“牧星”院士李济生走了……

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  朱泽蓝 科技日报记者 付毅飞  人造卫星轨道动力学和卫星测控专家李济生,2019年7月28日因病于北京逝世,享年76岁。

  朱泽蓝 科技日报记者 付毅飞

  人造卫星轨道动力学和卫星测控专家李济生,2019年7月28日因病于北京逝世,享年76岁。

“牧星”院士李济生走了……

  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。李济生一生都在寻找各种最佳的计算方法,把卫星定轨精度从2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。

  1970年4月24日,巴丹吉林沙漠深处,我国第一颗人造卫星“东方红一号”即将飞向太空。

“牧星”院士李济生走了……

“牧星”院士李济生走了……

图片来自网络

  距离发射塔架不远的一座平房里,一个小伙子正聚精会神地核对着卫星设计轨道数据。他叫李济生,那时刚从南京大学天文系毕业四年。

  毕竟这是我国第一次发射卫星,没有任何经验可循。李济生也只能在一遍遍计算、研究中等待成功的消息。

  “东方红一号”发射成功了。庆功宴上的李济生端着一碗饺子,却难以下咽。一位老专家的问话在他耳边萦绕——“咱们的卫星虽然上天了,轨道也计算出来了,但你知道轨道精度是多少吗?”

  当时,限于技术和装备水平,只是要求测控系统计算出卫星运行轨道,对轨道精度没有提出要求。李济生也是刚刚知道这个概念。

  不知道定轨精度,就无法验证轨道计算的正确性;没有精确的轨道数据,就无法对卫星进行有效的控制。一个强烈的愿望,在李济生心里萌生:一定要制定出中国卫星的精密轨道计算方案!

  他从“东方红一号”卫星轨道数据着手,设想了一个个轨道鉴定方法,又一个个地自我否定。那些时日,戈壁滩上那间简陋的工房里,灯光几乎每天都亮到深夜。

“牧星”院士李济生走了……

  一年攻关,李济生在“0”和“1”的海洋中求索。一天,一个新的想法闪过他的脑海:能不能借用推算卫星周期误差的方法,来判断轨道误差呢?经过反复计算和论证,他开发出了用卫星轨道“预报误差”的方法来确定轨道的精度。用这种方法测定的轨道精度大约为2-5公里,我国卫星定轨的精度首次有了数量概念。

  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。而从理论分析,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。

  “是不是李济生的轨道计算出了问题?”有人议论。

  李济生一头扎进了这个谜团。为获取足够数据和理论依据,他从北京到南京,再辗转上海,资料数据收集了一大堆。借助一台手摇计算机,他开始了不分昼夜的计算。

  几个月后谜团解开。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。然而就是这轻微的作用力,使卫星轨道近地点每天升高300多米。

  李济生没有满足于找到症结。他从中吸取经验,开发出“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。

  此时,我国卫星定轨精度仍远远落后于美苏。李济生给自己定下新的目标:百米量级。

  日月引力、大气阻力、太阳辐射压力以及地球引力等各种“摄动力”,都会对卫星运行轨道产生影响。要进一步提高卫星定轨精度,必须在弄清和解决各种“摄动力”对卫星影响上下功夫。

“牧星”院士李济生走了……

  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,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 。随后他和同事们不断努力,将这一数字提升到100米级。这样的定轨精度不仅满足当时国内卫星发射测控任务的需要,也为我国航天事业发展奠定了坚实的轨道基础。

  不过,当得知美国的卫星定轨精度已经达到米级的消息后,李济生坐不住了。1984年,他踏进了美国德克萨斯大学的空间实验室。

  进修期间,李济生与枯燥的阿拉伯数字日夜相伴,忘记了星期天、节假日,无暇光顾异国风情,甚至连封家信也顾不上写。两年时间,他掌握了别人至少用4年时间才能学到的知识。导师发现了他的潜能,热情地劝他:“留在这里工作吧。”

  李济生回国了。他辞去了软件室副主任的职务,带领课题组研制开发新的精密定轨软件,一干就是四年多。

  1991年,新的精密定轨方案在我国发射的新型卫星上获得成功,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。 中国科学院、国防科工委、航天工业总公司联合鉴定认为:该成果建立了我国卫星测控精密定轨系统,技术水平处于国内领先地位,并达到了国际先进水平。

  这项成果为我国“神舟”无人飞船发射试验中的轨道确定,以及此后我国载人航天事业奠定了重要技术基础。

  1995年,李济生出版了《人造地球卫星精密轨道确定》。这本书系统讲述了精密轨道确定的原理、方法和全部动力学模型,反映了当时该领域最新成果和发展趋势,是我国第一部卫星定轨理论和实践相结合的专著,为我国航天事业留下了宝贵知识财富。

  “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。”李济生曾这样说。在他的指引下,我国航天测控人员不断攻克关键核心技术,如今已实现航天器定轨精度向厘米级的跨域。

  2019年7月28日,李济生因病于北京逝世,享年76岁。这位为中国航天测控事业奉献一生的“牧星人”,在我国航天史上留下了永不磨灭的轨迹,如今他飞向天堂,继续逐星……

  人物资料

  李济生,山东禹城人,自1966年毕业于南京大学天文系后,一直投身于祖国航天测控事业。历任西安卫星测控中心技术部总工程师、研究员,1997年当选为中国科学院院士,先后参加了40多颗卫星的测控任务。

  为了设计出卫星轨道精密计算方案,他和同事们呕心沥血,孜孜以求,奋力拼搏了20多个春秋,终于将轨道半长轴误差从1000米降到500米、300米、20米……他建立的“三轴稳定卫星姿控动力对其轨道的摄动力模型”填补了我国该项动力学模型的空白;在国内首次提出并实现了卫星测控软件的通用化、模块化和标准化,创造性地提出了“卫星时”概念,实现了“一网管多星”,为发展独具中国特色的航天测控模式作出了重要贡献。

  来源:科技日报文中图片除注明外均由西安卫星测控中心提供

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