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長征1號火箭恣態控制系統的三個漂移魔咒  （為紀念東方紅衛星發射50周年) 周吉人   一，研發二自由度靜壓氣浮陀螺儀的迫切性    上世紀五十年代末，德國P--2火箭的恣態控制系統是位置?聯系統，它是位置?聯系統的鼻祖。在這個位置?系統中，採用兩個二自由度陀螺儀：一是垂直陀螺儀（控制火箭滾動和偏航通道)。一個是水平陀螺儀（控制火箭俯仰通道）。它的漂移精度是12度/時。 在我國位置?聯家族中有：DF一1陀螺儀漂移精度提高到9．6度/時。DF一2陀螺議漂移精度達到6度/時。DF-3陀螺儀精度達到3度/時。以上的二自由陀螺儀均採用滾珠軸承支撐。DF-4陀螺儀漂移精度，系統要求：1度/時。二自由陀螺儀採用了雙軸靜壓氣浮陀螺儀。因為如果不採用新的支撐方式，很難滿足系統對陀螺儀的漂移精度要求了。     早在1964年之前，從蘇聯回國的丁衡高擔任陀螺元器件研究室主任（即十三所第四研究室主任）時，巳經安排胡麒禔到無錫機床廠為靜壓氣浮軸承的設計的調研工作。所以，胡麒褆從1963年就開始從事靜壓氣浮軸承的設計工作，直到1967年。之后，由陳仲瑋負責靜壓氣浮軸承的設計工作。一直到產品最后定型。                  二，DF一4陀螺儀的研發 1964年初到1964年末，由袁萬顯、胡麒禔、王玉珍、周吉人四人開始研制單軸靜壓氣浮陀螺儀，經過實驗室測試，陀螺儀的精度明顯提高。這將顯示出靜壓氣浮支承陀螺儀的預期的遠景。 在研制成功單軸氣浮陀螺儀總結會上，袁萬顯提出了雙軸（陀螺儀內、外框架軸）均採用氣浮支承。這是創新之舉。得到了留美回國的時任郝復儉所長、留蘇回國的丁衡高付所長的大力支持。郝復儉所長還專門自掏腰包買了兩條中華牌香煙請與會的技術人員和工人師付吸！可見他對這個新的創意的重視。這是“大人物”人物和“小人物”人物之間第一次完美的結合。在以后的工作中還發生過多次。 65年初，該課題組擴充為16人的工程組，正式開始DF一4陀螺工程樣機的設計工作。由劉次良任組長。經歷了兩次模樣設計階段，一次初樣設計階段。1967年11月，正式開始01批試樣設計。并于1968年底，在230廠研制出陀蜾儀的試樣產品。為此，歷經4年的研發工作，完成了「長征一號」火箭恣態控制系統的陀螺儀的研制。按理說，長征一號火箭有望將東方紅衛星順利進入預定軌道。但是，研發工作遇到陀螺儀三個漂移魔咒：振動、溫度、氣壓。 三，陀螺儀三個漂移魔咒的攻克。 本文僅回憶衛星升空前，最后的一年多的時間里，13所科技人員們最后攻克三個陀螺儀漂移魔咒的實情。 就13所有言，這是一個極有力的攻關團隊，郝復儉所長、丁衡高付所長、楊??付主任是強有力的領導團隊，下面有陳仲瑋、敖茂全、崔佩勇、樊桂云、陳經祺、周吉人攻關小組成員。與230廠密切配合完成了陀螺儀三個漂移魔咒的攻克。 特別說明的是在攻關期間，曾得到了錢學森付部長、任新民付院長、謝光選部長的堅強領導和頂力支持。有一次周吉人到郝所長辦公室匯報工作，適時夏天，外面下著大雨，任新民付院長來到十三所七樓辦公室，全身都淋濕了，穿著一雙涼鞋。只身而來，沒有秘書陪同。他的來意是希望十三所陀螺抓緊時間不要躭誤衛星發射的進度，此情此景，我十分感動，至今沒有忘懷。 這個攻關剛剛好在文革期間發生，在浩浩蕩蕩的科枝人員下放浪潮中，高層領導決定把研發“東方紅一號衛星發射”的這支科研隊伍，不論是什么政治觀點的統統留在北京。確實是正確之舉！這體現出“我們也要搞人造衛星”的國家意志。 1，第一個陀螺漂移魔咒——振動 郝復儉所長和丁衡高付所長非常重視新產品的可靠性。他們和運載火箭總設計師任新民（一院付院長）副總設計師謝光遠（一院一部主任）共同決定：將陀螺儀裝在二級火箭的儀器侖底座上，陀螺儀在發動機試車時經受振動的考驗。由陳經祺、周吉人兩位技術員負責這項試驗。在準備工作中，排除了直流DC30V從地面到儀器侖長距離的輸送等問題。在發動機試車過程中，用筆錄儀自動記錄陀螺儀的漂移和安裝在基座上振動加速度計的振動頻率。如果陀螺判斷不出現漂移，筆錄儀就是一條平直線，否則，如有漂移出現，筆錄儀就有起伏。這個情況剛剛好與醫院里作心電圖筆錄儀判斷正常與否相反。試驗發現：當試車振動頻率在220赫芝時，兩個陀螺儀筆錄儀出現很大起伏。很不幸，1968 年初夏，這個搭載實驗以失敗告終，DF--4陀螺儀意想不到的出現了大漂移。人們深深佩服領導團隊的超前質量意識，避免了火箭發射后自毀以及東方衛星出師未捷身先死的厄運。   在這關鍵時刻，離開火箭發射時間又是十分迫近，郝復儉所長和丁??高付所長商議后，直接將230廠生產的試樣產品到702所大型振動臺進行振動掃描模擬試驗，考核陀螺儀是否復現出在220Hz振動頻率時出現的大漂移。周吉人成功設計出陀螺儀和振動臺之間的過渡支架，這個支架的剛度系數特別高，這樣就排除了支架引起附加的共振頻率對陀螺儀的影響。掃描頻率是從20Hz到2000Hz,當掃描振動頻率越過220Hz頻率時陀螺儀果真出現大漂,而且此項試驗重復性極高。模擬試驗與搭載試驗結果完全吻合。敖茂全和崔佩勇兩位技術員馬上提出加固底座的方案。將加固底座的陀螺儀在整個掃描試驗過程中，陀螺儀漂移精度十分穩定。為1969年11月16日為「 長征一號」火箭首飛試驗贏得了寶貴的時間。也為1970年01月30日「長征一號」第二發射成功打下了基礎。為了進一步確保[ 東方紅一號] 人造衛星的成功發射。郝復儉所長對陀螺儀底座還是有些不放心，他用火柴盒和膠水搭出一個完全嶄新的陀螺底座模型。這就是后來被人們稱之為框架式底座結構的雛型，該結構模式完全改變了先前四個型號中陀螺底座平板型的結構摸式，在不增加重量和體積的前提下，不再出現機械共振現象。當這個火柴盒陀螺底座模型在230廠五號廠房展現之后，得到丁衡高付所長、楊??付主任等在場人員的肯定，周吉人馬上把敖茂全和崔佩勇兩位設計請到五號廠房。他們二話不說就回所承擔了這個設計任務。    為爭取寶貴時間，由敖茂全、崔佩勇兩位技術員連夜精心設計。設計出了一張1189mmx84mm的Ao圖紙的底座設計圖。當時已經沒有時間描圖、曬圖，直接用透明塑料薄膜將A0設計圖封起來，保護著徒手劃出的圖片中的鉛筆字跡。直接投入生產。不管是在699廠01翻砂車間，還是是230廠各個加工工段，工人師們充分發揮了他們聰明智慧，才完成了底座的加工工作。將新的底座組裝的陀螺儀經過振動掃描試驗，在掃描全過程中，陀螺儀表精度十分穩定。極圓滿解決了陀螺儀的共振問題。不僅為[ 東方紅一號] 人造衛星發射打下了結實的基礎，而且為以后各種型號的定型奠定了牢固的基礎。我們終于攻克了第一道漂移振動魔咒關。 當儀表在二級火箭上搭載試驗失敗后，工程組里還有其他技術人員也都十分關切，充分發揮他們的聰明才智，以劉次良組長、袁萬顯等技術人員設計出別樣陀螺底座形式，其外形樣子很像波蘿，它的構思是：它將整個外框架系統，組裝到園形的底座園桶中，大大増加了剛度系數，完全可以消除陀螺儀的共振現象。該底座已經在699廠01翻砂并在13所模樣車間投入加工生產。 火箭侖中只允許裝一種類型的陀螵?座，所以，兩套陀螺底座怎么取舍的問題擺在郝復儉所長面前，時下是文革時期，各級領導已經癱瘓了。十三所已經實行了軍管。適時錢學森付部長來到十三所召開了一會議，他聽取了方方面面的意見，會議結束時，他說：我這次是受周恩來總理的委托，郝復儉所長是國務院任命的，現在國務院沒有撤消他的這個任命。一切技術問題均由郝所長全盤負責任。將來由于慣性器件影響了衛星的發射，十三所是有責任的。希望大家都要服從并支持郝所長。 當天晚上，由郝復儉所長、丁衡高付所長、楊暢付主任、周吉人、敖茂全、崔佩勇等一行六人，到699廠01翻砂車間實地調研考察。考察畢，天色已晩，郝所長情真意切的說了這段話：都是為了咱們國家好，都是為了讓衛星發射成功。大家都是我的部下，手心、手背都是肉。此方案確實存在一些問題，也沒時間經歷實驗考驗。已經接受過考驗的底座，在230廠巳經全面投入使用，所以，此方案只能到此為止。     2，第二個陀螺漂移魔咒——溫度    以往採用的滾珠軸承支承的二自由度陀螺儀，本身儀表精度差，對環境溫度+50 ℃?-40℃溫度范圍里，陀螺儀的漂移沒有明顯的差別。所以，50年前，十三所在陀螺儀的溫度控制專業也是一片空白。可是，對二自由度雙軸靜壓氣浮陀螺儀情況就完全不同了，因為它精度高，它對溫度特別敏感，漂移隨溫度變化而變化，雖然不會直接影響運載火箭的可靠性，但嚴重影響導彈的命中精度和衛星的入軌精度，也是必須要攻克的技術關鍵。    丁衡高付所長將這一個情況馬上匯報到一院第一設計總體部主任謝光選副總設計師那里。總體部不僅提供了保溫衣的布料、熱電阻絲片和溫度繼電器。此項試驗是由樊桂云、周吉人兩位技術員負責，而且謝光選部長親自參加了我們在南苑的溫控試驗。直到試驗全部成功，他才放心離開。在試驗過程中，我十分敬佩謝光選部長的。時過50年，始終沒有忘記過他。           經過反復試驗，陀螺儀溫度控制獲得原満成功。將陀螺穿上保溫衣（保溫衣是街道230廠家屬老大媽幫助縫制的），保溫衣的溫度一直控制在+50 ℃。這是我們攻克了第二道陀螺漂移溫度魔咒關。      3，第三個陀螺漂移魔咒——氣壓 1969年10月下旬，計劃用「長征一號」運載火箭首次進行飛行試驗。以檢驗「長征一號」運載火箭的性能，并為發射[ 東方紅一號] 衛星作準備。在基地，將兩個陀螺儀只通氣，不通電的的情況下，僅在試驗桌上就發出＜嗡嗡＞的聲音，而且由于桌面不平整，陀螺儀還在微微移動。經丁衡高付所長和郝復儉所長電話啇量確定是低氣壓現象。是由于北京與甘肅酒泉海撥高度不同引起的。靜壓軸承靜壓氣流自激現象。丁衡高付所長和戚元海師付攜帶著兩臺陀螺儀乘專機返回北京，北京方面在200廠例行試驗室作好低氣壓仿真模擬試驗的各項準備。試驗持續了一宿。當真空度達到一定數值，相當于火箭上升高度還沒超過3Km時，氣壓為0.691 大氣壓。陀螺儀馬上出現特大、特大漂移，如不解決這個問題，「長征一號」火箭同樣會出現自毀，[ 東方紅一號] 衛星也不能預期進入太空。 郝復儉所長將此實驗結果直接向上級??報后，笫二天上午8點鐘，錢學森付部長帶著一院第一設計總體部的一批人馬到230廠會議室開會，聽取了周吉人的試驗??報后，他作出兩條指示：1，13所繼續做試驗，將出氣口拖一根出氣管，觀察氣管長度不斷延長到一定長度后，待陀螺漂移穩定后，測量出陀螺儀出口端的壓力，并告知一部相關部門。2，一部相關部門立即提供給陀螺儀出氣口端安裝相應的定壓活門。 根據錢付部長的指示，我們又做了大量工作，當出氣管延長至0 .7 米時，出氣口壓力為0.3 個大氣壓，陀螺儀安全通過真空仿真試驗。解決了陀螺儀中靜壓氣體軸承在低氣壓狀態下的自激問題。在儀表出口端安裝了定壓活門之后，在真空環境下，氣浮軸承沒有出現自激現象，儀表漂移十分穩定。我們終于攻克了第三道陀螺漂移氣壓魔咒關。                       <img src="//:0"><img src="//:0"><img src="//:0"><img src="//:0"><img src="//:0"> 四，結尾    系統對陀螺儀精度要求是1度/時，然而，由于靜壓氣浮的特點，它的漂移極其穩定，離散性極小。這為曹寧生技術員長期研究陀螺漂移系數的分離并為系統進行補償創造了條件，所以陀螺儀的精度提高了一個數量級。      DF-4陀螺儀研發的成功經驗：三個技術關鍵的攻克及精度的補償技術等諸多方面，為DF-5的研發提供極其寶貴的經驗。        郝復儉所長曾預言： 這種二自由度雙軸靜壓氣浮陀螺儀從設計角度講，可以說是非常完美了。2009 年用存放27 年的這種陀螺儀重新進行飛行試驗，獲得了園滿成功。 2020年03月21日 ***************************************************** 東方紅衛星成功發射后新氣象當第一顆衛星發射成功后，周吉人從甘肅酒泉衛星發射基地回到了北京。雖然文化大革命沒有結束，全體工程組組員在東方紅衛星發射成功的鼓勵下，相互嚴重對立的現象不見了，看到了另一種嶄新的景象，組長劉次良帶領工程組全體技術人員，嚴密分工，團結一致，以01批試樣為基礎，展開了02批試樣的設計（實際就是定型階段）。這是文革以來第一次看到那樣團結的氛圍。我非常感動。完成這次設計后，16位工程技術人員就各奔東西了。我就去從事“動壓陀螺”的研發，有一部份人員由于家屬的原因到了十六所去了，丁衡高付所長才奔赴十六所去了。他們在那里充分發揮出他們的才華，為新的DF一21型號作出重大貢獻。留在十三所的其他技術人員，在新的型號研發中也創造了很多奇跡。為十三所作出新的貢獻。 1957年10月，隨電子科學技術研究院并入國防部第五研究院，開始從事導彈與航天技術工作，歷任研究室主任，設計部副主任、主任等職，并被聘任為第五研究院第一屆科學技術委員會委員。曾當選為第三屆全國人大代表。1964年6月參軍，被授予技術上校軍銜。1965年改為第七機械工業部后，仍任慣性器件研究所所長。 1931年2月3日出生，江蘇省南京市人。1952年本科畢業于南京工學院（現東南大學），1961年畢業于原蘇聯列寧格勒精密機械光學學院，獲副博士學位。長期從事制導武器的陀螺儀、加速度計、慣性平臺系統等的研制工作。中國戰略導彈慣性技術奠基人之一，參加了戰略導彈的研究、設計、試驗和衛星發射的組織領導工作。1987年任清華大學兼職教授、博士生導師。1994年被選為中國工程院院士。1994年當選為中國工程院院士。1994年6月8日晉升為上將軍銜。曾擔任國防科工委主任。 楊暢，原名楊福昌，中共黨員，中國航天科技集團公司慣性導航專家，1991年被航空航天部批準為有突出貢獻的老專家，享受政府特殊津貼。1957年畢業于上海交通大學，歷任西北工業大學助教、講師、教研室副主任。1965年調至國家航天部門，歷任高級工程師、研究員、北京控制儀表研究所副所長等職，長期從事火箭慣性技術研究 1957年四川大學畢業，同年參國防第五研究院0638部四支隊工作，上慰軍銜。航天部勞動模范，享受政府津貼。曾經任研究室付主任。在雙軸氣浮靜壓陀螺儀及速率?系統的發展作出重要貢獻。 給總編輯說幾句話 第一點 總編輯：小明主任提示我投稿時，我的顧慮挺多。由于本文技術性大強，涉及方方面面。我沒有能力將其寫成報告文學作品。不能生動顯示出上至各級領導，下至實干苦干有著真才實學的“小人物們”的生動寫照。肯切總編輯費心，只當本僅提供些素材而巳。實在太費心，也就作罷。我的創作勞動權當我與當時共度艱心的領導和同事們的一次懷念。， 第二點 在********下面有一段文字： 東方紅衛星成功發射后新氣象 當第一顆衛星發射成功后，周吉人從甘肅酒泉衛星發射基地回到了北京。雖然文化大革命沒有結束，全體工程組組員在東方紅衛星發射成功的鼓勵下，相互嚴重對立的現象不見了，看到了另一種嶄新的景象，組長劉次良帶領工程組全體技術人員，嚴密分工，團結一致，以01批試樣為基礎，展開了02批試樣的設計（實際就是定型階段）。這是文革以來第一次看到那樣團結的氛圍。我非常感動。完成這次設計后，16位工程技術人員就各奔東西了。我就去從事“動壓陀螺”的研發，有一部份人員由于家屬的原因到了十六所去了，丁衡高付所長才奔赴十六所去了。他們在那里充分發揮出他們的才華，為新的DF一21型號作出重大貢獻。留在十三所的其他技術人員，在新的型號研發中也創造了很多奇跡。為十三所作出新的貢獻給總編輯說幾句話 總編輯：上面這段話似乎與文中主題不符，現在我無法將這段文字安排到文章里去。但是，它的確保涵著深層次的含義。因為文革期間，七機部分兩派，916與915。而且各個大小單位都是一樣的，各級領導已經被造反派奪權，后來已經實行了軍管。要到兄弟單位去辦事，不太容易。經歷事情很多，這里就只提三件事： 1，那天錢學森付部長在十三所召開會議，其氣氛是對郝復儉所長語言上的批判！適時703所姚桐斌所長被打死。整個兩個小時會議期間，郝復儉一句話也沒有說。 2，敖茂全曾在699廠01車間被打。當天我與丁付所長通了電話。丁付所長說這個局面大家都控制不住。自己小心一點。晚上，老敖告訴我讓我一定要到699廠03熱處理車間值班，我一個人去了，只看到車間外齊集了很多人，意思是這批底座是假的，不讓熱處理，我說服車間工藝員，還好，這批底完成了熱處理。 3，我們到702所做振動試驗時被拒絕一次，所以，寫這段話，在當時工程組嚴重對立的情況下，全體工程組成員在東方紅一號衛星上天的鼓勵下，能團結一致地一起繼續共事，實在不容易！ 第三點 總編輯：在編寫過程中，作為真實精彩的史料，理應將攻關期間“主要科研人員”的照片、名片隨文稿一起發表，個人能力有限！無法做到。如果總編研究下來決定要採用本人理念，希望通過組織系統來完成。這里我只提供主要人員的名單和部分資料。排名順序如下：郝復儉、丁衡高、楊??、劉次良（171）袁萬顯、胡麒褆、崔佩勇（171）、敖茂全（171）、陳仲瑋、曹寧生。在那個時候，這批人沒有職稱（都是技術員）、長達5一6年的奮斗沒有人員得到任何奨勵、而且這批人馬在后來的工作中都貢獻很大。有的人已離世幾十年了。留下來的人已為數不多，而且他們都到耄耋老人了。趁紀念我國第一顆東方紅衛上天50周年之際，就算是給他們小小的補償吧。 二，總編輯：在編寫過程中，作為真實珍貴的史料，理應將攻關期間“主要科研人員”的照片、名片隨文稿一起發表，個人能力有限！無法做到。如果總編研究下來決定要採用本人理念，希望通過組織系統來完成。這里我只提主要人員的名單和部分資料。排名順序如下：郝復儉、丁衡高、楊??、劉次良（171）袁萬顯、胡麒褆、崔佩勇（171）、敖茂全（171）、陳仲瑋、曹寧生。

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