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卫星与网络 （原文刊登于《卫星与网络》杂志2012年8月） 听他朴实的名字，就能猜出他生长在美丽的泉城——济南； 看他矍铄的外貌，却无法相信眼前是一位年近古稀的老人。 他热情、直率，娓娓道起往事就似和你在拉家常。 “我不善于做行政工作，一是事务多，二是开会多，三是电话多，没法坐下来专心做技术工作。有一阵害得我不得不搬到会议室去工作。”他笑呵呵地“报怨”。 他最关注的事是精密定轨，他最喜欢做的事是软件设计。 “几十年来，我主要做了两件事情，一件是卫星测控应用软件的设计开发，另一件就是卫星精密轨道确定。”他极简练地总结。 人们称他为太空牧星人，因为他可以精密计算出人造卫星在太空中的准确位置。 他叫李济生，是中国科学院院士，中国卫星精密定轨技术的开拓者。 两次偶然成就了事业基础 人生中，一定会遇到许多偶然。有些偶然，正如徐志摩诗句所说，“在转瞬间消灭了踪影”；而有些偶然，却可以改变一个人的命运，结果将伴随其终生。 李济生就是一个幸运的后者——在他的人生旅程中，恰恰因为两次偶然，才成就了他事业的基础。 51年前的夏天，18岁的李济生高中毕业，站在高考选择专业的十字路口。那时候的李济生对大学毕业生的工作前景几乎一无所知，他认为大学毕业后要么是去做老师，要么去做科学研究。而他心里存着一个“小九九”，那就是将来一定要搞科学研究工作。李济生暗自把学校里各科老师的专业捋了一遍，天真地认定选择数学、物理、化学、外语这些专业将来只能做老师，不能做科研。而他，一定要选择一个和中学课程完全沾不上边的专业。李济生在高校招生简章里翻来翻去，发现北京师范大学有一个天文系。“天文”研究的是什么？将来会从事什么样的职业？李济生当时一点儿也不清楚。但是他却毫不犹豫地填报了这个专业，因为他觉得学天文将来肯定是做科学研究工作的。填完志愿表，李济生在学校门口偶尔遇到教生物课的高老师。高老师关心地问李济生报考的哪个大学，当听说他选择的是北师大天文系时，遂告之南京大学的天文系是国内最好的。既然决定了学天文，当然要去本专业排行第一的大学。听了高老师的话，李济生遂返回学校改报南京大学天文系为第一志愿。 就是这一次师生在校门口的偶然相遇，让李济生两个月后走进南京大学，成了天文系的一名新生。 五年之后，李济生又邂逅了他人生中颇具意义的第二次偶然。 李济生大学毕业那年正值“文革”初起，“闹革命”的口号喊得惊天动地，他那届毕业生也毫不例外地被留在学校多闹了一年的“革命”。谁料想，到了1967年下半年分配时，各个天文台都不要大学生了，好在天文系的学生也学习过一些无线电课程，当时，李济生这个班的同学面临被分配到沪宁铁路沿线城市的无线电厂工作。 就在南京大学天文系的分配方案即将实施之际，忽然有消息说部队要从南京大学天文系挑选几个毕业生，参加人造卫星发射工作。后来李济生他们才知道，部队原本是计划到北京师范大学天文系招收10名毕业生的，当时北师大一位老师无意中说起南京大学天文系也很不错，于是原定的名额被留下一半，几名军人随即南下来到古城南京。 第二次偶然就这样不经意地来到李济生面前，偶然的原因依旧是因为某位老师的一句话——虽然这位老师李济生并不认识。 听说部队要招收天文系的学生去搞人造卫星，李济生和同学们都抑制不住内心的兴奋，他们纷纷表示，不论挑选到谁，都一定首先服从部队需要。最后，部队从南京大学天文系又选了五名新兵，李济生是其中之一。 两次偶然，使李济生从一名完全不懂天文知识的高中生变身为一名身着军装的科技工作者，他事业的起步从这里缓缓拉开序幕。 李济生要去的部队叫8120部队，地点远在甘肃省一个名不见经传的小地方——清水。从南京到清水，李济生一路走一路看，从绿树成荫、山清水秀的俏江南到黄土覆盖、风沙四起的大西北越走越荒凉，最后又坐了八个小时的专列才到了一望无际的戈壁滩。这就是当时8120部队的所在地，放眼望去一片茫茫戈壁，只有一排排笔直的电线杆展示出一线生机。8120部队是当时“全国山河一片红”中一块不曾被运动污染的绿州，这里没有大字报和大鸣、大放、大辩论，浓浓的科研气息让李济生感觉十分安心。从进入基地第一天，他就渴望着，早日投入到与人造卫星相关的技术工作中去。 然而，事实却非李济生所愿。到部队后，他先“下放”被派去烧了几个月的锅炉，然后又到21 军的基层部队“接受工农兵的再教育”，这期间他还随着部队在电影《万水千山》中当了一回群众演员。直到当兵一年多之后的1969年4月，他才被抽调回来参加中国第一颗人造卫星“东方红一号”的发射任务。 李济生与卫星，从此结下了不解之缘。 从七分钟上机时间开始起步 专业的人才和先进的设备，是开拓航天事业的两大基石。而中国刚刚起步研制人造卫星的时候，在人才和装备上都十分匮乏。 李济生被分配到8120部队第六试验部，负责卫星轨道计算。当时，部队从未涉及过卫星测控工作，我国第一颗卫星“东方红一号”的轨道计算方案是由紫金山天文台开发的，但是当时紫金山天文台的人员要撤离，后续的轨道计算工作刻不容缓地落到李济生他们这些新人身上。 从事卫星轨道计算要和计算机打交道，可是李济生那时候连计算机都没见过。第一次看到那些黑色穿孔纸带，李济生根本不知道那是啥东西。他在大学里也从没学过计算机编程，一切都要从头开始。那时候，编写软件用的是机器语言，一位老同志给李济生讲了一下C=A+B这个公式的计算程序是如何编出来的，这便成了他上过的唯一一节软件课。此后，李济生奋发自学，通过一点点琢磨老同志编写的软件，很快掌握了编程要领。 李济生搞的是编程计算，可是在很长时间里却没有机会接触计算机。当时计算机还十分落后，不能同时供多人使用，谁要使用计算机，就只能一人独占。李济生所在的部门二十多个人，只有两台计算机，当时又正值备战“东方红一号”卫星发射的准备阶段，两台机器的上机时间排得满满的，作为新学员的他几乎没有上机的可能。怎么办？李济生就按自己的思路，试着编写一些程序，在纸上作业。他一次次地编写，一次次地检查，每天都要搞到后半夜，在很短的时间内就掌握了轨道计算的方案和软件设计方法，并且按照自己的思路重新编写了一些已有的程序作为练习。几个月后，李济生终于获准第一次上机，分配给他的时间却只有短短的7分钟。 7分钟的上机时间，对于现在的软件设计人员简直不可思议，但在李济生当时看来却弥足珍贵。上机前，他认真准备，反复检查编写的程序、数据和穿孔纸带……利用这短短的7分钟，他迅速输入事先做好的黑色纸带，验证了自己编写程序的正确性。1970年的春节，老同志都去休息了，只有李济生还留在办公室里学习，他在数字与推导轨道计算公式中度过了自己的三天假期。1970年4月24日，中国第一颗人造卫星——“东方红一号”发射成功，在那天的夜餐中，李济生只吃了五个饺子就吃不下了，这段时间他确实太累了。 一分耕耘，一分收获。“东方红一号”卫星发射之后不久，参加技术工作只有一年时间的李济生即被任命为轨道计算方案和软件设计的技术负责人，他的心扑在了即将发射的第二颗卫星“实践一号”上。 从学会编写软件那天起，设计软件就成了李济生的偏爱和工作中的一个重心，他凭着智慧的大脑，一次次用软件弥补了计算机性能的不足。 针对卫星测控软件设计问题，上世纪七十年代李济生对卫星测控应用软件的设计提出了“模块化、标准化、通用化”的创新设计思想，在部队领导的大力支持和同事们的共同努力下，完成了近地卫星测控软件的设计和开发。这一创新，提高了卫星测控软件的模块化、标准化和通用化水平，大大减轻了卫星测控软件开发的工作量，为中国卫星测控工作的快速发展打下了稳固基础。 二十世纪八十年代初，我国正积极准备发射地球同步轨道通信卫星“东方红二号”，这颗卫星在测控技术上比近地卫星复杂得多。当时，日本刚刚发射了一颗同类卫星。为了取得更多地球同步卫星的测控经验，中方邀请日本富士通公司的小坂等三位专家来华进行技术交流。谁料，每每谈到具体技术问题，日本人就以“笔记本没带来”为推辞闭口不谈。在参观了西安卫星测控中心的计算机房后，日本专家面对李济生他们用的两台320晶体管计算机后连连摇头，他们断言：“用这样的计算机想完成地球同步轨道卫星的测控任务是根本不可能的。” 确实，李济生他们当时用的那两台计算机太老旧了，做加减时的运算速度只有28万次／秒，做乘除时运算速度更是低到只有16万次／秒。这种运算速度远远低于现在的一只普通计算器，计算机的总内存量尚不如一台普通的286微机。与此相对比的，当时的国际上最先进的计算设备运算速度已经高达千万次／秒，对地球同步轨道卫星测控而言，至少也要装备运算速度每秒百万次以上的高性能计算机。然而，那时候国际上对中国购买高性能计算机实行封锁，因此李济生他们用的那两台老式320计算机就成为完成地球同步轨道卫星测控任务的唯一指望。 但是320计算机的内存实在太小了，它既不能把所需要的软件都放在计算机里，又不能在紧急情况以所需的速度重新组合软件，改变软件运行顺序，以应对出现的应急情况。能不能实现一种更合理的软件调度方法，在现有计算机上实现软件的重新组合和运行呢？负责软件总体设计的李济生走路都在考虑这个问题。 整整几个月，李济生把全部心智都用在解开这道难题上。终于，他成功设计了一套非常实用的“模块化自动调度”软件，可以按测控计划的不同需求自动应急组合各个应用软件，从而弥补了计算机处理速度不够和内存不足这两大缺陷，保障了“东方红二号”测控任务的顺利完成。 1984年4月8日，我国第一颗地球同步轨道通信卫星发射升空，8天后成功定点在东经125度赤道上空，使得远在35768千米外的太空有了一条“中国轨道”。中国航天又一次实现了历史性跨越，这其中李济生设计的自动调度软件功不可没。由他首开先河的卫星测控软件“模块化自动调度”设计思路也一直沿用至今。 事有凑巧，“东方红二号”发射后次月，李济生去日本参加一个国际会议，又遇到了日本富士通公司的那位专家小坂先生。小坂向李济生询问，中国使用什么型号计算机完成的“东方红二号”卫星测控任务？李济生笑着说“就是你见过的两台320计算机”。“奇迹，奇迹，真是奇迹”，小坂连连惊叹。在随后的座谈中，当小坂问起“东方红二号”卫星测控任务的一些具体技术问题时，李济生也用当初他的的原话“对不起，我的笔记本也没带来”作为回敬。智慧与幽默，让李济生赢得了日本同行的尊敬。 从一个没有见过计算机的科研新兵，到一个设计出经典软件的测控专家，李济生从七分钟上机时间起步，让世人见证了中国速度和中国精神。 中国精密定轨事业的开拓人 卫星轨道的精密定轨，是一项高难度的复杂技术。一直以来，它都是衡量世界航天大国卫星测控水平的重要标志。 “东方红一号”卫星发射成功后，在庆贺的欢呼声中李济生却并没有太大喜悦。一位老专家的问话总是敲打着他的胸扉：“咱们的卫星虽然上天了，轨道也计算出来了，但你知道定轨精度是多少吗？” 是呀，刚刚起步的中国航天测控，此时还没有来得及研究判定“定轨精度”的方法，担子和责任，压在了李济生的肩上。 他又一头埋进数据和计算中，经过无数次推算和试验，终于找到了一种卫星轨道精度估算方法，并得出我国第一颗卫星的轨道半长轴计算误差在一公里左右的结论。虽然这与当时世界先进水平相差极大，但从此中国近地卫星轨道精度有了最初的数量概念。那一刻，不到30岁的李济生下定决心，一定要实现中国的精密定轨。 搞卫星轨道计算的人都知道，在传统轨道计算公式中，一旦轨道倾角为63.4度时，有些项的分母就会成为零，故而无法计算出卫星轨道，因此63.4度被称为“临界倾角”。 1975年，中国计划发射第一颗返回式遥感卫星，这颗卫星的轨道倾角设计为63度。但考虑到卫星的入轨误差，卫星轨道的实际倾角有可能会接近63.4度，这会使轨道计算误差大大增加，给卫星返回造成很大障碍。“临界倾角”问题成为中国发射第一颗返回式遥感卫星的拦路虎，不解决这个问题，这颗卫星就不能发射。 为了扫清拦路虎，李济生和其他同事一起，查阅相关资料，经过大量的公式推导和试算，确定了“按交点周期进行积分的轨道计算方案”，成功解决了“临界倾角”问题，为中国成为世界第三个掌握卫星回收技术的国家做出了重要贡献。 在我国第一颗返回式遥感卫星测控任务中，李济生一头钻进机房里。计算、计算、还是计算，他三天三夜的睡觉时间不超过五个小时，身体虚弱得十分厉害，以致到后来一看计算机屏眼睛就流泪。医生给他量血压，居然是86/68。医生不相信地量了几次，最后奇怪问他：“你怎么没有晕倒？” 把“东方红二号”卫星 送上太空后，李济生到美国进修。在国内搞了十几年“手编程序”，当时他脑子里根本没有现代计算机的“终端”概念，更不懂什么叫Login（登录）。导师递给他一张小纸片，上面写着User name（用户名）和 password（密码），他竟然不知道这是干什么用的，就连FORTRAN语言也是第一次见到。卫星精密轨道计算涉及的知识面很广，很多知识是他在国内没有学过的。李济生的拼命三郎劲头又出来了，他每周只去一次超市购买食品，省出时间都泡在办公室和图书馆，每天都要夜里12点才回宿舍……进修之后，李济生再赴法国合作开发卫星测控软件，两次欧美之行，让他对国际卫星测控的水平有了更多了解，心中也有了更高的追求目标。 带着新知识回国的李济生如虎添翼。他和其他同事一起，经过几年攻关，建立了中国卫星测控精密定轨系统。这套系统几乎包括了目前已知的所有影响卫星运动的动力学因素，解决了我国新型号测绘卫星总体方案要求定轨精度高的技术难题，为我国新型测绘卫星发射扫清了障碍。十几年来，这套系统已经广泛用于我国发射的地球同步、太阳同步和低轨道卫星的轨道计算中，成为实施卫星测控任务中最主要的定轨手段。该定轨系统还成为分析测轨设备误差的有力工具，对发现和校正卫星测控设备的误差起到了重要作用。同时也为卫星轨道控制精度的提高提供了条件，使中国人造卫星精密定轨技术冲向世界前列。1995年，李济生出版了《人造卫星精密轨道确定》专著，这是一部被专家誉为“国内第一部在卫星动力学学科理论与实践相结合的好教材”。 基于多年的科技成果，李济生获得首届“中国航天基金奖”和其它多种奖励，1997年他入选为中国科学院院士。2000年，李济生又获得何梁何利科学技术奖，次年他被总政表彰为全军优秀共产党员。 如今，让李济生心慰的是，中国卫星精密定轨事业已经后继有人，他曾经工作多年的西安卫星测控中心有了一代年轻的高层次科技人才，他们使我国卫星精密定轨的水平又跨上新台阶，而中国的航天测控事业也在不断发展的步伐中创造着一个又一个的辉煌。“去年发射的海洋二号卫星，卫星径向距离计算精度已优于5厘米，这都是年轻人完成的。可以说，中国现在的卫星精密定轨水平已经达到了国际先进水平。”李济生不无骄傲地说。 遥远的太空，卫星闪烁。在用途各异的中国人造卫星划过的轨道上，都留下一个令人敬重的中国科学家的名字：李济生，中国西安卫星测控中心总工程师，总装备部科技委常任委员。 【人物小传】 李济生，人造卫星轨道动力学和卫星测控专家，中国科学院院士。 1943年出生于山东省济南市，1966年毕业于南京大学天文系，毕业后一直从事人造卫星轨道动力学和卫星测控技术研究。曾任西安卫星测控中心总工程师，现为中国宇航学会第四届飞行器测控专业委员会顾问、西安交通大学和国防科技大学兼职教授、总装备部科技委常任委员。多年来，在人造卫星轨道动力学和卫星测控技术研究方面获国家级和部委级科学技术进步奖十多项，1992年被国家人事部授予国家级有突出贡献的中青年专家称号，1995年获首届中国航天基金奖，1997年入选中科院院士，2000年获何梁何利科学技术奖。 参加了1970年4月24日发射的第一颗人造卫星“东方红一号”的试验任务，主要负责卫星轨道计算工作，从此投身于我国的卫星测控事业。 上世纪70年代对卫星测控应用软件的设计提出了“模块化、标准化、通用化”的创新设计思想，并完成了近地卫星自动调度软件的设计和开发，提高了卫星测控软件的标准化、通用化和自动化水平，大大减轻了软件开发的工作量。 1979年通过对我国发射的低轨道三轴稳定卫星近地点高度逐日升高这一异常现象的研究，发现了该类卫星姿态控制动力对卫星轨道的摄动，并根据我国低轨道卫星姿态控制的机制，完成了“三轴稳定卫星姿控动力对其轨道的摄动”课题研究，建立了三轴稳定卫星姿控动力对轨道摄动的动力学模型，定量地解释了轨道异常变化的原因，提高了定轨精度，填补了我国该项动力学模型的空白。该模型在卫星轨道设计部门和卫星测控部门使用至今。 1984年开发了我国第一颗地球同步通信卫星“东方红二号”卫星自动调度软件和测控计划生成软件，在性能很低的计算机上保障了“东方红二号”卫星测控任务的顺利完成，标志着我国已掌握了复杂卫星的测控技术，该成果获国家级科技进步二等奖。 1993年完成了“西安卫星测控中心精密轨道确定”课题研究，建立了我国卫星测控精密定轨系统。该系统解决了我国新型号测绘卫星总体方案要求定轨精度高的技术难题，使我国定轨精度达到国际先进水平，获国防科工委科技进步一等奖。目前，该系统已成为我国卫星测控任务中最主要的定轨手段，广泛地用于我国发射的地球同步、太阳同步和低轨道卫星的轨道计算中。 1995年出版专著《人造卫星精密轨道确定》。这是国内第一部卫星轨道动力学学科理论与实践相结合的专著，现已成为国内从事人造卫星轨道动力学研究和应用部门的重要参考资料，对我国人造卫星轨道动力学研究起到了很大的推动作用。
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