第1091章 卫星姿态机动

2003年,十月十五日。

凌晨,零时三十分。

东风航天城。

十月中旬的西北,又是深夜时分,气温已经显出了些许清寒之意。

常浩南身上披着一件大衣,站在略有些冷清的指挥控制中心大厅当中。

此时距离神舟五号的发射已经不足九个小时,不少工作人员都还在一遍遍巡查设备,并没有出现在这里。

而1500米之外,湖蓝色的发射塔架高耸矗立、直指苍穹,三组回转平台如同有力的臂膀,将近60米高的长征二号F遥五运载火箭紧拥在怀。

当然,出于安全起见,控制中心并没有直通外面的窗户。

常浩南只能通过前面的六个大屏幕之一看到发射场地的情况。

不过,船箭组合体,却并不是他正在观察的重点。

实际上,他本来准备在两天前最后一次全程合练结束后就返回京城,到檀州测控站亲自指挥青鸾星座进行姿态机动。

毕竟,在航天城这边,也委实发挥不出什么直接的作用。

最后还是上级做出决定,表示常浩南同志作为项目的高级指挥和基础研发人员,在卫星已经上天的情况下,即便在檀州也一样发挥不出直接作用,还不如按照惯例,跟其余各子系统负责人一起待在发射中心。

常浩南当然知道,这是组织上有意让自己能亲眼见证这个对于全华夏来说都是标志性的时刻。

但话说回来,上级的说法其实也没毛病。

他并不是专业的轨道控制员,在地面上能耐再大,对于已经入轨的航天器也没什么办法。

所以,也就这么留了下来。

况且,当时代发展到2003年这会的时候,大气层内的通信网络已经发展比较完善了。

他即便人在肃州的指挥控制中心,也一样能看到四颗青鸾卫星的工作情况——

此时,就正显示在六个大屏幕中的另外一个上面。

同时呈现的,还有来自檀州站的指令情况。

某种程度上,相当于用豪华专线开的“现场直播”。

甚至如果有必要的话,他还可以反过来联系对面下达指令。

“中继星座的姿态机动快要开始了?”

不知什么时候,沈俊荣已经来到了常浩南身后。

作为载人航天工程测控系统的总负责人,在发射前的最后时间段里,他其实也面临着和常浩南一样的情况。

理智上觉得自己必须得干点什么。

但一线任务和人员分配都是可丁可卯,多他一个老头子插进去,反而可能帮倒忙。

所以干脆来常浩南这里,准备找人说几句话,排解一下心中的焦虑。

常浩南点了点头,但视线并没有离开前面的大屏幕:

“还有半个小时,02星就要进入姿态机动范围了。”

作为中继通信卫星,青鸾星座本身也可以转发控制信号,因此受到测控资源的限制较少。

但小卫星的姿态和位置确定高度依赖磁强计,出于轨道精度的考虑,仍然要尽可能避免在高纬度地区执行动作。

所以,给每颗卫星留出来的时间窗口并不算大。

在距离二人稍远处的几个角落里,几十名媒体工作人员正摆弄着手中的设备。

虽说现场直播的方案在最后一次合练过程中被正式放弃,但常浩南的建议仍然得到了采纳。

在确定发射任务成功之后,C站将会在当天傍晚播出特别节目,以全程录播的方式回顾发射全程。

并且,还不止于此。

节目播出的时间,会正好赶上飞船进入第8-第9圈。

也就是计划当中,最适合进行中继通信测试的阶段。

因此,在对发射-入轨这个过程进行回顾之后,节目就将无缝衔接到延迟8-10分钟的准直播上面,将飞船内的情况直接展现在全世界人民面前。

在这方面,神舟五号有一个好。

就是航天员全程都不会进入轨道舱,而是一直待在敏感程度较低返回舱里。

所以需要掐掉的内容主要局限于天地通话过程中的部分语音,而不是画面。

也就省去了中途打码的麻烦。

可以说,接下来唯一的问题,就是常浩南他们的“青鸾”星座能否稳定维持足够的中继通信时间……

……

凌晨一时整,青鸾02星率先进入了预先规划中的机动范围。

“各单元注意,根据镐京轨道监视计算,下面确认目标飞行器姿态调整路径……”

耳机当中,传来了张维永的声音。

控制卫星不是开车,肯定不是让技术人员用方向盘或者操纵杆一类的设备直接操纵,而是在控制程序中输入指令,再由卫星执行。

而眼下,就是在指令发出之前,进行最后一次确认。

此时,旁边的沈俊荣也拿起另外一部耳机贴到耳边。

本来只是随便听听,但没过多长时间,他的就露出了些许惊异的表情。

“你们的姿态机动,走的是正弦型路径?”

说着转头看向正一脸专注地望着六块屏幕之一的常浩南。

青鸾系统本次机动不涉及变轨,因此这里的“路径”指的并不是轨道层面的变化,而是在姿态调整过程中,角速度与时间之间的关系图。

“是啊。”

这个突如其来的问题,倒是让常浩南心头的压力骤然减轻了不少。

他摘下耳机,对沈俊荣解释道::

“梯形路径虽然对时间和执行机构的性能的利用率最高,但角加速度存在突变,有可能影响到卫星的工作载荷,比如太阳能帆板,或者贮箱里的液体燃料,正弦路径在这方面会更容易控制一些。”

后者作为这方面的专家,当然了解不同路径规划之间的区别,因此常浩南的回答并没有排解他心头的疑惑:

“可是我看过你们卫星的部分设计参数,并不是那种容易引起发散振动的大挠性结构卫星,燃料贮箱的尺寸和容量更是非常小……而且目前应该还几乎是满的,也无需考虑液体晃动问题吧?”

梯形路径,顾名思义,就是简单粗暴地在姿态变化过程中给出三个恒定的加速度值,让航天器的角速度经历均匀增加-匀速运动-均匀减速三个过程。

属于是学完高中物理就能看懂的、最简单的控制原理。

也是最不容易出问题的。

因此,虽然有不少缺点,但在符合条件的情况下,基本都会选择梯形路径。

而正弦函数的积分是一个余弦函数,这意味着角加速度的变化更加复杂,尤其对于执行机构和控制机构性能都有限的小型微星来说更是如此。

青鸾星座的选择,看似有点没事找事的意思。

不过这一次,常浩南并没有马上回答,只是露出神秘一笑:

“沈总您等一下就知道了……”

沈俊荣闻言一愣,也跟着笑了一下。

接着也不再多言,而是重新把一只耳机贴在了耳朵边,等待着常浩南的表演。

而就在两人讨论问题的这段功夫,青鸾02星已经开始了姿态调整机动。

在太空中,自然不可能有个摄像机盯着卫星的情况。

而小卫星项目本身没什么宣传价值,也不会单为了直观去做一个3D的示意图。

因此,此时显示在屏幕上的,只是传感器回传的姿态角速度曲线,以及模态坐标曲线。

至于卫星的动作情况……

那就只能靠脑补了。

随着张维永下达姿态调整指令,角速度曲线的纵坐标逐渐开始从0向上增长,在坐标系上绘制出一个正弦函数曲线。

稍晚些时候,模态坐标也紧跟着开始给出数据。

但是,跟拟合度接近完美的角速度曲线相比,模态坐标的数据如果细看,就掺进去了不少像是噪音的无规则波动。

也就是沈俊荣此前提到的挠性振动。

不过,或许是因为采用了正弦路径,眼前的振幅完全不会对卫星本身造成任何影响。

甚至他还能看出,在卫星的角速度达到最大值,也就是角加速度归零之后,振动就已经进入了收敛状态。

沈俊荣看向旁边的常浩南,不知道这有什么特殊的部分。

他甚至都知道接下来会发生什么——

在姿态调整的后半段,角加速度重新出现(负加速度),振动还会再次被加强。

直到整个调整过程结束,振动会在随后的8-10分钟,甚至更长时间里缓慢归零。

但常浩南却并未挪开视线,只是伸手指了一下屏幕,示意沈俊荣继续看下去。

而当后者重新把注意力放回到屏幕上的曲线时,却直接呆立当场。

当角速度重新开始减小的时候,模态坐标曲线上呈现出的振动水平,却并没有重新增加。

反而还在继续减弱。

又过了120秒,青鸾02星最终定位到了新的姿态。

而星载附件的振动,更是几乎在同一时间就彻底消失了……

根本没有他预想中,后续逐渐减弱的过程。

不要小看这点区别。

挠性振动除了会影响到设备和星体本身的工作状态以外,还有可能与轨道平动发生耦合,进而影响到卫星轨道。

如果影响较大,那么在姿态调整完成之后,甚至可能需要接上一次轨道调整,才能让卫星达到合适的工作状态。

而像眼前的青鸾02星那样,振动几乎和姿态机动同步结束,则几乎可以完全避免这种情况发生。

只是……

即便以100kg级别小卫星的体量,加上正弦路径,这个动作特征也有些过于离谱了。

好在这个时候,常浩南恰到好处地给出了进一步的解释:

“正弦路径的优势,不只是削弱角加速度带来的振动,更重要的是,没有了从正极大值到0的瞬间突变,换句话说,就是被诱发产生的振动更加规律……所以,我们在青鸾系列卫星上面,尝试性地应用了来自航空领域的主动抑振技术。”

“并且现在看来,效果还算不错……”

(本章完)

第1092章 飞天

常浩南嘴上的解释,突出一个轻描淡写。

但就算沈俊荣并不算卫星结构设计领域的专家,但也能想到,这简单的说辞背后,隐藏着何等复杂的计算和精妙的设计。

虽然只是几颗百公斤级别的小卫星,但其中的部分技术,却丝毫不亚于数吨级别的大家伙了。

不过,他也没再细问技术层面上更具体的细节。

一来不是自己的专业范围。

二来……

发射场的指挥控制大厅,说起来好像是很高大上,但其实算是个半公开场合。

虽然不可能随便进出,但包括媒体,甚至一些有组织的参观团队都能进来。

不是深入讨论问题的地方。

“所以……这也是在给以后的中继通信网络做准备?”

沈俊荣一边问了个不太敏感的问题,一边看了看旁边另一块屏幕上显示着的时间。

一时二十分。

就姿态调整而言,这已经是非常不错的效率了。

“这倒不是。”

常浩南摇头:

“就算是完整的、覆盖全球的中继通信网,主力也会是百公斤级别,最大不可能超过一吨的中小型卫星,本身其实不会面临挠性振动过大,影响设备工作状态的问题。”

“那……”

沈俊荣面露好奇。

“有备无患嘛……”

常浩南说着把耳机放下,站起身准备活动一下筋骨。

青鸾星座的四颗卫星技术指标完全相同,02号姿态调整的顺利完成已经验证了整个技术的可行性,后面三颗卫星无论风险还是压力就都要小上很多了。

“眼下,卫星的主流结构还是中心刚体-挠性附件的形式,但随着航天器功能的不断多样化,结构也迟早要发展到全挠性,比如日本计划在2005-2006年发射ETS-VIII工程试验卫星,就有单边约20米尺寸的可展开天线,几乎已经完全不符合传统构型了。”

“而未来尺寸更大的卫星,则有可能采用像是国际空间站那样的桁架式结构,现在的解决方案是利用黏弹性阻尼杆,实现被动振动抑制,但卫星受制于本身的体量,又不可能有足够大尺寸的中心刚体,单靠被动阻尼器很难满足系统的稳定性需求……”

“……”

总而言之一句话——

以后肯定有用,现在就顺手测试一下,权当是做技术验证。

这个思路,在常浩南搞涡扇10的时候,其实就已经非常熟练了。

涡扇9A整个型号,几乎就是被这么提前鼓捣出来的。

栾文杰作为科工委时代就当过副主任的领导,对此已经见怪不怪,因此青鸾星座的项目得以照常通过。

但对于较少接触航空口业务的沈俊荣来说,似乎还是显得有些激进了。

老爷子盯着屏幕上已经恢复平稳的两张图看了好一会,才算是接受了常浩南的这个说法。

“也好……如果未来我们的空间站也用到桁架式结构的话,或许也需要这项技术发光发热……”

他心里这样想着。

接着又想说点什么的时候,整个人却突然一颤,猛地咳嗽了起来。

这个时候,常浩南才突然想起,上一世在神舟五号任务成功之后,沈俊荣似乎就因为长时间的高强度工作而住了院……

与此同时,位于大厅一角的媒体准备区域,几名工作人员也已经调试好设备,正一边对着指挥大厅内部测试取景效果,一边等待着下一个重要的时间节点。

虽然中间还有大概三个小时的功夫,但却没有一个人舍得闭上眼睛休息一会——

很快,第一名华夏人就将离开地球,进入太空。

华夏也将随之成为全世界第三个独立掌握载人航天技术的国家。

在这种节骨眼上,别说休息,就连眨一下眼睛都会觉得浪费。

很快,就有一名来自C站的记者注意到了正在交流着的常浩南和沈俊荣二人。

“那边的……好像就是常浩南,常教授?”

“谁?”

旁边的同伴显然没反应过来。

“航空动力集团的那个总规划师,之前拿过菲尔兹奖的那位……据说也是今年院士增选最热门的候选人之一……”

第一个人目不转睛地回答道:

“如果能选上的话,应该是最年轻的院士了……”

后者此时也想到了这个名字,但还是有些不解:

“可是……他也和神舟五号有关系?”

“谁知道呢……他们这些搞数学的,参与什么项目都不奇怪。”

那名记者说着从大衣口袋里掏出采访计划:

“发射任务结束之后,我准备找个机会去采访一下他……”

……

两小时后,京城时间三时整。

随着最后一颗青鸾01星完成姿态调整,整个中继通信星座终于完成了对载人航天任务的适配准备。

说来也怪,之前常浩南一心定在卫星上,还没有太明显的感觉,但这会星座就绪,闲下来之后,重新看着大屏幕上面蓄势待发的火箭,心头反倒没来由地多了些紧张。

这下子,他也算是理解了刚才沈俊荣为何要凑到自己这边来聊上几句天。

不过,作为游离于921工程以外的技术人员,常浩南还是只能耐住性子,等着发射时刻的到来……

5时20分,航天员出征仪式在航天员公寓问天阁举行,首飞梯队的3名航天员公开亮相。

“总指挥同志,我奉命执行首次载人飞船飞行任务,准备完毕,待命出征!”

航天员掷地有声的话语响起。

而周围的人群,却是一片寂静。

只是偶尔传出一阵清脆的快门声。

站在这里的每个人都清楚。

尽管整个系统的可靠性在设计时就已经精益求精

尽管已经进行了四次成功的无人测试。

尽管已经把船箭组合体的状态调整到了最佳。

尽管……

或许有一万条理由可以保证本次任务的安全。

但不管怎么说,载人航天,都必定伴随着巨大的风险。

尤其是在眼下这个当口。

大家都是搞科学的,自然不至于迷信。

但要说年初哥伦比亚号的事故对众人的心理没有一点影响,那也确实不太可能。

就连位于指挥中心内的常浩南,此时都难免受到气氛影响,而有些手心冒汗。

反倒是航天员本人,显得面色如常。

在简短的问候和采访之后。

6时15分,航天员在工作人员的协助下,进入飞船返回舱,并开始进行发射前的各项舱内检查和准备。

在接下来两个小时里,还需要进行约100项操作。

而在指挥中心的一块屏幕上,显示出他的生理参数一切正常。

就连心跳都维持在平常的每分钟60次上下。

面对这个数字,常浩南除了一声“佩服”以外,再无其它可说……

8时30分。

“各号注意,我是零号,30分钟准备……”

零号指挥员的声音响起。

从此时开始,航天员,飞船,火箭,发射场系统、航区测控通信系统等各大系统均须听其号令。

现场观看发射任务的领导随后陆续进入大厅。

整个现场的空气,逐渐凝固起来。

这个时候,原本紧紧合拢的三组回转塔架也已经全部打开,露出了神舟五号船箭组合体那纤长曼妙的身姿。

发射前20分钟。

包括四艘海上测量船在内的12个测控点,以及檀州、镐京两个遥感中心分别进行了发射前的最后一次情况汇报。

一切正常。

发射前15分钟。

加注系统停止工作,火箭解锁,塔架上最后一批工作人员撤离。

发射前5分钟,总指挥最终确认所有系统、设备都处于良好状态、并最终确认飞行参数。

发射前1.5分钟,火箭供电由地面转入箭上。

这也是发射前的最后一个步骤。

接下来,就是短暂而又漫长的等待……

90秒,如同90个小时一般。

即便作为旁观者,常浩南都觉得有些恍惚,双眼直盯着返回舱内的画面,但思维却早已经神游天外。

“5、4、3、2、1……”

直到零号指挥员进行最后的倒计时读秒,才把他从思绪中给拽回来。

当“发射”的最终口令被报出的那一刻,常浩南注意到,不远处沈俊荣的双手,猛地攥紧成拳……

随着返回舱画面的轻轻一颤,另外一块屏幕上,火箭在震天撼地的轰鸣中腾空而起,拖着橘红色的烈焰急速飞向太空。

类似的画面,常浩南并不是第一次看到。

但只有这次,他一时间甚至忘记了呼吸。

几秒钟后,耳边又想起了本次发射的准确报时。

“发射时间,09时00分03秒497毫秒……”

(本章完)

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