“东方红一号”卫星跟踪、定位系统— —地面锁相接收机研制纪实
作者:班守正
单位:中国科学院国家空间科学中心
斗转星移,不经意间人生已至耄耋之年。许多往事日渐模糊起来,但也有些事情— —或许只是些碎片,却历历在目,恍如昨日。
60年代中叶,经“651”会议论证和决定,“东方红一号”测速、定轨任务落实原地球物理所二部六室,周炜任二部六室主任。该任务包括星载信标机(发射机)、地面单频多普勒锁相接收机和多普勒数字化设备三个部分。这个任务正好落实到六室对应的三个大组:上天组(发射机组)、接收机组和脉冲组。
星载信标机由高稳晶振、阶跃恢复二极管高次倍频器、功率放大器和半波振子组成。组长为马芳烈,先后参与研制的人员有:马芳烈、宫维枢、何国杰、高世昌、陈汝煌、赵春廷、周慧娟、郑震藩、刘秀荣、张学云和张积鑫等人。1966年该机定型后,下到原来的中科北京科仪厂定型生产。
“东方红一号”多普勒数字化设备采用同步测频和测周期方案。组长为陈耀行,后由蒋朝仲负责下厂生产。
下面,我侧重介绍本人亲历的“东方红一号”地面多普勒测速仪和随后的双频测速仪的研制过程。
在接到任务后,六室成立了以周炜主任挂帅的包括孙传礼、朱培芳、刘正廷、龙吉田和陈耀行等人组成的总体组,开始对多普勒测速定位原理,锁相技术和单频测速仪总体方案进行研究和设计。
单频多谱勒测速仪,简而言之就是一个外差式锁相接收机。记得,为了简单和提高可靠性,采用的是一次混频和二阶锁相环路,因此本机只能跟踪匀速运动的目标。它由信道(包括低噪声前置放大器、前中、混频器和主中放等单元)、二阶锁相环(包括二阶有源泸波器、压控振荡器和相敏检波器等单元)、倍频链(包括倍频器、分频器和放大器等单元)、电源共四大块组成,整机为立柜式。最初组长为朱培芳,先后参与研制工作的计有:朱培芳、刘正廷、郑曼黎、赵礼丰、童纪文、钱振亚、黄兆麟、徐志衡、徐卢生、班守正、李卿、胡思明、张九成、林宇威、曾吉良、罗范书和杨应生等人。
经过全组人员的日夜奋战,单频测速仪初步定型。1966年春,在周炜和孙传礼的带队下,全组人员进驻原中科上海科仪厂,接受“再教育”和批量生产。前后共生产11台,先后装备了北京、渭南、莱阳、新化、喀什和昆明等地的地面卫星跟踪站。
1970年4月24日,我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功,全国欢腾,举世震惊!每当听到中央电视台的预告和清晰悦耳的“东方红”乐曲,我们的心情都无比激动和自豪,因为它的运行轨道主要是靠我们研制的测速仪测量的。
曾记得,我们全体参研人员获得的第一个奖项是国防科委集体二等功!每人获赠袖珍精装“毛泽东选集”一部,我至今珍藏着。该系统1978年还获得过“全国科学大会奖”,1985年获“国家科技进步特等奖”(覆盖奖)。
说完了单频多普勒测速仪,不得不提一下后续的双频多普勒测速仪,因为它们是一对难以割舍的“姐妹花”。双频测速仪的研制任务于1969年下达,正值文化大革命高潮时期,最早介入的是胡思明和童纪文,后来的实施方案也是他们提出的。双频和单频的最大差异是双频是双通道,这样就可以对电离层效应进行实时修正,提高了测速精度;另一个区别就是每个通道都采用了二次混频,提高了频率选择的灵活性和降低了中频(同时,中频还加了AGC)。从任务角度最大不同是双频还承担了154遥控雷达的引导和实时遥测(仅低频通道)的传送任务。
双频测速仪的研制主要在上海科仪厂进行,由胡思明和朱楚明先后任组长,因文革期间“政审”原因,参与的人员大为缩水,计有:
郑曼黎、赵礼丰、童纪文、班守正、李卿、胡思明、张九成、林宇威和朱楚明,连搞数字化的蒋朝仲算上只有10名。
双频测速仪为台式,先后生产了7台,供各地面跟踪站更新,后又生产了3台车载设备和2台专属检测设备,共计12台。双频测速仪主要用于“尖兵”系列 、“长空一号”和“实践二号”等卫星测速定轨。在我国卫星发展史上的作用同样不可小觑,同样功不可没。直到七十年代末期,这两套系统才被两弹一星元勋陈芳允先生提出的“统一S波段”系统所替代,逐渐退出历史舞台。
无论单频、双频,参与研制的协作单位还有504所(原中科西南电子所),他们负责天线和伺服系统及谱分析的研制,同样功不可没。
记得当年和我们同时下厂的还有8120部队和各地面跟踪站的官兵兄弟们,他们负责掌控进度、协调和设备的操作。特别是各地面站的技师和操作手,他们和我们朝夕相处,参与研制,参与调试。他们既要熟悉部件,也要懂得系统。他们的质朴、刻苦、认真和乐于助人,给我们留下了深刻的印象。这里,特别要提一下当时已调至总参的两弹一星元勋陈芳允先生。陈先生早年留学英国,他在发展我国卫星测控技术、组网和后来的自主卫星导航系统方面做出过突出和重大的贡献。我们下厂后,他经常来给予指导和关怀。他平易近人,不事张扬,他给我们的印象至今难忘。
下面我想抛开正题,谈点研制过程中的“花絮”。
首先,说说我们这个研制团队,或许有人会说:你们都是“专家”或是“青年才俊”吧?其实,我们这个集体大部分都是新中国培养的六十年代大学生和中专生,其中还有不少专业不对口的和复退军人,平均年龄20岁左右。当时大家的理论水平和经验相差不多,但就是这么一个周炜自嘲为“焊锡壶”的草台班子;就是那么一些年轻人却走上了历史的舞台。他们什么也没有,但人人都有着强烈的使命感,责任心;他们什么也不是,但个个都是爱党、爱国的热血儿女。大家本着从干中学、边干边学的精神,夜以继日,白天做实验,晚上读书查资料。随着时间的推移,无论是高频中的问题(低噪声、自激),环路中的问题(零漂,VCO线性度),倍频链中的问题(谐坡、杂坡抑制),还是捕获中的问题(如短弧段快捕和失锁重捕),都一一攻克。
下面就我的切身体验,列举几个具体事例。
当时我室已经引进了国内领先的18G标量网络分析仪,噪声系数测试仪和配套的绘图仪,但是还没有美国对我们禁运的矢量网络分析仪,那么就无法获取器件的S参数,也无法利用阻抗园图和微波CAD进行高频低噪声电路的设计,这是一个很致命的问题。最后我们只能采用最简单的电路,借助已有的标网和噪声系数测试仪,通过控制发射极电流和输入匹配电路,边测试边调整,同样圆满地完成了任务。当年,甚至连最基本的腕带一类的防静电措施都没有,因此高频管的损坏率较高。
当年搞高频和中频的另一个拦路虎,便是“寄生振荡”和本频率振荡。一旦振起来,可谓神出鬼没,昏天黑地,以至束手无策,不知所措,不知大家是否有过这种无奈、无助和彷徨的感受。曾记得朱培芳先生为攻克这一难关,泡图书馆,查国外资料,以至到了夜以继日,食不甘味的程度。他经常整月不回家,困了就在大实验桌上眯一会儿。最终,我们还是模索和总结出了一套应对“寄生振荡”的“雕虫小技”,从此这个“恶魔”逐渐遁形。
搞高频的人都知道,做实验要有外壳。实验用的外壳都是自己做,否则不符合需求和跟不上进度。因此搞高频的人都得学会敲外壳、窝边、打眼和焊隔板……可谓集车、钳、刨和钣金于一身,人人都是“多面手”,于今恐难以相像。当年工程研究室都有“金工间”,一般活都可以自己干。
说到那时的生活条件,恐怕无需我赘言。来所较早的同志恐怕都住过不知是前清蒙满八旗还是“绿营”留下的兵营。晚上去如厕,上下楼梯,破碎的楼板吱吱作响,不知打碎过多少人的美梦;二部食堂说穿了就是一个可遮雨的大棚,吃饭只有副研以上的人有座位,其它人一律站着。我们下厂住过阴冷潮湿的“农舍”,也住过8人间的集体宿舍。半夜披星戴月回到宿舍,要蹑手蹑脚摸黑找到自己的铺位,上床倒头便睡,睡上三五个小时,早上还要早起赶去上班,这就是我们当年的生活条件,但我从来没有听谁说过一句怨言。
下厂期间,我们基本不参加运动,但全厂大会、上街游行、拉练、烧砖出窑,挖泳池以至“献血”还是要参加的。厂革委会对我们这些“臭老九”还是很“关照”的:如在极为烘热的窑里,汗流浃背地出砖和打着赤脚在刺骨的冰水里挖土……我记得干这些活时旁边总会围上一圈工人师傅,一脸的不屑和疑惑,好像我们是一群怪物— —天外来客?
总之,一切都已烟消云散。想当年,我们有过苦涩也有过甘甜。遐想、怀旧总会不期而至,毕竟我们付出过宝贵的青春年华。但是,我们不后悔,更不会伤感,我们问心向苍天,我们已尽力了!
仅以此文敬献我昔日的同事和至爱亲朋,如有不当和疏漏,请于补充和指正。最后让我们共同祝愿“中国梦”早日实现,中华民族永远腾飞!
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