长空圆梦——来自“风云二号”在轨测试的报告
来源:中国气象报社   发布时间:1997-12-04
分享到:0

  6月10日,随着“风云二号”气象卫星成功地发射升空,另一个实质性的问题——卫星能否顺利投入使用,摆到了面前。6月17日,由中国气象局负责,航天工业总公司,八院,五院,中科院上海技术物理研究所、电子工业部39所联合参与的在轨测试开始进行。从这一刻起,一百多个日日夜夜,多少颗心随着测试起起落落,多少双眼睛夜不成眠。在众人期待的目光中,在轨测试已获圆满成功。实现了图像获取、云图广播、数据收集、空间环境监测全部业务功能。星地匹配良好,数据传输质量优良。业务测控功能全部正常。获取的图像清晰、层次丰富,红外云图与水汽图相当于日本GMS卫星。

  十年艰辛,一朝梦圆。

  一

  1986年3月,国务院正式批准研制风云二号地球静止气象卫星计划,承制单位——航天部五院,从1986年随即进行了卫星的方案论证和样星研制工作,负责卫星的研制工作,同时承担了地面应用系统中的指令与数据获取站重要设备的研制任务。

  在风云二号系统建设过程中,中国气象局承担了地面应用系统的建设工作,提出对卫星的使用要求和有效载荷的技术指标,并实际承担了星地无线系统的大总体工作等。在制定卫星使用要求和技术指标过程中,经与研制单位协商,以较高的起点,使风云二号的研制一步跨越了GMS第三颗星才播发展宽数字云图,第五颗星才获取水汽图的发展历程,实现了实时(仅延迟1.5秒)转发展宽图像及相应的预处理软件开发工作。

  卫星制作的好坏与否,很大程度上取决于指标的提出。而指标的提出,则是卫星的“用户”——气象部门。气象科研人员的工作在这里介入了每一个技术性细节。例如卫星水汽、红外图像效果是与气象科研人员制定的通道选择分不开的。1991年到1994年期间,国家卫星气象中心大气辐射室的金燕、黄意玢曾对中、低、高纬模拟卫星在特定通道下感应的能量作了大量精细的工作,在充分论证的基础上,将可见光波长定为0.55~0.75微米、6.2~7.6微米、10.5~12.5微米之间,在这里起到了决定性作用。

  在轨测试表明,星地信道指标相当或优于日本GMS系统,原始信息误码率低,图像配准精度良好。地面应用系统各分系统之间匹配良好,运行协调正常。卫星图像总体上与日本GMS—5水平相当,水汽、红外动态范围尚优于它。

  地面应用系统是国家计委大中型项目之一,由中国气象局负责研制,总经费1.2亿元。主要由指令与数据获取站、数据处理中心、卫星运控中心、大量利用站和数据平台组成,是目前国内规模和技术难度最大的卫星地面应用系统,含20米天线、54个大型机柜和大、中、小型计算机、光缆通信的全自动运行的大型电子系统。

  整个指令与数据获取站,除了发射机和接收机的低噪声放大器是从国外买的以外,全系统是航天部五院负责制作的,这非常不容易。

  气象科技工作者在承担应用系统建设任务的同时,还承担了星地大总体工作。除对卫星提出使用要求、技术指标,还制定了指令与数据接收站《研制任务书》和星地接口指标,解决了S/DB的原理和方法、三点测距方案和站址选定、频率配置等关键技术细节。大总体工作的成功,使卫星与数据接收站在不同单位独自完成后,一次对接成功。

  “风云二号”由国家卫星气象中心运控中心对卫星实行业务运行控制。在国内,这也是第一次由用户自己对卫星进行运行控制与管理。

  运控中心成立于1988年,程序设计制作始于1993年,主要系统结构设计在西安卫星测控中心的帮助下,从零起步,独立完成了所有的软件、硬件工作。软件采用当前世界上最流行的软件工程化设计方式,设计文档全,并可对卫星实行实时控制和流水作业。整个测控流程思路严谨,在几个月的测试考验期间,没有发现设计上的缺陷。

  卫星在获取很好的图像以后,如果不能精确地进行图像定位,云图将无法使用;另外定轨的精度也直接影响到日后生成的展宽云图质量。国家卫星气象中心研究所的同志承担图像的定位、定轨任务。最初的方案由紫金山天文台提供,研究所同志参加编程,随后由研究所独立制作。由于是第一次参加这项工作,没有数据模拟,轨道误差分析工作有很大难度,加上人手紧,负责这项工作的两名同志从4月份开始就没有过休息日。

  “风云二号”气象卫星上的同步数据缓冲装置,当前只有美国、日本、欧洲少数几个国家和地区能够做出,他们的原理是严格保密的。早在80年代初期,气象科研人员即开始了这方面的探索。逐步搞清了图像精确配准的原理和方法。1984年国外专家来华讲学,涉及内容比较具体,从而证实了科研人员最初的思路是对头的,同时也丰富了他们的思维。在随后数年的补充完善后,1988年签订合同,由气象部门提供原理和方法,地面系统开始研制这一系统。1991年~1992年星地对接,一次成功,从而解决了星地之间最根本的难点和问题。

  二

  “风云二号”气象卫星通过卫星和地面系统协同获取云图。卫星的成功实质上是星地大系统的成功,总体工作在技术责任和贡献中占有很大的份额。因而,我们不能不提到一些气象工作者。尽管在采访过程中,他们再三地要求“避免提到个人”,然而有一些人的名字是与“风云二号”地面应用系统紧密相连、休戚相关的。因为,他们在整个试运行当中,投入了自己全部的精力,毫不夸张地说,离开他们,“风云二号”就会顿失许多光彩。

  在系统研制过程中,副总师李希哲负责地面应用系统的研制和建设工作,他在总体工作上作出很大贡献。主任设计师张清山配合李希哲,在卫星数据与指令接收站技术指标的提出和星地匹配关系上,做了很多地面应用系统技术工作。“李是做学问的人,而张,擅长组织工作,每一件事他都会安排得井井有条;每次写出汇报文件来迅速之至。”总指挥许健民这样评价他俩。

  另一位地面应用系统副总师邱康睦,在资料处理方面作了大量的工作。

  国家卫星气象中心原副主任郭关生担任地面应用系统的总设计师,65岁的他事必躬亲,为了对薄弱环节加强管理,经常晚上到办公室来加班。

  我们同样不能忘记的是,一群普普通通的航天儿女用自己的心血和智慧,用一腔赤子之情和辛勤的付出为卫星的升空和交接任务顺利完成,尽着自己最大的努力。

  航天部五院的童铠任指令与数据获取站工程总设计师,他创造性的方案构思,在制定技术途径和解决系统和分机具体技术问题上,都做出了重要贡献,如解决图像同步配准关键技术,首创先存储后软件重采样方案;童铠深入解决每一项关键技术问题,使指令与数据接收站的性能指标达到了十分完善的地步。测控系统的副主任设计师李秉尚,为了设计出一种既经济又能满足要求的设计方案,天天泡在办公室,顾不上关心面临中考的孩子。作为辛勤付出的回报,一种设计合理、质量可靠的应答机在较短时期装上了卫星;还有黎孝纯研究员、张思益、宋延秀……

  年轻人的热情和干劲,则成为测试过程中另一道亮丽的风景,格外引人注目。

  卫星气象中心做程序设计的10名工作人员,在轨测试期间特别繁忙。由于测试阶段卫星的自动作业流程尚未实行,操作人员没有上岗,24小时值班全由技术人员顶岗。除了白天的在轨测试,同时实行24小时监控,非常辛苦。卫星每次发令的时候,只在屏幕上作数秒停留,而返回码,只有半秒钟。这瞬间的信号全靠他们用眼睛捕捉。几个月以来,他们经常是头天值完夜班,第二天晌午睡上几个小时,就又接着上岗。最紧张的时候一天只能休息两三个小时。没有人因睡眠不足而抱怨,在这样的时刻,他们说“躺在床上时间长了心里会不踏实”。

  指令与数据接收站的静止卫星运行科,也是一支非常年轻的队伍。

  在对整个“风云二号”地面系统的采访过程中,我们感受最深的两点,一是紧张、忙碌的气氛,二就是他们的谦逊。

  地面系统总指挥许健民说:“工作是大家做的,我只是把我管理的工作分给一些人,大家各司其职。”

  李希哲说:“卫星从研制、发射到测控,投入了成千上万人的劳动。只不过有人承担责任要大一点、工作量或是技术难度大一点。个人所做的只是微不足道的一部分。”

  运控系统的主任设计师钱云说:“这么多年的努力没有白费,辛苦一点也高兴。”

  10月25日,在轨测试正式结束并通过了专家评审。除了扫描辐射计步进时对卫星转速影响较大,需要找出一个跟踪速度快、误差小的工作方式,来适应卫星和星蚀期间太阳对图像干扰以外,整个系统完全达到了预定目标。

  对气象科研人员来说,在轨测试只是对星地之间的指标是否调配的检验,在卫星状态已经稳定的情况下,通过调整地面设备使星地之间处于最佳状态,他们又要投入到紧张的业务试运行中去。在轨测试的结束,即是“风云二号”气象卫星业务运行的开始。“风云二号”气象卫星的关键是业务运行当中效益的发挥,摆在气象科研人员面前的路还很遥远。

  卫星在太空遨游,地面工作却是绝对脚踏实地的。

  正像他们所说的,“风云二号”业务系统工程凝聚了气象局、航天部、科学院等广大科技人员的心血和智慧。

  这个系统太复杂太庞大了。九千九百九十九个成功加一个失败,就可能意味着失败。而他们,取得的是较为满意的成功。

  天上的卫星要可靠地运行下去,后续的卫星要不间断地送上去。国内、国际有无数双眼睛望着他们。瞻望未来,任重而又道远,还不到划句号的时候。 (来源于1997年12月4日《中国气象报》作者:丁继武)