北斗二号第九星最佳发射窗口是2011年7月27日5时44分。

发射前两小时,发射准备工作全部就绪,现场人员准备撤离。可就在这时,发射场区上空仿佛突然罩下一口大黑锅,乌云滚滚,电闪雷鸣,大雨倾盆。

距离发射窗口只有半个多小时了,发射场区依然风狂雨骤,山呼海啸,雷电张牙舞爪,撕裂长空。发射指挥部命令气象团队:“严密跟踪气象变化,每隔10分钟向任务指挥部报告一次场区未来10分钟的天气情况!”

5时10分,气象团队报告:发射专区未来10分钟,雷电交加!

5时20分,气象团队报告:发射专区未来10分钟,雷电交加!!

5时30分,气象团队报告:发射专区未来10分钟,雷电交加!!!

这时已到发射窗口时间,指挥部命令气象团队:以最快速度,拿出5点35分至45分气象精准预报!

5时45分,是发射窗口最后边缘。若错过这个窗口,就要再等待很长时间。

在这千钧一发之际,气象团队终于觅得良机:确定5时43分至45分,发射场区周边20公里空域没有雷电,满足最低发射条件。

只有2分钟!仿佛白驹过隙,却要准确无误地下达一系列口令,完成一系列操作,这在世界航天史上堪称奇迹!

指挥部当机立断:机不可失,时不再来。发射!

5时44分28秒,伴随着指挥员“点火”的口令,操作手果断按下红色按钮,长征运载火箭托举着北斗二号第九星拔地而起。

火箭刚刚从一线狭窄的云缝穿过厚厚的云层升上,只见天空劈下一道闪电,重重砸在发射场旁的山坡上,轰隆一声,地动山摇。

窗口预报分秒不差!好悬哪!

(选摘自龚盛辉长篇报告文学《中国北斗》,作者独家授权刊发。)

[责编:陈龙]

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