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我的科研人生
发表时间 2016-09-05 15:44 来源 本站原创

  在即将步入82岁的时刻,回忆我的一生经历虽然有所曲折但始终未离开科研岗位(包括在文革动乱年代),始终站在科研第一线,付出了自己的全部精力。

  (一)581—651—航天五院

  (二)坚守科研第一线

  (三)担任中国巴西合作卫星(中巴地球资源卫星)总设计师

  (四)难忘的36小时

  (一)581—651—航天五院

  (1)从581到651

  1957年中国开始制定科学发展十二年规划,在军事科研方面开始考虑发展导弹、原子弹,中国科学院提出了研制人造地球卫星。1958年在参观科学院成果展览会上毛泽东主席提出了我们也要搞人造地球卫星的这一指示。为此科学院成立了581任务组,主要是为做好研制人造地球卫星的各种准备工作。代号581任务由中国科学院新技术局的有关研究所来承担。,有自动化、电子所、地球物理所、科学仪器厂等。

  但是由于中国即将经历三年经济困难,许多项目纷纷下马。经济和科研计划进行了大调整,中国科学院发展人造地球卫星的计划属于被调整之列。同时由于中国和苏联关系恶化,苏联撤走了包括导弹专家在内的各种专家。中国科学院将发射卫星的项目转变为发展探空火箭,中国科学院力学所二部(后改为上海机电设计院)担任探空火箭箭体工作,火箭头部由地球物理所二部研制。地球物理所二部对外仍称为581组,为了加强这一工作地球物理所将原来从事探测地球内部的研究室加强到581组。

  我由南京大学物理系毕业后,作为苏联地球物理勘探专家荣可夫教授的研究生,在东北地质学院物探系毕业后留校工作,1960年调到科学院地球物理所随即改行从事探空火箭无线电遥测工作。探空火箭的发射场在江苏、安徽、浙江三省交界处代号为603工地,经过多次试验定名为T7的探空火箭研制发射成功,并获得了1964年全国科技成果奖。随着原国防部第五研究院(后来称之为老五院)研制的东风二号、东风三号导弹的相继发射试验成功,研制能将卫星发射入轨的运载工具有了技术保障。为此中科院在1965年开始考虑研制人造地球卫星之事,成立了651设计院。设计院包括了力学所、自动化所、地球所二部、电子所、天文台等单位的部分人员,其中的总体室由力学所和地球所二部主要成员组成,设计院内的 651研究室主要从事卫星力学结构及温度控制工作,由原力学所人员组成。卫星环境试验由地球所二部原探空火箭磁环境试验室人员扩编后组成,并着手建立专为卫星环境试验的设备,主要是为模拟空间力学环境试验及高低温真空环境试验,科学院另外一组人员以电子所、计算所及天文台等部分人员组成701组负责地面跟踪测轨工作,此组后来被国防科工委测量通讯研究所接收后组成卫星跟踪测轨测控基地(26基地)。

  我在地球物理所二部工作时兼任中国科技大学讲师,在1963-1964年教授卫星无线电遥测课程。在651设计院成立之时调入设计院总体室,参与了中国第一颗人造卫星的方案设计工作,1966年正当我国第一颗卫星即将进入具体工程设计之际文化大革命开始了,科学院的科研工作受到极大的冲击,即使已列入中央立项的卫星工作(当时称为651任务)也受到极大影响。

  (2) 从651到五院

  为了使文革的影响减少到最小,当时国防科工委主任聂荣臻(还担任国家科学技术委员会主任)提出国防科研成立十八个研究院并列入军队编制,其中卫星的研制是由第五研究院承担(称之为新五院)五院院长由钱学森担任,政委为常勇(原21基地政委,少将)。五院主要由科学院有关研究所组成651设计院等并入五院。五院下设501设计部(总体部)、502所(主要是科学院自动化所)、504所(原为科学院西南电子所)、505所(即地球物理所二部人员)、508所(即上海机电设计院,已在1965年搬迁到北京)、511所(即环境试验所,主要是地球物理所二部火箭环境试验人员),另有三个工厂即529厂(原为科学院的北京仪器厂),539厂(原为科学院上海科学仪器厂),549厂(科学院山西太谷科学仪器厂)。虽然聂荣臻在文化大革命中受到批判其十八个研究院计划始终未能确定和完整实施,但五院仍在1968年3月确立下来,文革结束后五院归入第七机械工业部编制,增加了450组(主要从事微波统一测控地面设备研制后改为503所兼从事信息处理工作)。509所(上海从事卫星研制单位)512所、513所、514所、515所等是在文革后期成立的。

  (二)坚守科研第一线

  我在651设计院参与了第一颗卫星的方案设计及工程实施工作。为了使全世界人民能听到“东方红”乐音,其无线电的频率及体制由我选择和设计,根据地球电离层传播无线电波的特性,定频率为20,008兆赫,使高级收音机能直接收听到东方红乐曲的声音。同时在卫星上将东方红乐音与卫星遥测信号结合交替进行。在1968-1970年卫星发射这段时间我作为研究室的领导还领导着卫星遥测工程实施、测试以及整星电测工作。同时又紧张开始了我国第二颗卫星“实践一号”的研制工作,由于第一研究院为发射第一颗卫星研制了两发“长征一号”运载火箭,当时设想如首发成功还余一发火箭可再发一颗卫星,因此急需再研制一颗星,这颗卫星主要作为试验太阳能供电电源系统及卫星在空间长期工作的温度控制和遥测之用。

  1970年4月24日我国第一颗“东方红一号”卫星发射成功后,不到一年时间第二颗试验卫星顺利上天,应该说在那个受文化大革命冲击时期我们这批在科学院从事科研工作的人员没有这个伟大工程的牵引和带动,没有新五院的成立是无法将此任务如此快如此好的完成。1971年“实践一号”卫星上天,设计寿命是一年但卫星超期服役,其电源系统和遥测系统在空间连续工作了八年,直到1979年卫星轨道寿命才结束。在此期间获得了大量实用数据,为我国长寿命卫星提供了宝贵经验。“东方红一号”及“实践一号”卫星获1978年在科技大会奖,“实践一号”遥测系统和电源系统单独获奖。

  为了发展我国的地球同步通信卫星,五院成立了微波统一测控系统方案论证组我担任组长,组织了505所、504所有关人员并和测控基地(26基地后来改为西安卫星测控中心)进行了研究,制定出用于地球同步轨道卫星测控和载人飞船测控的微波统一测控系统方案。后来此项工作专门交给一个新成立的单位—450办公室(后改为503所)进行抓总和工程实施,此项工作获得我国科技进步特等奖。我国的第一代地球同步轨道通信卫星以及第一代地球同步轨道气象卫星均为自旋卫星,需要解决的是自选同步测控问题我从原理阐述了用模拟遥测遥控解决了此问题,并在宇航学报发表了学术性文章。

  1981年后我担任了五院总体部副主任、科技委主任,但始终在科研第一线,参与了实践二号卫星主持了实践三号以及资源卫星的工作。1988年我担任了资源卫星总设计师。

  1987年中国科技代表团访问巴西双方合作意向中有一项是联合研制遥感卫星—地球资源卫星。卫星工程是一项协同性和系统性极强的工程,各个系统之间的接口协调及计划安排必须非常精确。这是我国第一次进行国外航天合作,双方语言、工作习惯以及万里之遥的距离,工作协调其难度可想而知。我在工作的后十五年就负责这项工程。

  (三)担任中巴地球资源卫星总师

  在中国巴西联合研制地球资源卫星之时,五院早已准备开始研制地球资源卫星,我由总体部调到五院院部担任地球资源卫星总设计师。1988年中国航天代表团访问巴西空间技术研究院 (INPE)双方初步协调联合研制地球资源卫星,1988年7月6日两国政府签署联合议定书。议定书规定在中国资源一号卫星设计方案基础上,中国空间技术研究院即五院(CAST)与巴西空间技术研究院(INPE)联合研制遥感卫星,取名中巴地球资源卫星(CBERS—China Brazal Earth Resource),整个卫星以在方为主,中方承担总经费的70%,巴西承担总经费的30%,卫星发射运行后由两国共同使用。1989年两国技术人员对中国资源一号卫星方案进行讨论和补充形成了后来发射的中巴地球资源卫星方案(国内称为资源一号卫星)。

  中巴联合研制地球资源卫星是中国首次在空间领域与外方进行的全面国际合作。在合作中遇到许多新问题,包括两国研制经费困难、巴西承制卫星项目的ESCA公司破产以及两国相距太远,存在技术协调和语言交流等诸多不便,致使1990—1994年合作处于停顿状态。两国政府先后于1993年、1996年签订补充协议,重申“中巴地球资源卫星”合作的重要意义,克服困难,坚持合作,两国领导人誉之为“南南高技术领域合作的典范”。但由于进度推迟,使广大用户受到影响,卫星赶超世界先进水平的步伐亦受到影响。但资源一号卫星没有经过试验星阶段,首发即告成功并能有效使用。国内外同行专家认为中巴地球资源卫星的成功,代表中国卫星研制水平上了一个新台阶。

  中巴地球资源卫星与国外同类卫星主要技术参数的比较见表1。

  表一:中巴地球资源卫星与国外同类卫星主要参数表

  CBERS分公用服务平台和载荷舱2个舱段,舱段内分割成小仓以改善电磁兼容性和热设计。公用服务平台的模块化设计使其可应用于其他太阳同步轨道卫星。平台包括:结构、热控、电源、姿态控制、轨道控制机、测控及星上数据管理7个分系统;有效载荷包括:CCD相机、红外扫描仪、宽视场相机、磁带机、CCD数传、红外数传、数据收集转发器、空间环境监测8个分系统。中巴地球资源卫星外形示意图见图1。

  图一:中巴地球资源卫星外形示意图

  2001年在国家科学技术奖励大会上,“中巴地球资源卫星”获得国家科学技术进步一等奖,我是第一名获奖者。

  中巴地球资源卫星的研制和发射成功,结束了长期以来中国没有自己资源卫星的历史,标志着中国的空间遥感应用进入了一个新的阶段。卫星上天后各用户开展了对卫星数据的检验和评价。包括:图象分辨率几何精度、配准精度、辐射精度、动态范围以及信噪比等重要参数进行评价,当然主要是对CCD相机遥感数据的评价归结为:

  (1)CCD相机遥感图像的地面像元分辨率达到了19.5m的设计指标在地物细节的空间特征表达及其可分性方面均优于美国陆地卫星TM相应波段的数据。

  (2)经处理纠正的图像信息产品具有较好的清晰度和较高的几何精度,可满足1:100 000比例尺的制图要求。

  (3)经与现有数据库的综合分析,可为中国重要的国家和地方资源环境数据库的更新提供信息基础,其最大比例尺可到1:50 000。

  (4)应用评价表明,该卫星的数据可以在农业、林业、土地、城市、环境、灾害、地质、海洋和测绘等领域推广应用。

  当然第一颗卫星也存有其缺陷,在此后两国研制资源卫星的后续星时性能大大提高为两国的经济建设发挥了很大作用,巴西一直到现在还继续与我国合作研制地球资源卫星。

  (四)难忘的36小时

  1999年10月14日凌晨2时半,才睡了不到4个小时的我突然醒来,想起今天卫星发射,已经完全没了睡意。是啊!自从担任这颗卫星的总设计师以来11个年头了,由于经费、中巴两国合作等等原因,卫星数次推迟了发射时间,国内用户着急,我们心里更着急,终于要向国家和人民交出我们10年奋斗的成果,心中兴奋和紧张的程度可想而知。仰望天空黑沉沉的看不到闪烁的星星,气温已下降到零度,心中惦念着天气会不会影响发射,这时各宿舍区已灯火通明,特别是运载火箭研制人员要提前进场安排好“8小时准备”的各项工作。

  凌晨3时,驱车来到数公里外的发射场,紧包着火箭和卫星发射塔架的各层平台,在灯光照耀下婷婷玉立显得格外壮美。在标志着巨大阿拉伯数字“9”“10”平台里就是我们卫星所在的位置。资源卫星在我国是第一次实施卫星直接装入整流罩内,和整流罩一起运到发射架,并吊装在已竖在发射架的火箭上,近20天的时间我们是通过电信号来掌握卫星的“脉搏”,了解卫星的健康状态。现在卫星正安卧在整流罩内,等待最后一次测试,然后将随着火箭飞上太空。

  这时,发射场区的各类人员正在各自的岗位上有条不紊地工作,呈现出一派肃穆庄严的气氛。因为整个发射工作是一整体,人们不仅关注自己负责的工作,还关心其他部门的工作,关注整个发射计划能否顺利执行。因为资源卫星发射时刻即我们称之为“发射窗口”只有20分钟,错过这个时刻当天便不能发射。

  晨6时天色大亮,“5小时准备” 口令已下达卫星开始加电测试。我走到卫星测试岗位检查工作,资源卫星测试人员大多数是第一次经历这种场面,紧张的心情表现在他们的动作和神态上,那些巴西的同行也同样十分紧张、兴奋、和好奇。很快,卫星顺利通过了一系列测试,从分别报告各分系统测试结果的语气中我感受到自信。

  我最后来到位于发射塔架下地下室的卫星供电电源间。这是一个关键岗位,操作人员于发射前15分钟才可撤离,因为巴西技术人员不了解我们运载火箭的可靠性,不了解我们的安全保护措施,曾把这个岗位看得非常可怕,但是当他们看到中方人员镇定自若的神态,使他们有了信心和勇气。

  10时,对气象状况会商后,确定高空风速是在发射允许范围之内,万事具备,在听到“1小时准备”口令下达后,我坐到了发射地堡控制间的前排指定位置,正好位于操作手的身后。我的旁边是“长征四号乙”火箭总设计师李相荣同志,他说:他这几天要靠安眠药才能入睡。我说你负责的火箭已成功发射多次,你这位总师已经历了多次这种场面,应该应付自如,他说:不然,每次都很紧张。如履薄冰。

  时间随着“30分钟准备”、“10分钟准备”的口令在进行。我紧盯着显示屏,屏上显示塔架已完全展开,火箭在发射架上直指苍穹。当“5分钟准备”口令下达后,现场一片寂静,空气像凝固了一样,只感觉心脏随着秒针在跳动。随着“3分钟准备”、 “1分钟准备”口令的发出、我屏住了呼吸紧盯显示屏,北京时间11时16分,随着一声口令“牵动—开拍—点火—起飞”,只见火箭喷着火焰和浓烟,缓缓地垂直离开发射架,越来越快地冲向云霄。发射地堡顿时掌声雷动。当听到“星箭分离”时,地堡又一次响起掌声和欢呼声,我向李相荣总师祝贺火箭发射成功,感谢他准确地把卫星送入预定轨道。他说:这下该看你们的了。是啊!他们已圆满完成任务,而我们的任务才刚刚开始啊。

  中午匆匆收拾行装,去看卫星第二圈飞越喀什测控站时发来的数据。数据表明整个卫星工作正常,我及时向胡世祥副部长及孙家栋工程总师汇报卫星工作情况,同时带领20多位同志前往大同机场飞赴西安卫星测控中心。晚8时抵达西安咸阳机场,天下着雨,来机场接我们的测控总师告诉我,卫星第七圈刚刚过境,长春测控站遥测接收很好,但遥控指令未起作用。他说,据分析可能是地面站的问题。尽管他这样说,我还是怀着不安的心情从机场乘车赶到测控中心大厅,参加卫星第八圈过境时,在南京、厦门测控站对卫星测控的数据观察和分析。

  第八圈卫星遥控指令仍不能正常接收,我们深感事态严重性,因为我们同时观察到卫星受超短波无线电干扰强度很大。一方面向领导汇报情况,另一方面紧张开会商议对策。因为卫星在第九圈飞越喀什测控站上空后,将在十五圈才能再回到我国地面测控站控制范围,如果第九圈遥控指令再不能正常执行,则卫星将经受一次灾难性考验。10月15日零时遥控指令在卫星飞越喀什测控站上空时得到正常接收。同时,在飞越我国西藏、青海、新疆地区上空时,超短波干扰极小,第十圈卫星飞经西亚各国,已处在我国西部国境外,但喀什测控站仍有一段观测控制弧段,15日凌晨2时遥测信号说明我国西部境外干扰很小,遥控指令能顺利执行,我们连夜开会确定了问题的原因及应采取的对策。

  这时我们还关心卫星的另一项重大功能,即能够取得好的遥感图像。中午北京传来消息,北京密云遥感接收站已接收到了CCD相机五谱段图像、红外相机可见光谱段图像、宽视场成像仪图像。这一振奋人心的消息鼓舞着试验队的全体人员,这是我们奋斗十年的卫星第一次成果显示。下午14时位于乌鲁木齐市的遥感地面站又获得了我国西部的遥感图像。

  这时我掐指一算,从14日凌晨2时起床准备去发射场到15日下午14时已度过36小时的紧张工作,这真是漫长的一日,也是我人生中最有意义、最值得纪念的一日。