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挑战极限 御风凌云——风云四号诞生记
发布时间:2016-12-14    来源:中国航天报

风云四号的诞生历程,写满了一个个“不可能”。

为了达到世界一流水平,风云四号要一步跨越外国数代同类卫星走过的路,在当时的技术条件下很多指标被认为是天方夜谭。“不可能。”设计师说。

当方案落定,研制启动,精密到苛刻程度的工艺要求,远远超出了国内生产单位的能力,有些零部件设计师们找遍全国都一无所获。“不可能。”生产单位说。

12月11日,由中国航天科技集团公司八院研制的风云四号卫星成功发射。如今回过头看,很多指标不仅达到了当初的设计要求,甚至超出了一大截。而卫星研制过程中这些国际性难题的攻克,也带动了国内相关领域工业水平的提升。

敢想敢为,不外如是。

不难,怎能成为国际一流?

我国新一代静止轨道气象卫星的设想实际从上世纪90年代就已提出了。风云四号工程总设计师李卿回忆,当时结合世界气象卫星的发展,经过先后两次方案和应用需求研讨,基本明确了我国新一代静止轨道气象卫星的发展方向。

2000年前后,以多通道扫描成像辐射计、大气垂直探测仪和闪电成像仪为主要载荷,并采取三轴稳定姿态控制的新一代静止轨道气象卫星的构想被正式    提出,同时初步明确了卫星控制系统和有效载荷的性能要求。

接着,一些关键技术的预研就正式开始了。然而到了2007年,风云四号方案又经历了一次重大调整。当时,对标国际气象卫星发展的最新成果,用户提出了全新需求和技术指标。由此,风云四号确定采用大卫星平台,扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪采用离轴三反体制。

等到2010年工程正式立项时,风云四号的预研已经经历了将近10年。很快,一个独具特色的高轨三轴稳定定量遥感卫星方案出炉——新型的六面柱体构型、贮箱平铺,双总线体制,星上实时图像导航配准技术、微振动抑制技术……方案一经提出,立即获得了用户的认可。

理论可行,但距离工程实现尚远。真正动手去做的时候,才知道有些困难是难以逾越的。

例如,美国因为技术和经费的原因,在最新一代静止轨道气象卫星上最终放弃了干涉式大气垂直探测仪;欧洲则采取为两台载荷各研制一颗卫星的方式,绕开了难以解决的技术问题。风云四号一下成了国际上绝无仅有的一颗星同步搭载这两种载荷的卫星。

一方面,要在一颗卫星上解决外国历经至少三代卫星才解决的问题;另一方面,还要将别人知难而退的路走通。中国卫星研制者面临的是一条没有人走过的路。

但不难,又怎能成为国际一流呢?研制团队调研了同类高轨卫星的结构、热控和设计思想,并研究了几乎所有公开资料,确定下了以图像定位与配准、微振动抑制与测量等5个重大关键技术为代表的攻关方向。

这些工作为工程研制带来了曙光。来自八院的风云四号总指挥陈文强说:“从一开始,我们就争取少走弯路。”

“干了很多烧脑的事”

历时十余年,设计师们成功突破了高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制、定量化遥感等20余项关键技术。其中,高精度图像定位与配准是影响风云四号主载荷多通道扫描辐射计高精度成像的关键技术,决定着这颗卫星最重要的功能能否实现。

“图像定位与配准就是卫星通过实时测量计算,消除姿态变化等各种影响成像的因素,使卫星在3.6万公里高轨道上的‘眼睛’永远瞄准我们想让它看的地方,同时在拼接拍摄的图像时做到零误差。”风云四号总设计师董瑶海解释。

这在当时也是一个“不可能”。工程总体前前后后调来了五六个博士开展技术攻关。风云四号副总设计师沈毅力进入研制队伍时,承担的任务就是攻克这个难关。

公开资料少得可怜,国内毫无先例,只能自己撞出一条路来。很多次,他带着五六个人,找一个地方封闭起来,两个星期不回家,没日没夜计算,用A3纸推演公式,一写就是十几页。但往往走出房间时,还是没结果。

经过了这样一个个略带悲壮的时刻,沈毅力开始怀疑系统原方案满足不了要求,于是大胆提出了一个新的方案。“所有人都觉得不行,但董瑶海认为必须这么走。”沿着新路,沈毅力带着团队一竿子扎到底,“很费力,干了很多烧脑的事。”

这个国际性难题最终解决的时候,3年过去了。

“这几乎是在挑战中国的工业基础”

气象卫星是对精确度、敏感度要求极为苛刻的定量遥感卫星,这些指标的真正实现,是建立在整个国家的工业基础之上。

实现精确观测,不仅要有高精尖的观测设备,还需要对这些设备进行精准控制。扫描辐射计的镜头在对地拍照时,转动的角度以角秒计,极尽精微。在其工作时,需要有设备精确地测量出这几角秒。

一开始,研制团队看中了高精度光电码盘。符合工程标准的光电码盘在中国从未见过,于是董瑶海带着团队远渡重洋去德国考察,发现德国人为了保证产品不被外界振动干扰,在地下90米处进行码盘装配,工业水平让人叹为观止。董瑶海试着问了一下能否卖给中国,对方开玩笑地报价5000万欧元一台,意思是:不能卖。

回到国内,研制团队跑遍了国内各大研究厂所和高校寻找合适的设备,但一无所获,不是精度不达标,就是体积不适合。

“这几乎是在挑战中国的工业基础。”董瑶海记忆犹新。

一次偶然的机会,昆明机床厂向研制团队推荐了一位退休了的总工程师。这位老专家退休以后,在常州办了一家企业,接到八院的请求后,他欣然同意试一试。

最终,在这位老专家的帮助下,符合标准的国产感应同步器出炉。整个攻关过程历时整整5年。

“这些难题和壁垒的存在,逼着我们自己把所有技术干出来了,不仅提升了风云卫星的技术水平,对于整个国家的卫星研制能力也是一次推动。”董瑶海说。

每一年、每一天,风云四号研制团队都在挑战这些“不可能”中度过,付出的自然是难以尽言的辛苦。仅举一个例子:从今年大年初四起,直到卫星发射升空,将近一年里团队没有放过一天假,包括周末。

在航天领域,这似乎是一个老生常谈的话题。但在每一位航天人身上,这种辛苦与幸福交织的复杂感情却是无比真切而具体的。(倪伟)

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