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李济生:化作夜空最亮的“星”

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  把卫星定轨精度从千米精确到厘米
  李济生:化作夜空最亮的“星”

  直到李济生去世,有人还是第一次听闻他的名字,“原来他就是传说中的‘牧星人’”“就是他把卫星定轨精度从千米精确到厘米”“这才是真正的明星”。

  7月28日,这位和人造卫星打了一辈子交道、被称作“牧星”院士的卫星轨道动力学和卫星测控专家因病于北京逝世,享年76岁。

  按照卫星测控人的说法,每一颗卫星都有一条属于自己的轨道,每一位卫星测控专家都有一套属于自己的轨道计算方法。这种方法是个人的研究成果,更是国家的核心机密。

  李济生的一生,正是寻找各种最佳的计算方法,把卫星定轨精度从两公里提高到500米、100米、1米,到最后的厘米级,为中国卫星铺设了一条最精密的轨道。

  上世纪70年代,我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。当人们陶醉于胜利的喜悦之时,27岁的李济生异乎寻常地冷静。一位老专家的问话萦绕耳际:“咱们的卫星虽然上天了,轨道也计算出来了,但有谁知道轨道精度是多少吗?”端着庆功的饺子,李济生却难以下咽。

  这一天是1970年4月24日,从这天起,我国成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。近半个世纪后,我国为了纪念航天事业成就,将这一天定为“中国航天日”。

  然而,对当时的李济生而言,他更为感慨的是一年前美国“阿波罗”飞船已经登上月球。而在那前后,发达国家早已将各种应用类型的上百颗卫星送上了太空。

  更为重要的是,发达国家的卫星轨道确定精度已经达到百米级,这意味着,地面计算的理论轨道与卫星在空间运行的实际轨道之间的误差,不超过100米。而刚刚起步的中国航天测控,此时连“定轨精度”的概念都没有。

  李济生第一次“坐不住”了,“一定要制定出中国卫星的精密轨道计算方案!”这之后,戈壁滩上那间简陋的工房里,灯光几乎每天都亮到深夜,推导公式、编制软件、分析计算结果,李济生苦苦寻找确定轨道精度的方法。一天,一个新的想法闪过他的脑海:能否借用推算卫星周期误差的方法,来判断轨道误差?

  一年攻关,李济生在“0”“1”“0”“1”的电子信号海洋中求索。最终,他开发出用卫星轨道“预报误差”的方法来确定轨道的精度,以此测定的轨道精度约为2~5公里,我国卫星定轨精度第一次有了数量概念。

  1975年,我国成功发射了第一颗返回式卫星,测控观察发现,卫星近地点高度在逐渐升高。但从理论分析,卫星受到大气阻力的影响,轨道近地点高度应该是逐渐下降。

  “为什么会升高?”

  “一定是李济生的轨道计算出了问题。”

  各种各样的议论一时间甚嚣尘上。李济生却并未理会这些。当时,他所在的西安卫星测控中心还设在一座大山里,为获取足够数据和理论依据,李济生便从北京到南京,再辗转上海,资料数据收集了一大堆,借助一台手摇计算机,开始了不分昼夜的计算。

  几个月后,谜团解开了。

  卫星轨道出现反常,是卫星姿态控制的喷气管产生的姿控力所致。由于只有0.7克的作用力,人们在设计时忽略了它——但就是这轻微的作用力,使卫星轨道近地点每天升高300多米!

  李济生没有就此罢手。他又开发出了“按交点周期积分法”的卫星定轨方案,使我国的卫星定轨精度达到了1公里。

  面对这一成功,他却又一次低下了头:这一卫星定轨精度还是远远落后于美、苏两个航天强国,“必须把卫星定轨精度提高到百米量级”。

  李济生回到南京大学向专家教授求教。经过几个月的刻苦攻关,他不仅对“摄动力”有了深入的认识,而且针对各种“摄动力”对卫星轨道的影响,一一建立了动力学模型。1983年,他终于研究出名为“微分轨道改进和摄动星历表计算”的定轨方案,使卫星定轨精度达到了200米,接近了世界先进水平。

  这之后又精确到100米级,按照西安卫星测控中心的说法,我国的卫星定轨精度不仅满足了当时国内卫星发射测控任务的需要,而且为我国航天事业发展奠定了坚实的轨道基础。

  然而,当得知美国的卫星定轨精度已经达到米级的消息后,李济生再一次“坐不住”了。

  接下来的两年,李济生把自己“泡”在精密定轨的知识迷宫里,与枯燥的阿拉伯数字日夜相伴,忘记了星期天、节假日,甚至连封家信也顾不上写。

  有人说,两年时间,李济生掌握了别人至少用4年时间才能掌握的知识。又过了四五年,一个令圈内人士震惊的消息爆了出来:属于中国的新精密定轨方案大获成功,卫星定轨精度从百米提高到十米量级,如果装备先进的测轨设备,还可以达到1米。

  这一年是1991年。那时的中国,还没有“神舟”飞船、“天宫”实验室,但这项成果的诞生,已经为“神舟”的出世“找”到了太空轨道,为此后我国载人航天事业奠定了重要技术基础。而这项成果的最大贡献者,正是李济生。

  两年后,中国科学院、国防科工委、航天工业总公司联合对这一成果进行国家级鉴定,一致认为:这项成果建立了我国卫星测控精密定轨系统,技术水平达到了“国际先进水平”。

  如今,这位总是“坐不住”、不断致力于“关键核心技术攻克”的院士走了,化作夜空中最亮的“星”。他曾经说:“我是踩着众人的肩膀一步一步上来的,我国航天测控事业要赢得新世纪,就要培养一大批年轻人,我愿用自己的肩膀为年轻人搭建起攀登的云梯。”

  一个很容易被忽略的细节是,李济生那项引以为傲的“国际先进成果”,正是他带着两个年轻人做出来的,没日没夜,一干就是4年多。

  朱泽蓝 中国青年报·中国青年网记者 邱晨辉 来源:中国青年报

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