东方红50年 | “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  中国科学院国家空间科学中心退休职工

　　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，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，后来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“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走的“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。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。 

　　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！