一生付风云 筑梦天地间——记卫星总体和控制技术专家、风云系列极轨气象卫星开拓者孟执中院士

文章来源:中国航天报 发布时间:2019-12-20

12月18日下午,上海云天低垂、阴雨绵绵,龙华殡仪馆庄严肃穆、哀乐低回,人们自发前来排起长长的队伍,含泪送别中国航天科技集团有限公司八院首席高级技术顾问、我国优秀的卫星总体和控制技术专家、风云系列极轨气象卫星的开拓者之一、中国工程院院士孟执中同志。

图为孟执中在作报告。资料图片

“一个人活着,总要对国家、社会和人民有所贡献、有所作为,那么到生命终止时,才不会遗憾。”早在青年时代,孟执中就立下志向,要抓紧生命中的美好时光,努力学习、努力工作,为祖国强盛贡献力量。他用一生践诺,将自己最美好的时光、最旺盛的精力投入到风云卫星的研制之中,推动我国气象卫星事业从无到有、从跟跑并跑到领跑,最终迈入气象强国行列。

“能够解决最实际的问题,才是科技之大为”

孟执中毕业于华南工学院,进入苏联科学院进修,回国后便在中国科学院自动化研究所从事设计研究工作。

1958年,毛泽东主席豪迈地提出“我们也要搞人造卫星”。1965年,接受组织安排,孟执中转向我国第一颗人造地球卫星工程设计和研究工作,主要负责东方红一号卫星地面测控中心和台站的计算机研制。

1969年,周恩来总理指示,上海也可以搞运载火箭和人造卫星,由此揭开了上海航天工业新的篇章。根据中央下达的任务,上海开始组织风暴一号两级液体火箭和长空一号技术试验卫星的研制,统称“七〇一”工程。由于上海技术人员不足和缺少经验,经推荐,孟执中和十几位科研人员一起,参与组建上海的卫星研制队伍。

据孟执中回忆,他来到上海的时候没有实验室,也没有一台仪器,造卫星的人只能租农民的房子住。条件可以说是一穷二白,但大家学习的劲头十足。孟执中也是第一次负责卫星总体,他只能边干边学,在学中干,在干中发现问题。长空一号卫星的研制,让孟执中由课题研究转向了工程实践。“能够解决最实际的问题,才是科技之大为。”孟执中曾这样说。

长空一号首次在我国卫星上采用计算机控制技术。当时,国际上卫星计算机控制技术刚起步。孟执中研究了在国内卫星上采用计算机控制的技术,制定了卫星计算机程控方案,组织并参与首台星载计算机的研制,解决了卫星在轨飞行灵活准确设置探测区等关键技术。长空一号技术试验卫星在1975年、1976年先后成功进行了3次飞行试验。

“当时想从塔架上跳下去”

1969年,周恩来总理高瞻远瞩地提出,“要赶快改变落后面貌,搞我们自己的气象卫星”。1970年2月,中共中央、国务院、中央军委下达了研制气象卫星的任务,在国防科委的统筹安排下,由上海市组织有关部门开展太阳同步轨道气象卫星的研制。“搞我们自己的气象卫星”,成为孟执中毕生为之奋斗的梦。

风云一号是我国自行设计研制的第一代在极地轨道上运行的气象卫星,主要任务是获取全球的气象云图和海洋资料,用于天气预报、气象和海洋科学研究,为国民经济和国防建设服务。1988年9月7日,经过近10年的努力,我国第一颗风云气象卫星成功发射,使我国成为世界上第三个拥有极轨气象卫星的国家。

但航天型号的研制从来不会一帆风顺。1988年9月4日,风云一号A星即将发射。指挥员发出命令:“5小时准备!”就在这时,发射控制中心的控制台上一下子失去了卫星所有的遥测信号,发射不得不中止。在场所有人的眼光投向了卫星试验队。

风云一号卫星工程总师任新民下令就地检查,卫星的回转平台被打开,风云一号卫星总设计师孟执中、姿控系统主任设计师徐福祥带着试验队员爬上了几十米高的塔架,给风云一号气象卫星做了一次“手术”。四周无遮无拦,卫星下面是加注完毕、装满推进剂的火箭箭体。在这种环境中,每一个排故动作都要极其小心。直到傍晚才查清故障原因,原来是遥测机的CMOS电路在特定的情况下发生了“栓锁”。试验队组织人员取下遥测机,进行返修,终于在第二天早晨将修复后的遥测机装入卫星,等待发射。

孟执中后来回忆,故障发生在发射前5小时,各个地方的台站都准备好了,各级领导不断询问消息。在早期搞卫星的时候,因为担心安全问题,通信线路从北京到上海再到发射中心,每一段都有军人站岗,等着执行发射任务。发射前出了故障,大家都在询问,到底能不能发射,几时能发射,所有人都在等着,我实在感到羞愧,塔架上排故又特别慢,当时确实有个冲动,跳下这个塔架算了。

就在风云一号A星升空的第39天,意外又发生了。在国家卫星气象中心的云图接收、处理工作室里,人们发现,卫星姿态发生变化,云图慢慢偏斜,最后只留下地球的一条弧线,卫星失控了。一旁的中国气象局局长邹竞蒙急切地问:还有办法吗?孟执中无言以对。由于没有安装备份设备,众目睽睽下,我国第一颗气象卫星慢慢消失在太空。风云一号A星在升空仅仅39天之后,就结束了短暂的“生命”。

“失败的教训比成功的经验更宝贵”

紧随其后的风云一号B星同样留下了遗憾。1990年9月3日,风云一号B星由长征四号甲运载火箭成功发射,及时为第十一届亚运会提供气象预报。但10多天过后,卫星开始出现异常,队员们及时通过地面处理完成了修复,但同时遇到了一个更加棘手的故障——B星在元器件选用和软件设计上留下了未进行抗辐射加固的漏洞,计算机电路芯片在空间高能粒子轰击下容易产生单粒子翻转问题,随时会引发计算机工作失常和姿控系统故障。唯一的补救方法只能加强地面对卫星的监视,及时纠错减少损失。

孟执中和徐福祥带领卫星总体和姿控系统设计人员,分两个工作组,轮流在西安卫星测控中心值班,配合中心人员,抓住卫星每天仅有的6次飞临中国境内的机会,监视卫星在轨工作情况,采取补救措施,全力以赴挽救卫星。

1991年2月14日,正是大年三十。白天的三轨测量都很正常,卫星一点毛病没有,很稳定。到了晚上,突然卫星云图发生扭曲,并不停地滚动,控制系统出了问题!随后75天里,一场世界航天史上罕见的卫星地面营救行动开始了。工作人员轮流值勤,一次次地挽救了卫星,使之恢复了正常工作。即便如此,卫星的寿命却大打了折扣。风云一号B 星断续工作到1992年11月,在轨累计正常运行285天,未能达到一年的设计寿命指标。

孟执中鼓励团队:“失败的教训比成功的经验更宝贵。航天人要不怕失败、勇于创新、坚韧不拔、奋发图强,为航天事业再创新辉煌。”

“把卫星的可靠性和性能放在同等地位”

1994年1月,上级安排孟执中继续主持风云一号02批卫星的研制工作。此时正值卫星研制队伍最不稳定的时期,一方面“造导弹的不如卖茶叶蛋的”,600多人的研究所,每年的研制经费只有200万元,需要兼任509所所长的孟执中四处“化缘”;另一方面,A星、B星的坎坷也使得“造星不如租星”的观点再度兴起。

这一年孟执中已60岁,他表示:“风云一号卫星虽然发射成功了,但运行寿命没有达到预定的要求,目前的结果我自己也不满意,我想在退出历史舞台之前,总要有一个比较圆满的结局,对党、对国家、对人民、对支持我们干这项事业的人们有个圆满的交代。所以不管在什么情况下,也不管外面有多大的吸引力,我一定尽心尽力地与大家在一起,把风云一号卫星研制好。没有一个好的结果,我是不会离开这个岗位的……”

孟执中在风云一号02批C星初样研制动员会上的这一席话,极大地凝聚和鼓舞了卫星研制团队。

风云一号综合测试主任设计师董瑶海等一大批年轻研制人员正是在孟执中老师的教诲之下,坚守在自己清贫的岗位上。

孟执中分析,风云一号A星、B星未完成任务的原因,不在于性能指标没有达到要求,而是由于可靠性不高造成中途夭折。当时还有领导说风云一号是“玩具星”“短命星”,这些都让研制团队下定决心要提高质量、提高可靠性。于是,研制一颗长期可靠稳定运行的业务应用气象卫星成为团队共同的目标。

在树立团队的质量意识的同时,孟执中带着大家一起研究卫星工程研制的标准、规范和质量措施,解决姿控系统长寿命问题、电源可靠性、空间抗辐照等问题,将风云一号卫星研制过程中出现的问题和解决之策汇编成册,成为卫星可靠性设计和排故方案的典型教材。风云一号C星姿控分系统设计之初,孟执中带领大家对自主故障识别和重组系统等方面做了全面修改和完善,软件可靠性水平也有了很大提高。

1999年5月10日,风云一号C星成功发射,在轨稳定运行达7年之久,超期服役5年。该星完成了我国气象卫星研制历史上由屡遭挫折到圆满成功的完美转身,被誉为“太阳同步轨道长寿第一星”,揭开了我国长寿命高可靠性卫星运行历史。作为我国第一颗三轴稳定太阳同步极地轨道业务气象卫星,该星突破了三轴稳定姿态控制技术等多项关键技术,翻开了我国气象卫星事业上新的一页。

风云一号C星的性能一举达到了当时国际同类气象卫星的先进水平。2000年8月世界气象组织将风云一号C星列入世界业务气象卫星序列,为全世界提供气象服务。而C星的成功发射,也被作为我国20世纪最后一年的三件大事之一,镌刻于中华世纪坛。

“把航天事业和航天精神传承下去”

20世纪末,全球气候和生态环境恶化,我国急需发展全球气象和环境监测综合型的对地观测遥感卫星。中国气象局在气象工业发展规划中提出,要抓紧研制发展我国第二代极轨气象卫星风云三号。1999年,国家正式批准风云三号立项研制,任命孟执中兼任风云三号卫星总设计师。

与风云一号相比,风云三号卫星在技术水平上跨出了一大步,风云一号卫星只有一种主要有效载荷——扫描辐射计,能形成气象云图,而风云三号卫星上要搭载11套科学仪器,除了可见光、红外光学遥感系统,还有微波遥感系统,能够获取全天候、全天时的三维气象数据,能获取中长期天气预报所需要的全球气象资料。

孟执中主持设计了装载有可见光、红外及微波共11种遥感仪器,高数传速率和数据存贮容量大的新一代极轨气象卫星方案。他提出了采用计算机多机网络的星务管理设计方案,指导并参与带有单翼太阳电池阵、多挠性体、多转动部件的高精度、高稳定度姿轨控系统研制工作。

控制这样复杂的具有动力学特性的应用卫星,简单沿用风云一号卫星控制方案,难以达到控制精度和稳定度要求。孟执中带着风云三号副总设计师董瑶海、主任设计师程卫强蹲点在控制所,与姿控系统边讨论、边试验、边修改方案。经过一段时间集中办公,他们进行了方案子系统和模块的重新设计,编制了相关软件,彻底解决了姿控系统性能与可靠性这对矛盾。该方案现被多个八院抓总研制的卫星姿轨控系统借鉴。

孟执中注意发挥青年一代设计师的作用,放手让青年骨干去做。他认为,自己将近古稀之年,要主动让贤,在把好关的前提下把事业传承给年轻人。为此,他向领导多次推荐和请求,尽快让年轻的技术骨干担当起风云三号卫星的研制重任。2006年,经上级机关与卫星用户同意和批准,孟执中卸任风云三号卫星总设计师职务,由董瑶海接任。不久,国防科工局任命孟执中为风云三号工程副总设计师,继续关心和支持风云三号卫星的研制进展。

在孟执中的指导下,风云三号产品保证大纲、正样设计评审管理规定、产品交付验收管理办法等一系列型号研制管理要求和规范,下发到各研制单位规范和指导型号研制工作。

孟执中特别关注风云三号卫星上的20台单机35个转动部件,他组织团队研究拟定对转动部件研制过程质量控制与管理、转动部件的试验与检测的要求,以及转动部件产品的可靠性保证与评价要求,梳理形成标准文件《空间转动部件性能测试规范》等,统一了转动部件的研制要求。

2008年5月27日,风云三号卫星精确入轨,掀开了我国气象卫星史上的新篇章。用户在风云三号A星业务应用试运行启动仪式上,对风云三号A星给予高度评价:“风云三号A星投入业务试运行,标志着我国极轨气象卫星成功实现了技术升级换代,实现了新的跨越发展。风云三号卫星的探测水平已接近并部分超过欧美同类在轨卫星的水平,标志着我国气象卫星及遥感仪器探测水平迈上新台阶。”

孟执中在一次与青年职工的座谈中说道:“ 我们作为中国航天的第二代,现在的工作、做出来的成绩、发展的规模,在当年还是个希望,如今已经变为现实了。我们的愿望就是年轻人一定要把这个班接好,把好的东西继承下来,把真正支撑中国航天发展的精神传递下去,这就是我的愿望。”(院轩)