| 孙家栋：奔月工程总设计师 |
| 2007-10-26 作者： |
在“嫦娥一号”探月卫星升空之际，当代中国出版社推出《奔月——中国探月工程总设计师孙家栋》(王建蒙著)。该书生动叙述了我国著名航天技术专家孙家栋的传奇人生。孙家栋是中国“两弹一星”功勋科学家，是中国第一枚导弹总体、第一颗人造卫星、第一颗遥感探测卫星、第一颗返回式卫星的技术负责人，总设计师；是中国探月卫星工程总设计师。阅读孙家栋，就如同阅读新中国航天事业发展的历史。该书首次披露了新中国重要卫星发射的成功与失败的细节，披露了我国目前月球探测工程的最新进展，揭示了我国航天事业取得辉煌成就的秘诀。
挑战月球的“嫦娥一号”工程
自从2005年10月“神舟六号”载人飞船任务获圆满成功后，人们对中国探月工程的关注与日俱增，尤其是公布了我国月球探测三步走、将于2007年实施发射升空的计划后，月球探测工程确实成为中国航天新的热点。
作为月球探测工程本身来讲，属于我国第一次对地球以外的星体进行近距离探测。完成月球探测工程不仅可以填补中国在月球及行星探测方面的空白，而且为中国改变航天领域的落后局面，为与国际先进水平缩短距离提供了良好的机遇。
孙家栋作为探月工程“五大系统”总设计师，在工程方面他考虑最多的问题自然是工程目标的实现、关键技术的解决途径和大系统的配套协调。
“嫦娥一号”卫星由于是中国第一次向深空探测领域的迈进，是第一次对地球以外的星体进行近距离探测，一期工程面临着一系列新的关键技术和难点，须突破系列关键技术，比如轨道设计与飞行程序控制，远距离跟踪测量与地面操作控制的实现等这些以前从来没有遇到过的问题。
按照发射程序，卫星首先由运载火箭送入地球大椭圆轨道，与运载火箭分离后，利用自身推进系统经过三次调相轨道加速，进入地月转移轨道，在此期间卫星需要进行多次轨道调整和姿态机动，以确保能够准确地被月球引力捕获。卫星在地月转移轨道运行4－5天后，进入月球捕获轨道，进行三次制动，分别经过三个不同轨道阶段进入月球的目标轨道，执行预定任务。卫星从发射到进入月球目标轨道共需飞行8－9天。
卫星姿态控制的三矢量控制问题也是难点之一。在环月飞行期间卫星姿态要一直保持对月、地、日三个天体定向，各种探测器要保持对准月面，以完成科学探测任务；卫星发射和接收天线要保持对地定向，以将科学数据传回地球，供地面应用系统研究；卫星的太阳能帆板要保持对日定向，为了使电池阵尽量获得日照，需采用正飞和侧飞两种姿态，以获得正常工作所需的电力，但也增加了姿态控制的附加要求和能量要求。在卫星运行期间，月、地、日三个天体都是相对运动的，姿态控制是三矢量控制过程，需要在卫星整体布局、质量分布、多轴控制跟踪等方面进行很多新的理论研究，也带来许多工程实践上的挑战。
卫星环境适应性设计是一个崭新的课题。卫星运行的复杂空间环境是以前从来没有遇到过的，这将对卫星及星上设备的环境适应性、可靠性提出了更高的要求。
远距离测控与通信问题是以往我国航天活动所没有经过的。月球探测一期工程的最大考验是对卫星进行跟踪的测量控制系统。中国航天50年来，我国卫星到达的最远距离是地球同步轨道，约7万公里，而月球距地球大约38万公里，这将给测控系统的传输能力带来了新的挑战。此外，卫星在飞往月球的漫漫长路中，必须要对卫星实施多次姿态调整，对卫星进行姿态调整，就必须要对卫星准确测量、准确定位，为地面提供精确的数据。由于我国本土从东到西只有5000公里，空中遥远的卫星如果飞出中国国土的观测区便会丢失，我国目前尚未建成深空测控网，仍然在采用航天测控网和天文观测网相结合的办法，虽可基本满足要求，但余量太小，将给测控的连续性提出更高的要求，解决这些难题，将会使我国继实现应用卫星、载人航天飞行之后，填补我国在深空探测方面的测控空白。
绕月探测工程由月球探测卫星、运载火箭、发射场系统、测控系统和地面应用系统五大系统组成，在这五大系统中，将坚持使用中国自己的技术、自己的设备、自己的产品、自己的设计、自己的条件来完成。绕月探测工程五大系统必须有高度统一的协调配合，每个系统都必须在所要求的时间内按照总体计划，保质保量地完成各自的研制任务。
探月工程采用的卫星平台，以中国成熟的“东方红三号”卫星平台为基础进行研制，选用“东方红三号”卫星平台主要是鉴于这种卫星平台的成熟性和高可靠性。“嫦娥一号”的卫星平台充分继承“东方红三号”卫星平台，并在此成熟技术和产品上进行适应性改造。
越是临近发射，孙家栋的大脑就越是紧张。前面的工作范围广、千头万绪，而最后的千钧一发则将问题集中在了一起，此时的问题恰恰都是焦点性的问题。孙家栋提出:“最后的骨头虽然硬，但我们这支队伍练就的本事是专门对付硬骨头的，我们一定能够把最后的硬骨头啃下来！”
作为“嫦娥工程”的总设计师，孙家栋的脑子里经常在反复思考着在地球、月球、卫星三体运动的关系。
孙家栋举了个例子说:“卫星在地球上发射，但在发射那一刻，月球在太空的什么位置？因为地球与月球都在时刻不停地转动，地球在什么季节与月球的距离最近？最有利于发射控制？都是非常严格的，对运载火箭轨道设计的精确度要求则更为严格，对各个系统的要求也非常苛刻。”
孙家栋还讲道:“探月卫星的发射，计算好在某一天、某一时段几点几分发射轻易是不能变的。”说到这里，他竟然很流利地像小学生背数学口诀似的说:“比如计划好要在某年的4月18日发射，发射时间就要定在6时23分，如果推迟一天，就是6时28分，再推迟一天，就成为6时33分。本来发射就是一件很难的事情，卫星又必须确保在这个时间里准确发射升空就更是难上加难。火箭点火是牵动全局的事情，与之有关的火箭、卫星、发射场、测量控制、通信保障等系统，都要保证与这一发射时间绝对同步，绝对是新的尝试，当然也是一场挑战。仅五大系统绝对同步这一要求，就是中国以前所有的航天发射从来没有经历过的。”
孙家栋要求再调5度
1984年4月8日，西昌，第二枚“长征三号”运载火箭载着第二颗试验通信卫星再行组织发射。19时40分，“长征三号”运载火箭第三级准确入轨，成功地将地球静止轨道试验通信卫星送入地球同步转移轨道，发射获得圆满成功。
发射成功的第二天，孙家栋刚刚卸下卫星发射的重任，还没来得及休整好好睡一觉，便乘坐专用飞机马不停蹄地从西昌卫星发射中心紧急赶往西安卫星测控中心。
4月10日8时47分，西安卫星测控中心对卫星发出远地点发动机点火的遥控指令，发动机准时点火，正常工作，在东经142度附近将卫星推入地球准同步轨道。接着，卫星测控中心按照程序对卫星进行了姿态调整，使卫星建立了能够正常工作的自转轴垂直于地球赤道平面姿态，获得了利用红外信息长期跟踪控制的条件。
然而，正当这颗卫星经变轨、远地点发动机点火进入地球准同步轨道，向预定工作位置漂移的时候，西安卫星测控中心通过遥测数据发现，装在卫星上的镉镍电池温度超过设计指标的上限值，并且还有继续上升的趋势，遥测数据显示，卫星的外壳和其他部分仪器的温度也偏高，如果控制不住，温度继续升高，刚刚发射成功的卫星可就要危在旦夕了……
已经疲惫不堪的孙家栋立刻投身到对卫星故障的应急处置中，召集技术人员开会，群策群力，很快建立了一个解决问题的思路。他初步判断认为卫星发热是由于卫星相对太阳姿态角的变化所引起的，果断地提出克服蓄电池热失控的应急方案，作出对卫星进行大角度姿态调整，增大太阳的照射角，降低太阳电池阵与蓄电池之间的电压差，减小充电电流，迫使蓄电池停止升温和降温的应急故障处置的决定。
西安卫星测控中心的指挥人员和操作人员及时在地面对36000公里高空的卫星发出了应急指令:将星上所有功耗仪器设备全部打开，尽可能多地消耗电能，多次调整卫星姿态，改变太阳辐射角，以减少太阳能电池对卫星的供电，最大限度地增加镉镍电池放电量。完成这些技术措施后，卫星的电池温度立即出现了得到控制的趋势。
但此时的卫星还不能正常工作。孙家栋与相关专业人员又经过几个昼夜的模拟试验发现，当太阳照射角为90度时，卫星能源系统将保持平衡可以将温度控制在设计指标范围内。孙家栋果断命令对卫星姿态角再调整5度。1974年11月5日中国返回式卫星发射时，孙家栋曾就在发射指挥室打破正常程序，不顾一切地果断命令“停止发射！”十年后的今天，孙家栋又一次发出了打破常规的指令。按照正常情况，“立即再调5度”的指令需要根据精确的运算数据结果，形成文件按程序审批签字后才能执行。在这种紧急情况下，各种审批手续都已经来不及。操作指挥员感到压力巨大，尽管孙家栋的指令已经在设置的录音设备中录了音，但毕竟没有经过指挥部会商签字，为了慎重起见，几个操作人员临时拿出一张白纸在上面草草写下“孙家栋要求再调5度”的字据要孙家栋签名，孙家栋毅然拿起笔，在字据的下方签下“孙家栋”三个字。
这时，天上的卫星执行了地面发去的指令后停止了温度上升，蓄电池热失控的现象被制服了。西安卫星测控中心对卫星姿态再次调整后，验证了这一措施的正确性，最终正确地选择了长期运行的姿态，卫星终于化险为夷，保证了卫星定点和长期稳定运行。
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