第12版(教科文专页)
专栏：
飞船上天 为什么要进行海上测控
——访中国卫星海上测控部总工程师张忠华
本报记者 赵亚辉
对于上天的飞船来说，浩瀚的大海和它有什么联系？为什么要不远万里、耗费巨资同时前往三大洋进行海上测控？为此，记者在跟随“远望三号”航天测量船前往大西洋海域执行任务的途中，采访了中国卫星海上测控部总工程师张忠华。
为何在三大洋上同时测控
记者：在这次“神舟”五号载人飞船发射、运行和返回过程中，陆地和海上共有多少个测控点？分布在什么地方？
张忠华：在整个飞行试验过程中，共有近20个测控点。其中，4艘“远望号”航天测量船分别位于三大洋上，“远望一号”在日本海，“远望二号”在南太平洋上，“远望三号”在南大西洋上，“远望四号”在印度洋上。国内则有10余个各种测控站，分布在新疆、甘肃、内蒙古、陕西、山东、福建等地。
记者：中国的4艘“远望号”航天测量船为何要在三大洋同时进行海上测控？
张忠华：世界上第一枚近程运载火箭发射时，其射程仅为几百公里，一部雷达就可完成对它的全程跟踪测量。随着航天技术的发展，远程运载火箭及卫星相继问世，它们飞行时间长、航程远。我们知道，地球是一个赤道半径约为6378公里的椭球体，一个离地球300公里的航天器，绕地球飞行一圈的航程为4万多公里，而由于受到地球曲率的影响，地面上一个测控站一次仅能跟踪4000多公里的航程。我国国土面积有限，本土测控站已经不能满足对这些航天器跟踪测量的需要，尤其是在远地点对航天器进行控制时，航天器往往处在地球的另一面，这就需要建立国土以外的测控站。地球表面约70％的面积为海洋，在陆地建站，除同步定点卫星以外只能跟踪航天器航程的一小部分。为满足对航天器跟踪、测控的需要，综合考虑上述因素和政治因素，人们自然想到了在海洋上对航天器进行跟踪测量，航天测量船就应运而生。
你这里所说的测控是航天器测量、控制与通信的简称，有时也简称为测控通信。测量包括外测和遥测，我们通过外测来确定航天器的空间位置，通过遥测来了解航天器的内部工作状态；遥控是指航天测量船或地面测控站对航天器的控制，通过向航天器发送各种遥控指令和注入数据来控制航天器的飞行和返回；通信是特指地面与航天员的双向话音通信和飞船电视图像的接收。
“远望号”航天测量船作为我国的海上活动测控站，它具有综合测控能力强、机动性高、自主性好、使用灵活的特点。我们根据“神舟”五号飞船关键弧段的测控要求和测控通信覆盖的要求，机动地在三大洋布阵，能够发挥其最大的使用效益。
远洋测量船的使命
记者：在“神舟”五号飞行任务中测量船承担的任务有哪些？
张忠华：在“神舟”五号飞行过程中，4艘远洋测量船均对飞船进行跟踪测轨、遥测、遥控、天地话音通信、接收飞船电视图像等任务，其测控通信时间占整个运行段的50％以上。
“远望一号”船承担了飞船入轨后轨道测量、遥测监视飞船状态、太阳能帆板展开控制等重要任务；“远望二号”船承担飞船入轨后数据注入和变轨控制等重要任务；“远望三号”船承担了飞船返回调姿与制动控制等关键控制任务；“远望四号”船用于弥补测控盲圈。
记者：为什么除了“远望一号”布在北半球外，其他3艘测量船都布在南半球？
张忠华：测量船的位置是由其承担的任务决定的。
“神舟”五号飞船在太空运行的轨道并不像同步地球卫星那样是在赤道上空，它的轨道面和地球的赤道面之间有一个夹角，这个夹角叫作轨道倾角。“神舟”五号飞船的轨道倾角为43度左右，这就是说，飞船在环绕地球飞行时，是在南北纬40多度之间的上空运行。要对飞船进行测控，就必须能够观测到飞船，如果测控站点全部在北半球，南半球就成为盲区。
我国的陆上测控站全部分布在北半球，要完成飞船在南半球的跟踪测控任务，除了在南半球建立陆上测控站，剩下来的唯一选择就是让“远望号”航天测量船在南半球的指定海域执行飞船的测控任务。
更重要的是，“神舟”五号飞船飞行轨道的一些需要地面监视和控制的特征点，如变轨点和返回制动点都在南半球，所以有3艘测量船分布在南半球。
海上测控能否实现每圈测控
记者：据您的介绍，海上测控和陆上测控的有机结合，构成了一个无形的网，控制着飞船的飞行。那么，我国的4艘航天测量船是否能够实现在飞船运行过程中每圈都有跟踪测控？
张忠华：基本上能够实现每圈都有跟踪测控。“神舟”五号载人飞船一天绕地球飞行约14圈，除有一圈外其余每圈都有一至两艘船对其进行跟踪、测控和通信：“远望一号”船是3圈，“远望二号”船是6圈，“远望四号”船也是6圈，我们所在的“远望三号”船是3圈。它们和陆上测控站一起，实现了对“神舟”五号飞船每圈有1到5个测控通信弧段、关键弧段连续测控的需求，使“神舟”五号飞船按预定的计划顺利地完成飞行任务。
记者：海上测控和陆上测控相比有哪些主要区别？
张忠华：与陆上测控站相比，航天测量船突出的特点有三：
一是可以在动态条件下对飞船进行测控和通信，航天测量船增加了船位、船摇和船体变形精确测量设备；船载设备在捕获、跟踪目标时要克服船摇的影响；在数据处理中，也附加了大量的船摇与船体变形数据的滤波、预报及其修正。
二是航天测量船的许多大型测控通信天线密集在上甲板上，电磁环境的复杂性要求在航天测量船的船舶设计与建造、测控通信设备的总体设计与研制中，要很好地处理好电磁兼容问题。
三是测量船长时间远航到三大洋预定海域执行任务，天气海况复杂，测控通信设备的工作环境恶劣，完成任务的安全性和设备可靠性要求高，工程技术人员的业务技术要过硬。
第12版(教科文专页)
专栏：
“神舟”虎将
崔伟光 沙志亮 蒋建科
在“神舟”飞船系统，有这样几位年轻人，他们被同伴们亲昵地称为“神舟”虎将，他们是：副总指挥尚志、副总设计师张柏南、杨宏、潘腾。
尚志：霹雳手段抓管理
在“神舟”飞船研制试验阶段，尚志被调到指挥调度部门，面对众多的协作单位和层出不穷的问题，他常常自问，我干什么，我需要干什么？他觉得首先不能乱，必须快刀斩乱麻，明确调度的工作范围和职责。很快，一份《型号调度职责》在他手中出台了。
他和其他同志又根据专业特点将飞船的研制管理梳理出几条线，明确职责，各把一个关口，蹲在研制一线解决问题。结构生产图纸有问题，他及时请来设计者修订；总装设备装配不协调，他请来主管设计师；试验时出现问题，他就现场组织召开调度会……
“神舟”一号发射时，尚志作为总调度随飞船进入发射场。随着发射日期一天天临近，一些参加过卫星发射的老同志提醒他，该贴“大字报”了，把发射前一天的工作安排张贴出来。尚志觉得这样安排工作太粗，容易漏人、漏项，也不能反映人员、车辆在某个时间段的变化，必须有一份规范性的文件。他立即带领调度组连夜编制发射工作程序、安排发射前的每项工作，使各级领导及工作人员对飞船试验队每个人、每辆车、每项工作内容及保障条件，在每个时间剖面里的位置、要求都一目了然。这份工作流程也成为日后卫星、飞船发射现场组织的基础和范本。
实践使他体会到，干工作没有标准不行，对项目没有管理计划不行，对产品没有质量要求不行。10余年来，他在院领导和总指挥的部署下，主持和参与编定了《发射场管理要求》、《发射场放行准则》、《某型号质量管理要求》等一大批系统管理文件，形成了“神舟”飞船特有的工作方式和管理模式。
杨宏：编织飞船“神经网”
“神舟”载人飞船是一个高智能化、庞大而又复杂的系统。担纲设计“神舟”飞船智能设备信息系统的，是年轻的飞船副总设计师杨宏。
研制飞船，最难的地方就是方案设计。从1993年到1995年，作为飞船电总体设计人员的杨宏，其重要使命是：在没有国外相关资料和现成飞船研制经验可资借鉴的情况下，拿出一个既具有国际先进水平又符合国情的船载计算机系统的方案设计。为了确保设计出的方案可行，他对国内星载计算机的生产能力进行了广泛调研。为了清楚地掌握飞船13个分系统的工作原理、工作模式、计算机需求，他肩跨一个小背包，跑遍了所有分系统承制单位。为了获悉与飞船有接口关系的运载火箭系统和发射场系统对飞船的有关需求指标，他不辞辛苦地一趟又一趟地去这两个大系统进行技术咨询。
1996年，飞船进入初样研制阶段。作为总体技术负责人之一的杨宏，在此阶段接受的第一项重大任务就是组织全船电子设备的第一次联调———桌面联试。这是飞船电子设备首次连接成系统，面对13个分系统、600余台电子设备、300余条电缆、8万余电连接接点组成的复杂系统，杨宏不畏艰难，精心组织，合理策划，带领有关同志主持编写了飞船系统第一份技术流程———《桌面联试技术流程》，从而确保了联试工作的有序进行。由于这是飞船13个分系统电子设备的第一次连接，其间需要现场协调解决的问题不计其数。为使各分系统组成完整系统并能够协调运行，从1996年8月到1997年5月，在桌面联试期间，他主持解决了大量的接口匹配问题。在全体参试人员的共同努力下，最终飞船实现了全系统联通，通过了模飞测试。
张柏南：描绘“神舟”总蓝图
载人飞船立项初期，张柏南就被调到载人飞船方案可行性联合论证组，负责飞船结构与机构的论证工作，后又被调入载人飞船总体室。
飞船总体室的任务就是规划飞船设计的总蓝图，为各个分系统提方案、提要求。当时总体部大多是刚分来的大学生，谁也不懂。不懂就学、就钻。张柏南带领这班年轻人到卫星系统拜师、请教，对国外飞船资料进行研究、钻研，在总设计师的指导下，终于摸索出了一条适合中国国情的飞船方案。
每到关键时刻，“两总”系统的老总都把张柏南派到最前面当突击手。
在“神舟”五号之前的几艘飞船上，航天员坐的座椅上用的是某型缓冲器，“神舟”五号出厂前，通过综合试验，发现这种缓冲器对航天员从头部沿脊椎到骨盆有一定的冲击力。如果改用另一种新型缓冲器可解决这一问题。
为确保航天员的安全，“神舟”五号飞船“两总”系统毅然作出决定：用新型缓冲器替代原来的型号。这是一个把保险送给航天员，把风险留给自己的重大决定。谁能担此重任？还是张柏南。
张柏南带领科研人员义无反顾地走上试验场，他们将研制流程由1年压缩到半年，不行，再压缩到两个月，不知用了多少个不眠之夜，也不知经过多少次的试验验证，一个具有世界先进水平的缓冲器在他们手中诞生了。
潘腾：打造“神舟”保险锁
载人航天工程启动时，正在中国运载火箭技术研究院飞行器总体设计专业攻读博士学位的潘腾并不太清楚载人航天工程是怎样一回事。幸运的是，他的导师就是载人航天工程的总设计师王永志，这让他有更多更好的机会了解载人航天工程，也让他在课题研究中有更新的理念和设计思想。
当他研究的“先进的天地往返运输器”的课题渐入佳境时，他才算真正入了道。1995年8月，潘腾顺利通过了博士答辩。1996年初，潘腾踏进了中国空间技术研究院的大门，从事起飞船总体设计工作。仅仅7年时间，潘腾便很好地完成了从学校到型号工程的转型，从一名意气风发的学子成长为一名年轻的飞船副总设计师。
潘腾感受最深的还是刚担任参数总体组副组长期间，他们进行应急救生弹道的设计工作。
这项工作难度大，工作量大，又缺经验少资料，并且考虑的状态多，许多实验也很难做。尽管有初生牛犊不畏虎一说，但面对这么多难题，潘腾还真有一种老虎吃天无从下口的感觉。他虚心地向老同志学，跟着老同志干，试着寻找彼此间的共同语言。
经过两年多的时间，他们终于完成了应急救生弹道和飞行程序的设计任务。在这此攻坚中，潘腾做了大量具体工作，但他感到收获最多的还是同事们彼此间的合作，一种“森林效应”。
2003年的金秋十月，潘腾静静地等来了载人飞船返回舱落区的理论落点。虽然他设计的应急救生弹道百分之百地没有派上用场，但他为此感到十分高兴。
第12版(教科文专页)
专栏：
空间科学 无限空间
本报记者 孙秀艳
我国第一颗地球人造卫星的发射可以说是研究空间科学的一个里程碑，也可以把它看成是一个真正的起步。中科院空间科学与应用研究中心主任助理王赤研究员说。
时至今日，我国的空间科学研究工作正逐步迈入正轨。“实践”系列科学实验卫星从1971年发射“实践”一号起，到1999年“实践”五号的发射，进行了大规模的空间环境的实验。“我们所使用的科学仪器在太空环境下的寿命如何，在经受太空高能射线辐射后的破坏有多严重，等等这些，都为之后应用卫星的发射、使用提供了环境背景，而且对于之后的载人飞行也提供了有力的参考。”中国科学院空间科学与应用研究中心常务副主任吴季认为，在举世瞩目的“双星计划”之前，我国利用卫星进行的研究虽然带有实验性质，但是也为空间科学研究的发展提出了必要的基础。
应该说，“神舟”系列飞船的发射，为我国空间科学研究开启了另外一扇大门。在“神舟”飞船发射之前，我国科学家也曾经把实验项目搭载美、俄的航天飞机，进行过流体、材料以及生命科学的一些实验，但是“神舟”让科学家们有了自己的实验空间。
空间科学正走进我们的生活。每天气象部门的专家根据气象应用卫星传来的遥感云图，分析得出气象预报指导人们的工作和生活；大型赛事转播，让我们在万里之外能够看到现场的情景，家里的电视机可以接收到几十套各地的电视节目，这些都离不开通讯卫星。
1987年以来，我国利用返回式卫星和高空气球，先后搭载65种农作物的种子，已经选育出了一批具有优良农艺性状的新品系和新品种。从空间搭载的甜椒种子中，黑龙江农科院园艺所选育出一只重达175公斤的甜椒；而搭载卫星后的金针菇菌丝生长加快，产量也提高了16.2％—23.8％。也许，哪一天我们的餐桌上已经有了太空食品，我们有滋有味地品尝着这些食品的时候，可能还不知道自己在享受着太空科学的成果呢。由于航天器处于微重力、超洁净、高真空的条件之下，这样的环境成为工业材料和药品加工的理想之地，某些药物的月产量相当于地球20年的产量。
王赤是空间天气学重点实验室的主任，他的研究项目说得通俗一点就是研究太阳活动如何对地球产生影响。“随着发射卫星的增多，我们对太空环境的依赖程度也在增加。所以关心空间天气已经显得非常重要。比如1989年，在加拿大的魁北克，由于日冕爆发，其切割地球磁力线产生的巨大电流击穿了魁北克电网，造成了加拿大大范围的停电事故。其实这些可以通过空间天气预报，做好准备工作，尽量减少损失。”
吴季研究员是遥感方面的专家，他告诉记者，以前科学家对科研成果转化与应用的观念不强，而今，中心已经有了专门负责成果转化应用的部门，随着科学研究的深入，百姓将从空间科学中受益更多。
由于国产空间仪器的精度与国外有很大差距，装载这样仪器的卫星观测、探测得出的数据，国际上是不能承认的。所以从这一点来说，我们的空间科学研究已经落后许多。虽然国际上的数据完全免费开放，可以用于科研，但是从某种角度说，这一直是中国空间科学研究的缺憾，而且可以说与我们航天大国的地位根本不相符合。王赤这样告诉记者———看得出，这已经成了中国空间科学家的一个心结。
所幸的是，国家已经重视到空间科学研究工作面临的问题，并着手加以解决。2000年11月，国务院新闻办公室首次向国内外发布了《中国航天白皮书》，明确指出，中国航天业的三大主要任务是：空间技术、空间利用和空间科学。这是我国首次在国家文件中将空间科学正式列入国家航天的主要任务之一。
在国家的重视之下，一批重量级的空间探测计划为我国空间科学的发展提供了难得的机遇。举世闻名的“双星计划”正在有条不紊地推进，今年底与欧洲空间局合作的第一颗卫星将发射升空。作为我国第一颗用于空间科学研究的卫星，它的意义不言而喻。在“双星计划”之外，“亚太合作小卫星探测计划”、太空太阳望远镜的设计研制项目都在紧锣密鼓地实施。而在这些探测计划实施的基础之上，2015年，日地空间探测计划将会提上日程。
目前，我国对于月球探测的工作已经开始准备，并且已经把深空探测的重点放在月球和火星。与此同时，在发展载人航天的基础之上，空间站的建设将不是梦想。如果有了这样的研究条件，我国空间科学的发展将空间无限。
第12版(教科文专页)
专栏：
首任总设计师张泽明全面解析
发射场通向空间站
江福梅
中国首次载人航天飞行成功之后，发射空间试验室，建造空间站的计划逐步进入公众视野。酒泉卫星发射中心能不能满足未来载人航天发射的需要？笔者就有关问题采访了中国载人航天工程发射场系统首任总设计师、总装备部工程设计研究总院原院长、研究员张泽明。
选择酒泉的六个理由
问：世界上几个大的航天中心，基本上都在滨海地区。我国为什么偏偏选择了远在内陆的酒泉建设载人航天发射场？
答：美国的肯尼迪航天中心、法国的库鲁航天中心、日本的种子岛航天发射场，都在滨海地区。第一个把人类送上太空的原苏联的拜科努尔发射场，是在中亚内陆。我们在研究中，考虑过两套方案，一套是在滨海地区新建发射场，另一套是对原有的发射中心进行改扩建。我们曾对广东阳江、海南的文昌、三亚一些地方以及现有的三个发射中心都进行过论证勘选。
问：新建发射场起点不是更高吗？
答：在滨海地区新建发射场，从技术上说是可行的，可是投入非常大，超出了当时国家的经济实力。发射场的建设不是选一个点，立上个塔架就行了。它是围绕着发射点的一个庞大的综合性系统，除测试发射系统外，还包括测控、通信、交通运输及技术、生活保障等设施。那就需要一个很大的场地来容纳各种各样的配套设施。别的先不说，单是征地、移民搬迁就是一个庞大的工程。
问：这么说，选择酒泉是没有办法的办法？
答：不能这样说！酒泉卫星发射中心不仅满足载人航天发射场的建设需要，而且有它得天独厚的条件。选择它的第一个原因就是：酒泉卫星发射中心建场30余年，有相当雄厚的物质基础，生活设施基本齐全，技术保障、测控通信、铁路运输、发配电等配套完善。第二个原因是：航区安全有保证，发射场区为戈壁滩，航区200公里以内基本为无人区，600公里以内没有人口密集的城镇和交通干线，火箭残骸坠落不会造成太大的危害。第三个原因是：发射场区占地数万平方公里，地势开阔，完全满足待发段和上升段航天员救生要求，也是先进的天地往返运输系统最理想的发射和回收着陆场所。第四个优点：场区干燥少雨，雷电日少，容易满足发射条件。第五个优势是场区里有一个大型机场，现在航天器，包括大量参试人员，都是走的空中通道。最后一个优点是可以充分利用西起喀什，东至福建闽西，距离数千公里，基本形成的陆上航天测控网。这一条也是美国阿波罗登月计划为什么选在卡纳维拉尔角的一个重要原因。
最先进的发射场之一
问：垂直总装测试厂房是世界第二吧？
答：从规模上是这么说。垂直总装测试厂房93.6米高，仅次于美国肯尼迪航天中心发射阿波罗号登月飞船的39号厂房。但是我们有自己的特色，用钢筋混凝土实现了其他国家用昂贵的钢结构才能完成的工作。它采用“巨型框架多筒体结构”体系，是世界上最高的单层钢筋混凝土建筑。这种结构体系施工方便、造价低，仅厂房结构的造价与钢结构相比，就节省投资约3800万元，还具有耐火性好、抗腐蚀性强、维护工作量少、隔音和保温性好等特点。在世界航天发射场中，它的使用性能是最优秀的。
问：在发射场的建筑中，垂直总装测试厂房的技术含量最高？
答：不能这么说，垂直总装测试厂房高大、引人注目，有些厂房不起眼，可也很关键。载人航天发射场的飞船及有效载荷测试厂房在我国航天器测试厂房中体量最大，洁净度要求达10万级。我们的科研设计人员根据实际工作要求，通过计算机模拟，改变了过去顶送下回的送风方式，首次采用侧送侧回的气流组织方式。在无隔断的情况下，保证了特定工作区域的空气洁净度，使工程投资和试验运行费用大幅降低。目前，每个试验周期单电能即可节省15万千瓦时。
一个开放性的平台
问：酒泉卫星发射中心能满足空间站建设的需要吗？
答：10吨的空间站，现在就可以满足要求。前面说过的两个垂直总装工位和一个发射工位结合的设计，可以同时准备两艘船—箭组合体，3—7天内连续进行两次发射，满足空间交会对接的要求。
问：那20吨的空间站呢？
答：发射场的主要设施，如垂直总装测试厂房、导流槽、脐带塔、塔和箭之间的漂移净空及垂直运输轨道等，已考虑兼顾5米芯级大型运载火箭，可以满足20吨空间站发射要求。
问：那么，是不是就不需要改造了？
答：考虑到运载火箭的推进剂更新及航天器尺寸和类型的变化，在实施时，某些设施将会有所调整、改造或者需要新建（如低温推进剂加注系统和20吨空间站的加注和整流罩装配厂房等），但一般不会有整体的变化。（附图片）