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2010年10月1日,随着“嫦娥二号”卫星的成功发射,“嫦娥二号”开始了漫长的奔月之旅。这一刻,有一位在空间技术研究主战场上立下辉煌战功的院士喜泪双流……他就是“嫦娥二号”总指挥顾问叶培建。
有“怪”想法的小孩
1945年出生在江苏泰兴的叶培建很小就爱提出一些刁钻古怪的问题,如为什么公鸡不下蛋等等,大人们都说他是个富有“怪”想法的小孩。
1967年,叶培建毕业于浙江大学无线电系。1968年,被分配到航天部529厂(卫星总装厂)任技术员。
当时,叶培建从事电学计量工作,主攻数字化仪表。在文革期间普遍轻视技术工作的氛围中,他静下心来,一丝不苟地钻研,发表论文、翻译外文资料,还主动举办数字仪表训练班,在当年的军工口电学计量领域产生了一定影响。
1978年,叶培建被选派去瑞士纳沙太尔大学理学院微技术研究所留学深造,师从F.Pellandfni(彼兰德尼)教授。叶培建认真做学问的执着,给同学们留下了很深的印象。瑞士一家报纸曾做过叶培建的专访,说他从不去酒吧,偶尔打打乒乓球,把周末的时间都用于看书和工作。
尽管叶培建处于象牙塔之中,但他十分关心国内的时政,表现出特别的爱国热情。在瑞士攻读博士学位时,研究所每半天有15分钟的休息,被称为“咖啡时间”,叶培建往往用这个时间向各国同事宣传中国。
1985年8月,叶培建获得了纳沙太尔大学的科学博士学位。回国后,马上参与科技项目“红外热轴探测系统”的开发工作,为铁路运输系统提供现代化设备。在这个项目中,他确定了轴承滚动和滑动的模式区别方法,并且编写出软件,当时的研究条件很差,他和技术人员一起背着各种仪器搭乘火车。在晋煤外运的线路上,一站一站地采集数据,修正模型。没有信息网络,就利用铁路电话线传输数据构成系统。后来这个项目为我国铁路运输业的长足发展做出了重大贡献,成为502所的拳头产品。1989年,HBDS-1型第二代车辆热轴探测系统还获得了部级科技进步一等奖。
航天领域的“智多星”
1992年,叶培建从主管计算机的工作转移到参与卫星型号研制,进入到空间技术研究的主战场,开始担任“中国资源二号”卫星的副总设计师,1996年担纲总设计师兼总指挥一职。
当时,叶培建科研面对的是一颗全新的、高水平的传输型对地遥感卫星。这颗卫星的技术起点高,研制难度大。据说该星在当时是“最大最重、具有最高分辨率、最快传输速率,最高姿态精度,最大存储量”的一颗卫星。
“中国资源二号”卫星对国土普查、资源探测、环境调查等国民经济诸多领域有着巨大的推动力,是一颗应用范围很广的“智多星”。在我国的卫星研制生产史上,它是第一个与用户签定研制生产合同的卫星,这意味着我国的卫星制造业开始向市场经济进一步转轨。这颗星最终第一次实现了星地一体化设计,既对星体本身的技术负责,也对地面应用系统的集成技术负责。
叶培建凭着扎实深厚的理论功底和不懈的探索精神,勇敢地迎接一个个技术难关的挑战。星敏感器的应用,使卫星姿态测量和控制水平得到很大改善。在前期卫星方案设计时,面对不同意见,叶培建下决心在国内卫星上首先采用星敏感器。然而,星敏感器能不能做出来,做出来能不能达到预想结果?那段时间,叶培建经常和同事们一起研究分析,并在星敏感器的软件研制中有了重要突破。实践证明,由于星敏感器的采用,使卫星的姿态测量和控制水平都上了一个新台阶。
“中国资源二号”卫星的有效载荷很大,过去的试验条件不能适应大部件要求。在研制过程中,叶培建大胆地提出了改进试验条件的方案,从而保证了试验的质量和产品的安全。他常说,对质量问题要提倡“捕风捉影”,对技术上的表面现象要能联想到深层次的问题。他提出卫星进入发射场前要进行可靠性增长试验,把问题彻底解决在地面。他还率先实践了把电测与总体队伍分开的做法,既合理分配资源,又为测试队伍的专业化奠定了基础。航天专家和有关领导评价说,“中国资源二号”卫星不仅技术水平高,其质量的透明度也是最高的。”
2000年9月,“中国资源二号”01卫星发射圆满成功。2003年,由他担任总设计师、总指挥的“中国资源二号”卫星获国家科技进步一等奖。
2004年发射“中国资源二号”03星。由于当年的航天发射任务繁重,“中国资源二号”卫星发射队将发射准备流程从63天压缩到了49天。为了不留任何隐患,发射队开展了严格的质量复查工作,共查出两个技术问题和四个管理问题。在卫星第二阶段测试中,卫星发射队发现数传信道一路中的一个设备输出杂波增大,指标比在北京测试时有所下降。叶培建不放过这个问题,要求承制单位抓紧时间将问题归零。很快,承制单位查清了是由于设备中一块电源板的接地不好造成的。为了不耽误进度,确保卫星按期发射,北京的专家和远在西安的承制单位通过视频会议共商对策,最后确定从卫星总装厂急调技术能手,前往发射场抢修,终于在预定时间内安装测试完毕。这年12月,“中国资源二号” 03星成功发射。
“中国资源二号”卫星由01星、02星、03星三颗卫星构成,成共轨、同面、相差120度组网,实现了“三星高照”。三星组网在大大缩短卫星对地观测重复周期、进一步提高时间分辨率和系统可靠运行的同时,创下了我国不同时间,发射同一型号的三颗卫星辉映太空的记录。三星成功组网,标志着我国太阳同步轨道卫星研制技术取得了重大突破,在卫星长寿命、高可靠性研制上积累了经验。三星组网的轨道控制相位漂移与位置保持控制措施,也为后续型号卫星组网提供了成功的经验。
信息资源和卫星应用技术的开发研究,对服务经济建设意义重大。作为深圳证券交易所VSAT系统(VSAT是“非常小口径卫星终端”的英文缩写)的首任设计师,叶培建让VSAT揭开了中国证券市场的新篇章。1992年,深圳证券交易所采纳了中国空间技术研究院为主的卫星通信双向网系统的设计方案,他们仅用了一年时间就设计开发出亚洲最大的VSAT系统,先后解决了最优化的信道分配、应用软件、平稳切换等问题,使深圳证券交易所通过卫星实现广播、双向数据传输,并能支持3000个双向小站,交易过程不到1秒即可完成,让股民们真正享受到了平等交易的权利。
正因为卫星在证券交易市场的应用,取得了显著的市场经济效益和良好的社会效益,深圳证券交易所曾以40万元的年薪聘请叶培建,却被他婉言谢绝。中国空间技术研究院原常务副院长李祖洪经常对年轻人说:“你们这叶总啊,如果不是为了让卫星上天,早就是腰缠万贯的百万富翁了。”
10多年来,在叶培建的技术主持下,中国空间技术研究院开发和改进了卫星设计研制的各种软件,基本建成了卫星与飞船设计的数据库、应用软件包,建设了卫星与飞船设计、制造的计算机网络环境,初步实现了管理信息化、卫星与飞船研制数字化和CAD/CAM一体化,推进了星船研制的进程,提高了卫星和飞船的计算机设计水平。
见证“嫦娥”问世
1958年8月17日,美国发射的第一颗月球探测器“先驱者”0号,迈出了人类探测月球的步伐。48年后,我国首次月球探测计划“嫦娥”工程正式进入实施阶段,标志着我国成为继美国、俄罗斯、日本、欧洲之后的第5个有能力探测月球的成员。
叶培建说,2004年,《世界航空航天博览》杂志刊登的《嫦娥工程——中国的绕月探测工程》一文,首次向国人披露了我国的探月计划,引起海内外广泛关注。“中国实际上很多事情想得都是很早的。探月的设想,早前也有科学家提出过,但当时没有立项。实际上,中国科学院有许多科学家都对月球进行过研究,并有了一些认识和成果。”
中国政府在2000年发表的《中国航天》白皮书已明确将深空探测列入21世纪初的发展目标,提出了“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。2001年10月,中国空间技术研究院的领导找叶培建谈话,让他“着力过问探月工程的事情”。叶培建说,我国航天事业的第一步是发展应用卫星,第二步是载人航天,现在这两步我们已经迈出去了,第三步就是深空探测,这是我国航天计划的发展目标,我们现在走的就是这一步。
为什么说月球探测是深空探测的第一步呢?叶培建解释说,国际上对深空的定义至少有3个版本,其中一个定义是指探测的距离等于或大于地球与月球间的距离,也就是说探测月球和月球以外的空间就是深空探测。将月球探测作为深空探测的第一步,道理很简单,因为月球是离地球最近的一颗卫星,从月球上可以得到许多人类对宇宙的认识,同时还可以从月球上走得更远。
从1958年到2004年初,人类发射了约50个月球探测器。月球探测已经做了很多工作,我们现在为什么还要做呢?我们是在重复别人走过的路吗?叶培建说,月球探测是中国航天计划的一部分,是早已计划好的事,事隔几十年后再做这件事肯定不是原来的重复,我们有自己的创新。“绕月探测工程从立项到发射,只用了3年多时间,这不仅是我参与的几十项航天工程中最快的,与其他国家的探月比起来,时间也是短的,创造了奇迹。”叶培建说,我国的月球探测起步晚,但起点不低。
绕月卫星与过去所做的地球卫星有什么不同呢?叶培建说,我国过去的卫星都是在地球轨道上运行,现在这个卫星要到月球轨道上运行,过去是对地,现在是对月,这就是根本的不同,因此就会带来许多问题:首先,过去的卫星与地面的距离最远没有超过8万公里,而绕月卫星离地面的距离是38万公里,这38万公里怎么走?既不能碰着月球,也不能飞过去,因此轨道设计和控制是一个新问题;第二,卫星对地球观察是两体定向,即太阳帆板对太阳定向,观察设备和测控通讯设备定向地球观察和传输信息,但绕月卫星是三体定向,太阳帆板对太阳,观察设备对月球,测控和通讯设备对地球,三体定向问题就复杂多了;第三是测控问题,38万公里的探测带来卫星天线怎么设计、地面站怎么设计等问题;第四个问题更为复杂,由于卫星绕着月球转、月球绕着地球转、地球带着月球和月球旁的卫星绕着太阳转,相对关系比较复杂,从而导致绕月卫星的热变化巨大,而我们只能给绕月卫星穿一件衣服,不能换,这件衣服要做到热的时候不热,冷的时候不冷,这是个难题。
叶培建说,与“嫦娥一号”相比,“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星,为二期工程积累工程经验。除了“直飞”月球外,“嫦娥二号”还可以使拍摄的月球图片分辨率更高,将能看到人类过去包括中国人在月球上留下的痕迹。
叶培建说:“一个航天国家,走向深空探测是必经之路。而月球是离地球最近的一颗星体,通过对月球的探测可以加深我们对宇宙的了解。因为人类活动,30~40亿年前的地球记忆已经被破坏了,而通过月球我们可以重新找回这段历史。从航天技术上来说,人类想要一步奔火星是不可能的。美国空间新政策的重点就是重返月球,去月球获取经验,再走向火星和更遥远的地方。所以,我们首先要将家门口的事情搞清楚。”
世界各国在航天领域的竞争,实质上就是对太空资源的争夺,我国要想在世界大家庭中保持持久的竞争力,就必须发展具有中国特色的航天事业。叶培建说:“太空,具有独特的高位置资源、空间环境资源、空间物质资源、空间信息资源,因此,当今世界对航天事业都非常重视。目前,美国和俄罗斯是第一集团,在竞争中处于有利地位。我国处在第二集团领先水平,但绝不能掉以轻心,因为这个领域竞争非常激烈,技术发展很快,稍有不慎就会被其他国家抛在后面。”
每当叶培建仰望星空的时候,他总是习惯地寻找人造卫星。从地球上望去,夜晚的星空中不动的是恒星,瞬间滑过的是流星,而那些发着光、慢慢移动的就是人造卫星。虽然天上的人造卫星并不都属于中国,但他看到它们的时候还是会有自豪感:“我们自己研制的人造卫星加入了星群的行列,就像天体里有了我们的存在”。
每天深夜,一轮明月的清光深情地洒向大地。凝聚着中华儿女无数情愫和梦想的明月,正盼望着炎黄子孙的足迹亲近她、真正认识她!
有“怪”想法的小孩
1945年出生在江苏泰兴的叶培建很小就爱提出一些刁钻古怪的问题,如为什么公鸡不下蛋等等,大人们都说他是个富有“怪”想法的小孩。
1967年,叶培建毕业于浙江大学无线电系。1968年,被分配到航天部529厂(卫星总装厂)任技术员。
当时,叶培建从事电学计量工作,主攻数字化仪表。在文革期间普遍轻视技术工作的氛围中,他静下心来,一丝不苟地钻研,发表论文、翻译外文资料,还主动举办数字仪表训练班,在当年的军工口电学计量领域产生了一定影响。
1978年,叶培建被选派去瑞士纳沙太尔大学理学院微技术研究所留学深造,师从F.Pellandfni(彼兰德尼)教授。叶培建认真做学问的执着,给同学们留下了很深的印象。瑞士一家报纸曾做过叶培建的专访,说他从不去酒吧,偶尔打打乒乓球,把周末的时间都用于看书和工作。
尽管叶培建处于象牙塔之中,但他十分关心国内的时政,表现出特别的爱国热情。在瑞士攻读博士学位时,研究所每半天有15分钟的休息,被称为“咖啡时间”,叶培建往往用这个时间向各国同事宣传中国。
1985年8月,叶培建获得了纳沙太尔大学的科学博士学位。回国后,马上参与科技项目“红外热轴探测系统”的开发工作,为铁路运输系统提供现代化设备。在这个项目中,他确定了轴承滚动和滑动的模式区别方法,并且编写出软件,当时的研究条件很差,他和技术人员一起背着各种仪器搭乘火车。在晋煤外运的线路上,一站一站地采集数据,修正模型。没有信息网络,就利用铁路电话线传输数据构成系统。后来这个项目为我国铁路运输业的长足发展做出了重大贡献,成为502所的拳头产品。1989年,HBDS-1型第二代车辆热轴探测系统还获得了部级科技进步一等奖。
航天领域的“智多星”
1992年,叶培建从主管计算机的工作转移到参与卫星型号研制,进入到空间技术研究的主战场,开始担任“中国资源二号”卫星的副总设计师,1996年担纲总设计师兼总指挥一职。
当时,叶培建科研面对的是一颗全新的、高水平的传输型对地遥感卫星。这颗卫星的技术起点高,研制难度大。据说该星在当时是“最大最重、具有最高分辨率、最快传输速率,最高姿态精度,最大存储量”的一颗卫星。
“中国资源二号”卫星对国土普查、资源探测、环境调查等国民经济诸多领域有着巨大的推动力,是一颗应用范围很广的“智多星”。在我国的卫星研制生产史上,它是第一个与用户签定研制生产合同的卫星,这意味着我国的卫星制造业开始向市场经济进一步转轨。这颗星最终第一次实现了星地一体化设计,既对星体本身的技术负责,也对地面应用系统的集成技术负责。
叶培建凭着扎实深厚的理论功底和不懈的探索精神,勇敢地迎接一个个技术难关的挑战。星敏感器的应用,使卫星姿态测量和控制水平得到很大改善。在前期卫星方案设计时,面对不同意见,叶培建下决心在国内卫星上首先采用星敏感器。然而,星敏感器能不能做出来,做出来能不能达到预想结果?那段时间,叶培建经常和同事们一起研究分析,并在星敏感器的软件研制中有了重要突破。实践证明,由于星敏感器的采用,使卫星的姿态测量和控制水平都上了一个新台阶。
“中国资源二号”卫星的有效载荷很大,过去的试验条件不能适应大部件要求。在研制过程中,叶培建大胆地提出了改进试验条件的方案,从而保证了试验的质量和产品的安全。他常说,对质量问题要提倡“捕风捉影”,对技术上的表面现象要能联想到深层次的问题。他提出卫星进入发射场前要进行可靠性增长试验,把问题彻底解决在地面。他还率先实践了把电测与总体队伍分开的做法,既合理分配资源,又为测试队伍的专业化奠定了基础。航天专家和有关领导评价说,“中国资源二号”卫星不仅技术水平高,其质量的透明度也是最高的。”
2000年9月,“中国资源二号”01卫星发射圆满成功。2003年,由他担任总设计师、总指挥的“中国资源二号”卫星获国家科技进步一等奖。
2004年发射“中国资源二号”03星。由于当年的航天发射任务繁重,“中国资源二号”卫星发射队将发射准备流程从63天压缩到了49天。为了不留任何隐患,发射队开展了严格的质量复查工作,共查出两个技术问题和四个管理问题。在卫星第二阶段测试中,卫星发射队发现数传信道一路中的一个设备输出杂波增大,指标比在北京测试时有所下降。叶培建不放过这个问题,要求承制单位抓紧时间将问题归零。很快,承制单位查清了是由于设备中一块电源板的接地不好造成的。为了不耽误进度,确保卫星按期发射,北京的专家和远在西安的承制单位通过视频会议共商对策,最后确定从卫星总装厂急调技术能手,前往发射场抢修,终于在预定时间内安装测试完毕。这年12月,“中国资源二号” 03星成功发射。
“中国资源二号”卫星由01星、02星、03星三颗卫星构成,成共轨、同面、相差120度组网,实现了“三星高照”。三星组网在大大缩短卫星对地观测重复周期、进一步提高时间分辨率和系统可靠运行的同时,创下了我国不同时间,发射同一型号的三颗卫星辉映太空的记录。三星成功组网,标志着我国太阳同步轨道卫星研制技术取得了重大突破,在卫星长寿命、高可靠性研制上积累了经验。三星组网的轨道控制相位漂移与位置保持控制措施,也为后续型号卫星组网提供了成功的经验。
信息资源和卫星应用技术的开发研究,对服务经济建设意义重大。作为深圳证券交易所VSAT系统(VSAT是“非常小口径卫星终端”的英文缩写)的首任设计师,叶培建让VSAT揭开了中国证券市场的新篇章。1992年,深圳证券交易所采纳了中国空间技术研究院为主的卫星通信双向网系统的设计方案,他们仅用了一年时间就设计开发出亚洲最大的VSAT系统,先后解决了最优化的信道分配、应用软件、平稳切换等问题,使深圳证券交易所通过卫星实现广播、双向数据传输,并能支持3000个双向小站,交易过程不到1秒即可完成,让股民们真正享受到了平等交易的权利。
正因为卫星在证券交易市场的应用,取得了显著的市场经济效益和良好的社会效益,深圳证券交易所曾以40万元的年薪聘请叶培建,却被他婉言谢绝。中国空间技术研究院原常务副院长李祖洪经常对年轻人说:“你们这叶总啊,如果不是为了让卫星上天,早就是腰缠万贯的百万富翁了。”
10多年来,在叶培建的技术主持下,中国空间技术研究院开发和改进了卫星设计研制的各种软件,基本建成了卫星与飞船设计的数据库、应用软件包,建设了卫星与飞船设计、制造的计算机网络环境,初步实现了管理信息化、卫星与飞船研制数字化和CAD/CAM一体化,推进了星船研制的进程,提高了卫星和飞船的计算机设计水平。
见证“嫦娥”问世
1958年8月17日,美国发射的第一颗月球探测器“先驱者”0号,迈出了人类探测月球的步伐。48年后,我国首次月球探测计划“嫦娥”工程正式进入实施阶段,标志着我国成为继美国、俄罗斯、日本、欧洲之后的第5个有能力探测月球的成员。
叶培建说,2004年,《世界航空航天博览》杂志刊登的《嫦娥工程——中国的绕月探测工程》一文,首次向国人披露了我国的探月计划,引起海内外广泛关注。“中国实际上很多事情想得都是很早的。探月的设想,早前也有科学家提出过,但当时没有立项。实际上,中国科学院有许多科学家都对月球进行过研究,并有了一些认识和成果。”
中国政府在2000年发表的《中国航天》白皮书已明确将深空探测列入21世纪初的发展目标,提出了“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。2001年10月,中国空间技术研究院的领导找叶培建谈话,让他“着力过问探月工程的事情”。叶培建说,我国航天事业的第一步是发展应用卫星,第二步是载人航天,现在这两步我们已经迈出去了,第三步就是深空探测,这是我国航天计划的发展目标,我们现在走的就是这一步。
为什么说月球探测是深空探测的第一步呢?叶培建解释说,国际上对深空的定义至少有3个版本,其中一个定义是指探测的距离等于或大于地球与月球间的距离,也就是说探测月球和月球以外的空间就是深空探测。将月球探测作为深空探测的第一步,道理很简单,因为月球是离地球最近的一颗卫星,从月球上可以得到许多人类对宇宙的认识,同时还可以从月球上走得更远。
从1958年到2004年初,人类发射了约50个月球探测器。月球探测已经做了很多工作,我们现在为什么还要做呢?我们是在重复别人走过的路吗?叶培建说,月球探测是中国航天计划的一部分,是早已计划好的事,事隔几十年后再做这件事肯定不是原来的重复,我们有自己的创新。“绕月探测工程从立项到发射,只用了3年多时间,这不仅是我参与的几十项航天工程中最快的,与其他国家的探月比起来,时间也是短的,创造了奇迹。”叶培建说,我国的月球探测起步晚,但起点不低。
绕月卫星与过去所做的地球卫星有什么不同呢?叶培建说,我国过去的卫星都是在地球轨道上运行,现在这个卫星要到月球轨道上运行,过去是对地,现在是对月,这就是根本的不同,因此就会带来许多问题:首先,过去的卫星与地面的距离最远没有超过8万公里,而绕月卫星离地面的距离是38万公里,这38万公里怎么走?既不能碰着月球,也不能飞过去,因此轨道设计和控制是一个新问题;第二,卫星对地球观察是两体定向,即太阳帆板对太阳定向,观察设备和测控通讯设备定向地球观察和传输信息,但绕月卫星是三体定向,太阳帆板对太阳,观察设备对月球,测控和通讯设备对地球,三体定向问题就复杂多了;第三是测控问题,38万公里的探测带来卫星天线怎么设计、地面站怎么设计等问题;第四个问题更为复杂,由于卫星绕着月球转、月球绕着地球转、地球带着月球和月球旁的卫星绕着太阳转,相对关系比较复杂,从而导致绕月卫星的热变化巨大,而我们只能给绕月卫星穿一件衣服,不能换,这件衣服要做到热的时候不热,冷的时候不冷,这是个难题。
叶培建说,与“嫦娥一号”相比,“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星,为二期工程积累工程经验。除了“直飞”月球外,“嫦娥二号”还可以使拍摄的月球图片分辨率更高,将能看到人类过去包括中国人在月球上留下的痕迹。
叶培建说:“一个航天国家,走向深空探测是必经之路。而月球是离地球最近的一颗星体,通过对月球的探测可以加深我们对宇宙的了解。因为人类活动,30~40亿年前的地球记忆已经被破坏了,而通过月球我们可以重新找回这段历史。从航天技术上来说,人类想要一步奔火星是不可能的。美国空间新政策的重点就是重返月球,去月球获取经验,再走向火星和更遥远的地方。所以,我们首先要将家门口的事情搞清楚。”
世界各国在航天领域的竞争,实质上就是对太空资源的争夺,我国要想在世界大家庭中保持持久的竞争力,就必须发展具有中国特色的航天事业。叶培建说:“太空,具有独特的高位置资源、空间环境资源、空间物质资源、空间信息资源,因此,当今世界对航天事业都非常重视。目前,美国和俄罗斯是第一集团,在竞争中处于有利地位。我国处在第二集团领先水平,但绝不能掉以轻心,因为这个领域竞争非常激烈,技术发展很快,稍有不慎就会被其他国家抛在后面。”
每当叶培建仰望星空的时候,他总是习惯地寻找人造卫星。从地球上望去,夜晚的星空中不动的是恒星,瞬间滑过的是流星,而那些发着光、慢慢移动的就是人造卫星。虽然天上的人造卫星并不都属于中国,但他看到它们的时候还是会有自豪感:“我们自己研制的人造卫星加入了星群的行列,就像天体里有了我们的存在”。
每天深夜,一轮明月的清光深情地洒向大地。凝聚着中华儿女无数情愫和梦想的明月,正盼望着炎黄子孙的足迹亲近她、真正认识她!