20年前的5月18日,我国第一枚远程运载火箭成功发射,世界为之震惊!为了保证这次发射的成功,一支由18艘船只组成的大型舰队,浩浩荡荡地首次开赴太平洋,成为中国现代的“郑和下西洋”。而这支舰队中的主角就是我国自行设计建造的远望一号、远望二号航天远洋测量船。在以后20年的时间里,我国航天海上测量船也由最初的2艘发展成了4艘。测量船34次远征大洋,累计远洋航行近60万海里,相当于绕地球22圈;36次执行国家重大科研试验和国内外卫星发射的海上任务,测控成功率达到100%,创造了世界航天测控史上的奇迹。由于种种原因,这支船队一直笼罩着一层神秘的面纱。在远望号首航太平洋20周年之际,记者走访了中国卫星海上测控部主任崔秉书。

记:在1980年远望号测量船首航太平洋以前,我国也发射过多颗卫星及多枚运载火箭,国内也建有陆地测控站,为什么还要发展海上航天测控站?

崔:世界上第一枚近程运载火箭发射时,其射程仅为几百公里,一部雷达就可完成对它的全程跟踪测量。随着航天技术的发展,远程运载火箭及卫星相继问世,它们飞行的全程达几万公里,本土的测控站已经不能满足对这些航天器全程跟踪测量的需要。于是诞生了机动的海上航天测量船,它们在航天中发挥了重要的作用。测量船作为海上活动测控站,可以根据轨道覆盖与通信覆盖的要求机动地在三大洋布阵,发挥其最大的使用效益。

从我国实际情况来看,虽然我国有960万平方公里的土地面积,但是东西跨度不过4000多公里,南北不过2000多公里,要想全程跟踪航天器,靠在有限的国土上建立陆地站显然是不够的,尤其是当需要对航天器的再入落点进行控制、在远地点对航天器进行控制、调姿等时,航天器往往处在地球的另一面,这就需要有在国土以外的测量站。

实际上,最早采用测量船对航天器进行跟踪测量的国家是美国、前苏联和法国。虽然美国通过与国外合作建立了许多陆地站,可以实现全球联网,但是它还拥有多艘测量船;前苏联国土跨度很大,几乎达到180度的经度,它最多时也拥有17艘测量船;法国在印度洋、加勒比海都有很多岛屿,有利于实现全球联网,但也有多艘自己的测量船。而我国没有那些有利条件,为了发展航天事业,1965年,周恩来总理提出了“研制中国自己的航天远洋测量船”的宏伟构想。1968年毛泽东主席亲自批准了研制航天远洋测量船的计划。经历了文革的风雨,远望一、二号测量船终于分别在1977年8月31日和1978年9月1日下水,这标志着从此结束了我国在本土以外不能对运载火箭 、卫星进行测量的历史。

记:请您谈一谈我国航天远洋测量船在航天大系统中的作用和地位。

崔:远洋测量船是整个航天测控网的重要组成部分,它是我国陆地站测量不足的重要补充手段,由于海洋面积占全球面积的70%,海上航天测量具有很广阔的区域,测量船几乎可以到达所有的海域。目前,我国发射的卫星绝大部分都采用了测量船来进行测量和控制。我国发射地球同步静止轨道卫星(包括商业发射的国外卫星)时,我们的测量船都参加了测控工作。一般情况下,在西昌卫星发射中心发射的同步轨道卫星的初始轨道倾角为20多度,通常对卫星进行控制和调姿时,卫星处于东经180度前后,这样一来我们在国内没法“看到”卫星,就需要测量船。此外,由于运载火箭工作时间较长,特别是中间还要关机、再启动,卫星的入轨段与火箭分离是否正常、是否准确入轨,这些都需要测量船提供准确的轨道参数。如果存在轨道误差,就要及时加以修正。对于商业发射,我们只需要提供分离点的相关参数。而发射国内卫星时,在卫星运行的第一圈,测量船还要对卫星进行一系列的控制,如展开星上太阳能帆板和天线,并对卫星的工况进行处理等,有些卫星还要进行数据输入。而像风云二号这样的卫星从入轨到开始工作,其姿态要调整近100度,由于卫星是一个细长体,自旋稳定会发生漂移,如果不加以控制,卫星就会偏离轨道,发射就会失败,所以测量船要对其进行控制。这些工作往往在卫星运行的第一圈就要完成,如果没有测量船的话是根本不可能的。有时卫星发生一些故障时,还需要测量船对卫星的情况做出分析和判断,及时采取抢救措施。

记:您谈到我国的测量船参与了对卫星的控制工作,请您谈一谈我国的航天测量船与国外的相比有什么独到的地方?

崔:中国的测量船与国外的测量船不同,首先我国的测量船是真正具有中国特色的。这取决于我国特定的条件,如前所述,我国海外没有领土,不能建陆地站。另外一点是国家总体上经济不是很发达,不可能像国外那样建很多测量船。我们的测量船走了一条有中国特色的道路,船的数量少、功能全、一船多用,可适应各种型号、不同轨道航天器的测量工作。从测量体制、测量方案上,我们也与国外有很大的不同,我们的测控水平达到了国际先进水平,可以完成一系列复杂的测控任务,包括对各种卫星及对神舟号飞船进行的测控。利用测量船对航天器进行控制,技术难度较大,有一系列复杂的技术问题,我们都很好地解决了,几乎单船就可完成测量及控制的任务。这在世界上很少见,只有我国才是这样。由于船上各种电子设备之间存在相互干扰,船在海上的测量精度不像陆地站,环境很复杂,技术环节也很多,船也一直处于摇摆状态,所以国外的测量船只进行测量的任务,只有我们国家的测量船是集测量与控制于一体的船。

记:您谈到一般情况下我们的测量船都是单船作业,但在发射神舟号试验飞船时为什么4艘船都参加了任务?

崔:发射神舟号试验飞船的最终目的是要发射载人飞船,而载人飞船在飞行过程中要不断地与国内进行联系,这就要解决轨道和通信覆盖率的问题。飞船在绕地球轨道运行时,我们要保证一个较高的覆盖率。在当前的情况下,要满足一定的覆盖率就要派船到三大洋去。发射神舟号试验飞船是我国首次将测量船布阵在三大洋。尽管我国只有4艘船,但是保证了覆盖率达到近75%,试验飞船关键性的测控事件都是在船上完成的,完成这些工作时测量船都在远离祖国的地方,如对飞船返回的控制是在南大西洋完成的。分布在三大洋的测量船各自分工,完成对飞船不同圈次、不同轨道段的覆盖,从而满足覆盖率的要求。

记:由于测量船的造价很高,而船有一定的使用寿命(一般为15～20年),作为我国卫星海上测控部主任,您认为我国是否还需要更多的测量船?

崔:在我国的4艘测量船中,远望一、二号是70年代建造的,到现在应该是到了它们的使用寿命末期,但都经过了两次较大的技术改造后,还可以工作15～20年左右。远望三号是90年代建造的,船比较新,远望四号是1998年由原来国家海洋局的向阳红10号船改造而来的。这几艘船还可以继续为我国的航天测控事业工作服务一段时间。但是从世界航天技术、航天测控技术的发展来看,使用测量船对航天器进行测控并不是最佳的办法。首先测量船一个很大的弱点是它的效费比很低,船的消耗较大。我国航天发射的频度不是很高,测量船工作的地方往往又远离祖国,所以测量船出海一次把很多时间花在了航行上,这期间要消耗很多的燃油,其消耗很高。再说,船的维护消耗也较大,造得起船、养不起,船的航行系统本身就很复杂,加上几百人出海还要保证船员的生活,消耗较大。但是我们的测量船是一船多用,能根据不同的任务要求来灵活布阵,如可根据不同发射轨道、不同卫星的要求在太平洋、大西洋、印度洋等灵活布船,有时还可在南海执行任务,这样来看测量船有较高的灵活性。从长远看,我国拥有一定数量的测量船还是必要的,但不宜太多。目前4艘船不算太多,特别是对载人航天器的飞行进行测控,船还是少了一点。

记:从世界航天技术发展的角度,您认为航天测控手段会向哪些方向发展?

崔:随着现代科学技术的发展,航天测量已从地面测量发展到空间测量,由地基变为天基。美国在90年代初就已发射了中继卫星,近年来,俄罗斯也发射了中继卫星。目前,美国和俄罗斯的航天已进入了由中继卫星进行测量和控制的发展阶段,他们分别在东半球和西半球各布一颗中继卫星来覆盖全球,可以对任何国家发射的卫星进行轨道和遥测测量。

此外,利用GPS系统也是国际上一种比较流行的测量手段。这种测量实际上是利用美国的全球定位系统卫星,盯住空间飞行的运载火箭或卫星的位置,采用每隔一个单位时间测量一个点(包括仰角、方位和距离)的方法,由无数个点连接起来就是一条精确的弹道。当年远望三号校飞时,测量基地也使用了GPS测量方法,测量精度很好。

随着我国改革开放的深入,航天测控这一高科技领域也正在逐渐实行多条腿走路的方针,除了发展海上测量船外,同时也在国外建测控站。

当然,海上测量在我国拥有它的优势。尽管科技发展了,美国、俄罗斯航天测控进入了发展中继卫星的阶段。它们发射两颗中继卫星就可全天候跟踪几十个甚至更多目标,但是应该看到美俄的发射频度都很高,每天都有几十个或者上百个目标在天上飞,他们发展中继卫星,无论效率和效益都很高,能够充分发挥中继卫星的作用。而我国由于受国力的限制,发射频度较低,采用中继卫星的优势就发挥不出来。而测量船的机动性很强,也是其他测量手段所不能比拟的。

从远望号测量船80年代第一个春天在太平洋上初露锋芒,到如今测量船同时布阵在三大洋,几十次跨过赤道,圆满完成了多项国家级重大试验和外星发射任务,实现了从陆地到海洋、水面到水下、国内到国际、测量到测控的四大跨越,航天远洋综合测控能力跨入了世界先进行列,我们有理由相信今后中国航天测控的水平将更上一层楼。