给中国卫星铺设一条精密的轨道

赵汉斌

每一颗卫星都有一条属于自己的轨道，每一位卫星测控专家都有一套属于自己的轨道计算方法。这种方法是个人的研究成果，更是国家的核心机密。李济生一生都在寻找各种最佳的计算方法，把卫星定轨精度从2000米提高到500米、100米、1米，到最后的厘米级，为中国卫星铺设了一条最精密的轨道。

1970年4月24日，巴丹吉林沙漠深处，我国第一颗人造卫星东方红一号即将飞向太空。距离发射塔架不远的一座平房里，一个小伙子正聚精会神地核对着卫星设计轨道数据。他叫李济生，那时刚从南京大学天文系毕业4年。

毕竟这是我国第一次发射卫星，没有任何经验可循。李济生也只能在一遍遍计算、研究中等待成功的消息。

东方红一号发射成功了。庆功宴上的李济生端着一碗饺子，却难以下咽。一位老专家的问话在他耳边萦绕：“咱们的卫星虽然上天了，轨道也计算出来了，但你知道轨道精度是多少吗？”当时，限于技术和装备水平，只是要求测控系统计算出卫星的运行轨道，对轨道精度没有提出要求。李济生也是刚刚知道这个概念。

不知道定轨精度，就无法验证轨道计算的正确性；没有精确的轨道数据，就无法对卫星进行有效的控制。一个强烈的愿望在李济生心里萌生：一定要制订出中国卫星的精密轨道计算方案！

他从东方红一号卫星轨道数据着手，设想了一个个轨道鉴定方法，又一个个地自我否定。那些时日，戈壁滩上那间简陋的工房里，灯光几乎每天都亮到深夜。攻坚克难的这一年，李济生在0和1的海洋中求索。

一天，一个新的想法闪过他的脑海：能不能借用推算卫星周期误差的方法，来判断轨道误差呢？经过反复计算和论证，他开发出了用卫星轨道“预报误差”的方法来确定轨道的精度。用这种方法测定的轨道精度为5000～2000米，我国卫星的定轨精度首次有了数量概念。

1975年，我国成功发射了第一颗返回式卫星。测控观察发现，卫星近地点高度在逐渐升高。而从理论上分析，卫星受到大气阻力的影响，轨道近地点高度应该是逐渐下降才对。“是不是李济生的轨道计算出了问题？”有人议论。

李济生一头扎进了这个谜团。为了获取足够的数据和理论依据，他从北京到南京，再辗转到上海，资料数据收集了一大堆。借助一台手摇计算机，他开始了不分昼夜的计算。几个月后，谜团解开了：卫星轨道出现反常，是卫星姿态控制的喷气管产生的姿控力所致。由于加速度下的作用力只有0.7克，人们在设计时忽略了它。然而，就是这轻微的作用力，使卫星轨道近地点每天抬升300多米。

李济生没有满足于找到症结。他从中吸取经验，开发出“按交点周期积分法”的卫星定轨方案，使我国的卫星定轨精度达到了1000米。此时，我国卫星定轨精度仍远远落后于美苏。李济生给自己定下新的目标：百米量级。

日月引力、大气阻力、太阳辐射压力以及地球引力等各種摄动力，都会对卫星的运行轨道产生影响。要进一步提高卫星定轨精度，必须在弄清和解决各种摄动力对卫星的影响上下功夫。李济生回到南京大学向专家教授求教。经过几个月的刻苦攻关，他不仅对摄动力有了深入的认识，而且针对各种摄动力对卫星轨道的影响，建立了动力学模型。

1983年，他终于研究出名为“微分轨道改进和摄动星历表计算”的定轨方案，使卫星定轨精度达到了200米，接近世界先进水平。随后，他和同事们不断努力，将这一精度提升到100米。这样的定轨精度不仅满足当时国内卫星发射测控任务的需要，也为我国航天事业发展奠定了坚实的轨道基础。

不过，当得知美国的卫星定轨精度已经达到米级的消息后，李济生坐不住了。1984年，他踏进了美国得克萨斯大学的空间实验室。进修期间，李济生与枯燥的阿拉伯数字日夜相伴，忘记了星期天、节假日，无暇感受异国风情，甚至连封家书也顾不上写。两年时间，他掌握了别人至少要用4年才能学到的知识。导师发现了他的潜能，热情地劝他：“留在这里工作吧。”

李济生回国了。在国内，他主动辞去了西安卫星测控中心技术部软件室副主任的职务，带领课题组研制开发新的精密定轨软件，一干就是4年多。1991年，新的精密定轨方案在我国发射的新型卫星上获得成功，卫星定轨精度从百米提高到1 0米量级，如果装备先进的测轨设备，还可以达到1米。中国科学院、国防科工委、航天工业总公司联合鉴定认为：该成果建立了我国卫星测控精密定轨系统，技术水平处于国内领先地位，并达到了国际先进水平。

这项成果为我国神舟无人飞船发射试验中的轨道确定，以及此后我国载人航天事业的开展奠定了重要的技术基础。

1995年，李济生出版了《人造地球卫星精密轨道确定》一书。这本书系统讲述了精密轨道确定的原理、方法和全部动力学模型，反映了当时该领域的最新成果和发展趋势，是我国第一部卫星定轨理论和实践相结合的专著，为我国航天事业留下了宝贵的知识财富。

“我是踩着众人的肩膀一步一步上来的，我国航天测控事业要赢得新世纪，就要培养一大批年轻人，我愿用自己的肩膀为年轻人搭建起攀登的云梯。”李济生曾这样说。在他的指引下，我国航天测控人员不断攻克关键核心技术，如今已实现航天器定轨精度向厘米级的跨域。

2019年7月28日，李济生因病在北京逝世，享年76岁。这位为中国航天测控事业奉献一生的牧星人，在我国航天史上留下了永不磨灭的轨迹。

本文内容摘编自《科技日报》2022年10月8日