神马文学网卫星在天上失控69天以后
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——西安卫星测控中心建功航天事业纪实
特别提示：西安卫星测控中心创建于1967年。41年来，从第一颗东方红卫星的测量到圆满完成第一颗返回式卫星的回收，从距地球36000公里的赤道上空实现卫星同步定点到确保6次神舟飞船的回收搜救，从具有中国特色的多星管理到成功抢救故障卫星，这个中心作为我国航天测控事业的发祥地，从无到有，从弱到强，先后实现了我国航天测控“飞向太空、返回地面、同步定点、飞船回收、多星管理”五大跨越。
飞向太空：1970年4月24日，中国成功发射首颗人造地球卫星“东方红一号”，西安卫星测控中心所属地面观测系统对卫星进行跟踪测量，适时作出卫星经过世界244个城市上空的可观测预报，中国由此成为世界上第五个独立研制、发射和测控人造卫星的国家。
返回地面：1975年中国成功发射第一颗返回式卫星，在西安卫星测控中心各测控站精确测量控制下，卫星运行三天后准确返回到国内预定回收区，使中国成为世界上第三个掌握卫星回收技术的国家，该中心迄今已圆满完成中国发射的24颗返回式卫星的测控任务。
同步定点：1984年4月，中国成功发射“东方红二号”通信卫星，西安卫星测控中心成功将卫星定点于东经一百二十五度赤道上空，标志着中国航天测控技术已接近世界先进水平。
飞船回收：1999年至2005年，西安卫星测控中心圆满完成六次“神舟”飞船测控回收任务，其中，“神舟”五号创造出飞船实际落点与计算落点仅差一点一公里、搜救人员三十秒赶到着陆现场的航天奇迹，“神舟”六号预报落点与实际落点误差只有280米。
多星管理：为满足中国航天事业发展需求，西安卫星测控中心不断提高综合测控能力，实现执行实时测控任务由原来几年一次或一年几次到现在一年十几次，卫星长期管理任务由原来几颗到现在几十颗的转变，综合测控能力实现新的飞跃。
航天测控是航天工程的重要组成部分。它通过测控网，对航天器进行跟踪、测量和控制。
航天测控是反映一个国家综合科技实力的重要标志之一。美国、俄罗斯都是在全球布网，对航天器进行全时段测控。
我国的航天测控，由于受到诸多条件限制，测控网覆盖率还不到这些国家的五分之一。而且在我们起步时，他们已远远走在了前面。不在同一起跑线上，并还想超越，那是何等的艰难！
最初的卫星测控中心，是伴随我国第一颗人造地球卫星发射而组建起来的。在新的任务面前，当时大多数科技人员对航天测控知识知之甚少。轨道计算、软件设计，都需要从头学起。许多人甚至连计算机是什么模样都没见过。就是在这样的条件下，他们勇于拼搏，大胆探索，刻苦攻关，克服了重重困难，经过一年多的努力奋斗，终于编制成“东方红一号”卫星轨道计算、轨道预报、数据处理等一整套测控方案。
1975年，我国准备发射返回式卫星。送卫星上天不易，让卫星返回更难。当时，只有前苏联和美国掌握了卫星回收技术，而且是经过多次失败后才取得成功的。我国能否首战告捷，航天测控十分关键。这时，一个意外的难题出现了。由于运载火箭推力等因素的限制，我国第一颗返回式卫星的轨道倾角设定在63度。而传统的卫星轨道计算公式存在一个63·4度的“临界倾角”奇点问题：即卫星轨道面与赤道面的夹角处于63·4度时，运算公式中的分母就是“0”，导致无法计算。
63和63·4，太接近了！卫星发射一旦出现入轨偏差，接近“临界倾角”，卫星的运行轨道就无法计算，或计算时出现很大误差，卫星就不能准确回收。怎么办？中心轨道室科技人员经过反复讨论和研究，认为既然卫星的轨道倾角无法改变，那就改变计算方法。于是，他们夜以继日，沉浸在一个又一个的数学公式里，反复推导、分析、计算，终于在卫星发射前，找到了一个新的轨道计算方案，避开了“临界倾角”这个难题。
1984年，我国准备发射第一颗地球同步轨道通信卫星。测控这种卫星的技术十分复杂，而且需要高性能的计算机。美国等发达国家测控这种卫星时，使用的是当时最先进的、运算速度每秒百万次以上的高性能计算机。而西安卫星测控中心那时只有4台晶体管计算机，加在一起的运算速度也只有几十万次/秒，总内存量不如一台现已被淘汰的286微机。严格说来，这样的设备是不具备执行任务能力的。但任务在即，他们暗下决心，绝不能让测控系统拖延了国家航天发展计划的后腿！
世上无难事，只要肯登攀。中心科技人员没有放弃努力，他们大胆探索，通过用软件来弥补硬件的不足，即用科学的测控计划、灵巧的总联程序、精细的软件设计，来弥补计算机处理速度不够和内存不足的缺陷。经过反复试验，他们通过4台计算机并联，应用新的测控方案和测控软件，满足了通信卫星的测控需求，确保了测控任务的圆满完成。不久，国外航天专家到中心参观，看到这4台落后的计算机，怎么也不相信，用这样的设备能实现对通信卫星的测控，认为中心把先进的计算机藏起来了。许多年后，人们还忘不了这件事，称赞这4台计算机为“功勋计算机”。
1992年，载人航天工程启动。西安卫星测控中心承担了飞船的返回搜救任务。从1999年至2005年，中心先后完成了六次神舟飞船的测控回收任务。一次比一次更圆满，一次比一次更漂亮。
最令人难忘的是神舟五号飞船的回收。2003年10月16日，返回中的飞船进入“黑障区”。这时，飞船与大气层剧烈磨擦产生电磁屏蔽，与地面通信暂时中断。飞船出“黑障区”时，回波信号剧烈起伏，前置雷达站跟踪目标不稳，如果此时不能及时捕获目标，就无法得到引导数据，从而影响各种控制指令的发送。关键时刻，中心果断实施“光学引导”，使雷达及时锁定了目标，并测下了飞船每个瞬间的方位、姿态和速度。返回舱打开降落伞，空中搜救分队与飞船返回舱几乎同时着陆，迎接航天英雄杨利伟胜利归来，中华民族千年飞天梦想成为现实。
临战前改变方案是兵家大忌，但很多时候由于意外不期而至又不得不进行调整。神舟六号飞船返回前夕，为了确保返回安全，指挥部决定将着陆地点东移9公里。这意味着用了两个多月完成的回收搜救方案要重做，而当时离回收只有短短几天了。他们果断应对，制定新方案，开展突击演练，终于在规定的时间里，建立了新的搜救状态。神舟六号返回了，虽然是在夜间，中心首次用新的光学记录设备，在飞船未出“黑障区”时就准确捕获目标，并对飞船返回进行了实时拍摄，搜救人员仅用12分钟就赶到落点现场，向世界展示了我国高超的航天器返回控制能力。
随着我国航天技术日趋成熟和国民经济快速发展的需要，我国航天发射任务愈加频繁，在太空运行的卫星也越来越多。中心以科学发展观为指导，努力解决多任务支持能力不足、测控网资源紧张等矛盾，着力提高航天综合测控能力。经过挖潜改造、科学规划，中心目前已具备了同时执行2颗卫星实时测控和1颗卫星任务准备的能力；可以同期管理40颗近地卫星和地球同步轨道卫星的能力，并且可以和国际测控机构进行联网测控合作。
2006年10月的一个夜晚，我国一颗在轨运行卫星突然发生严重故障，卫星姿态失控，在太空翻滚，并与地面基本失去联系。
险情就是命令。中心立即组织30余位专家，进行集智攻关，全力抢救。面对在太空中翻滚的卫星，第一步就是要确定其姿态。在正常情况下，确定卫星姿态并不难。然而，由于卫星发生故障后，过去用来确定卫星姿态的方案和技术手段已不能使用。怎么办？经过苦思冥想，反复讨论，他们另辟蹊径，提出了一种全新的定姿办法，利用断断续续获得的零星数据，在极其困难的条件下，确定了失控卫星的姿态。
卫星的姿态确定了，接下来就要掌握卫星姿态的变化规律，寻找出最佳的抢救时机。卫星姿态的变化，受到空间磁场、高空大气、重力梯度等许多因素的影响，在国际航天领域里，这是一个令许多专家犯怵的技术难题。对中国航天测控人来说，掌握失控卫星姿态的变化规律，也是一项重大的新课题。
在那些紧张的日子里，专家们创造性地提出了一种可以利用数据进行不断修正的姿态预测方案。经过一次次的仿真模拟，一次次的技术验证，一次次的方案完善，终于准确预测出12月8号是最佳的抢救时机，错过这个战机，卫星就可能永久地失控，成为太空垃圾。
然而，即使是这个千辛万苦获得的最佳抢救时机，每次可供利用的控制窗口也只有短短的10秒。按传统方式实施抢救，发送指令和数据的时间至少需要30秒。新的困难又摆在了专家们面前。
又是几个不眠之夜。最终，他们通过调整指令结构、创新判别方式、改进程序设计等途径，把遥控发令时间成功缩短到了8秒以内。随着一条条指令的发送、一块块数据的注入，失控69天的卫星，在中国航天测控人的手中终于起死回生，恢复了正常运行。
祸不单行。就在这颗卫星抢救成功后不久，又有一颗刚发射入轨的卫星，因为出现故障与地面失去联系。他们征尘未洗，又投入了新的战斗，先后解决了卫星姿态预报、窄波束天线条件下的测控实施、小推力轨道机动等三大技术难题，最终使卫星成功定点。
在接受记者采访时，西安卫星测控中心的专家告诉我们：“在卫星抢救过程中，遇到的这些技术难题和最后采用的抢救方案，都是教科书上没有的”。中心主任董德义深有感触地说：“这两颗卫星的抢救难度非常大，如果在10年前，即使想到了现在的抢救思路，当时也不具备把思路变成现实的技术条件。”
中国航天测控事业始于60年代末期，经过几代航天测控人的不懈努力，到上世纪末期，中心已具备对运行在近地轨道、太阳同步轨道、地球同步轨道等多类航天器的测控能力，为中国航天测控技术的进一步发展奠定了坚实的基础。
近十年来，他们瞄准建设世界一流航天测控中心的目标，紧盯世界航天科技发展前沿，加大创新力度，不断实现测控技术新的跃升。
他们在国内首创设计了以航天器控制语言为核心的中心遥控模式，实现了卫星控制由遥控指令链模式到遥控作业工作模式的跨越，满足了对航天器高效、规范、灵活、准确的上行控制要求，提高了我国测控网的多星测控能力。这种遥控模式，可以将指令发送间隔由1秒缩短到了0.3秒，为实施卫星抢救提供了技术基础。
他们自主创新提出了测控资源最优分配策略与算法，建成了国内第一个测控网多任务管理中心，实现了测控资源的统一分配和测控设备的远程监控，测控设备切换时间从原来40分钟缩短到5分钟，测控网使用效率提高了1倍以上。在卫星抢救过程中，他们及时调度参试设备，增加了测控覆盖率，保证了每天12圈次的测控弧段，为抢救工作提供了有力的技术支持平台。
他们在已有的技术基础上，充分利用新的研究成果，对中心的体系结构进行了调整、扩充及改造，新研制了6大类数百万行测控软件，具备同时支持三个发射场的早期测控任务的能力，满足50颗在轨卫星的长期管理需求，达到了国际一流航天测控中心的技术水平。
他们独立研发的精密定轨系统，融合了国际先进的大气密度模型，能综合应用各类测量数据，将定轨精度提高到米级。建立了近地轨道周期变率预测模型，成功应用于返回卫星的回收控制。
他们自主创新的超同步转移轨道卫星四次变轨技术、同步卫星双星共位技术和高精度位置保持技术，有效节省了卫星燃料、延长了卫星寿命，使轨道控制精度由数百米提高到几十米，实现了我国同步卫星测量与控制技术的跨越式发展。
他们改进了用于确定自旋卫星姿态的算法，将转移轨道段姿态确定的时间由1小时缩短到30分钟，将同步轨道段定姿精度提高到0.03度以内，使定姿精度达到国际先进水平，大大提高了气象卫星和探测卫星的应用效能。
这一列航天测控核心技术的突破，使中心综合测控能力持续攀升，进一步满足了我国航天事业不断发展的需要。
“科研出成果，任务打胜仗，人才是基础”。中心党委书记张胜勤对此深有体会。他说：“40多年来，西安卫星测控中心能创造出如此众多的航天测控奇迹，一个重要原因，就是因为拥有一支高素质的航天测控领军人才。”
中心组建初期，在祖国的召唤下，一群肩负国家使命的热血才俊，积极投身航天测控事业，开始在浩瀚的天空描绘一幅幅蓝图。
中科院院士、原中心总工程师李济生是这个群体中的突出代表。他主要从事卫星轨道的精密定轨工作。我国第一颗卫星发射成功后，大家都在欢庆，他却望着神秘的苍穹在想，这颗卫星的轨道精度是多少？原来，限于当时的技术和设备水平，只要求他们计算出卫星运行轨道，对轨道精度没有提出要求。而精确测定卫星轨道是卫星测控的基础。测定轨道的精度越高，对卫星进行控制的质量就越高。李济生立下壮志，一定要建立高精度的卫星轨道确定系统。从那一刻起，他开始了30多年的不懈求索，测定的轨道精度，从几公里级——千米级——百米级——十米级——米级，一次次的成功，一次次的超越，永不满足。
巫致中，这位1963年大学毕业的数学力学系高才生，为我国航天测控事业的崛起和腾飞做出了重要贡献。他从事的工作，就是用科学的语言编制一套“信息流程”，将卫星和地面联成一条测控回路，使地面的指令能发到卫星上，卫星上的信息能传到地面，实现人对卫星的精确测量和及时控制。为了航天事业的需要，他从大城市来到深山沟，从第一颗卫星到第一颗返回式卫星、第一颗地球同步轨道卫星，编制了一个又一个的“信息流程”，每一次都是艰难的突破，每一次都是创新的跨越。1987年夏，他作为航天测控系统的代表，被邀请到北戴河并受到邓小平同志亲切接见。
出席过全国科学大会、担任过全国政协委员的祁思禹，是中心技术部的高级工程师。1967年，他接受了返回式卫星测控和回收方案的编程任务。整整5年，他带领轨道组的技术人员，用手工编制和修改了近4万条指令程序，每一条程序都不知道要反复修改多少次，呕心沥血，顽强奋战，黑发熬成了白发。1975年11月26日，第一颗返回式卫星顺利升空，按计划3天后回收，可卫星在飞行中突然出现异常，有人建议提前回收。怎么办？在现场指挥的钱学森说：“把祁思禹叫来”。钱学森问他：“有人主张今天就回收，北京在等待答复。” 祁思禹胸有成竹的回答：“依我们的计算结果，可以按计划回收。”钱学森一锤定音：“向北京报告，第三天回收。”卫星按计划回收，取得圆满成功。庆功会上，钱学森把一杯红葡萄酒端给祁思禹说：“祝贺你，人民的功臣！”
正是有了这批航天测控的人民功臣，才有了我国航天测控事业的辉煌。为了把航天测控事业继续推向前进，近年来，中心党委实施人才战略工程，着力培养和造就新一代领军人才。
他们以科研试验任务为中心，精心谋划科技人才队伍建设。根据“超前规划、分类建设、突出重点、层次培养”的总体思路，明确科技人才队伍建设的目标要求，围绕航天测控主干学科，形成了研究型、工程型、操作型三级人才梯队，为完成更为艰巨繁重的测控任务，提供坚强的人才支撑。
他们坚持以科研实践为基础，不断拓宽人才培养渠道。对中青年优秀科技人才，大胆安排在重大航天测控任务中打头阵、唱主角，经受锤炼、增长才干；安排参加前瞻性课题和关键技术研究，通过抢占技术制高点，进行强化培养；安排参与国内外高层次技术合作交流，进行开放式培养。
他们努力营造人才培养环境，积极探索人才成长规律。坚持以人为本，认真落实科技干部政策，通过积极培养典型、坚持机制创新、不断优化环境，努力营造人人争成才的良好氛围。
目前，中心已经顺利实现了高层次科技人才的新老更替，拥有了以余培军、李恒年、王家松为代表的新一代青年人才方阵。
1991年毕业于北京航空航天大学的余培军，是中心技术部的副总工程师，已参加了30多次卫星和飞船的测控任务，取得了10多项高等级科研成果。其中，有7项填补了国内空白，有6项属于关键技术。在今年2月一颗卫星抢救过程中，余培军通过对卫星信号消失前的散乱数据分析，准确判断出卫星发生故障时的运行姿态，并针对故障卫星来电时可能出现的数十种状态制定了不同预案，为抢救成功奠定了基础。机遇总是青睐有准备的人。大年初三凌晨，突然出现的卫星信号被成功捕捉，中心立即发送指令，调整星上太阳能帆板，五天后，卫星恢复正常供电。抢救工作按预案正常进行，在预定进行第一次变轨的前一天，余培军和专家们通过对遥测、轨道、姿态数据进行反复分析后发现，头天为变轨进行准备的天线展开影响了卫星的结构，如不立即采取措施，卫星可能再次失控，他果断提出，提前一天对卫星实施变轨。这时，所剩时间已经不多了。抢救指挥部立即召开紧急会议，研究后一致同意采纳余培军的建议。半个小时后，指令发送到了卫星上，变轨成功，卫星得救了。
软件室高级工程师李恒年今年刚过40，在执行神舟五号载人飞行任务前，他对神舟一号到神舟四号的实际测量数据，进行了复杂的分析建模，创造性地提出了返回舱气象风修正落点预报方法，经过近百次的仿真测算，不断修正预报落点方案，成功地将飞船返回舱的预报落点，由10公里的精度提高到1公里以内。在抢救某颗失控卫星时，不少人认为已经没有救了，而他和战友们却不离不弃，从测控数据中出现的一个小的细节，看到了一丝曙光，果断提出了抢救方案并取得成功。
1968年出生的轨道室副主任、研究员王家松，从2000年至今，默默研制和开发具有超前性的高精度轨道软件计算系统。期间，他曾去国外读博，依然不忘肩负的重要使命。在欧洲空间操作中心组织的“环境卫星”轨道竞赛中，他研发的定轨软件径向精度达到了2-3厘米，一举夺冠。在国际宇航界引起轰动，许多资深科学家由衷赞叹：“中国人真不简单！”而他结合国家“嫦娥工程”研发的具有自主知识产权的“环月轨道段精密定轨软件”，采用国际先进的有关实测数据和标准轨道验证，软件定轨误差达到了世界先进水平。读博学业完成后，他的英国导师热情挽留他，并许诺优厚待遇，但王家松带着自己的研究成果，毅然归国。