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长征1号火箭恣态控制系统的三个漂移魔咒 

（为纪念东方红卫星发射50周年) 周吉人

  一，研发二自由度静压气浮陀螺仪的迫切性

    上世纪五十年代末，德国P--2火箭的恣态控制系统是位置㨗联系统，它是位置㨗联系统的鼻祖。在这个位置㨗系统中，採用两个二自由度陀螺仪：一是垂直陀螺仪（控制火箭滚动和偏航通道)。一个是水平陀螺仪（控制火箭俯仰通道）。它的漂移精度是12度/时。

在我国位置㨗联家族中有：DF一1陀螺仪漂移精度提高到9．6度/时。DF一2陀螺议漂移精度达到6度/时。DF-3陀螺仪精度达到3度/时。以上的二自由陀螺仪均採用滚珠轴承支撑。DF-4陀螺仪漂移精度，系统要求：1度/时。二自由陀螺仪採用了双轴静压气浮陀螺仪。因为如果不採用新的支撑方式，很难满足系统对陀螺仪的漂移精度要求了。

     早在1964年之前，从苏联回国的丁衡高担任陀螺元器件研究室主任（即十三所第四研究室主任）时，巳经安排胡麒禔到无锡机床厂为静 压气浮轴承的设计的调研工作。所以，胡麒褆从1963年就开始从事静压气浮轴承的设计工作，直到1967年。之后，由陈仲瑋负责静压气浮轴承的设计工作。一直到产品最后定型。

         

         二，DF一4陀螺仪的研发

1964年初到1964年末，由袁万显、胡麒禔、王玉珍、周吉人四人开始研制单轴静压气浮陀螺仪，经过实验室测试，陀螺仪的精度明显提高。这将显示出静压气浮支承陀螺仪的预期的远景。

在研制成功单轴气浮陀螺仪总结会上，袁万显提出了双轴（陀螺仪内、外框架轴）均採用气浮支承。这是创新之举。得到了留美回国的时任郝复俭所长、留苏回国的丁衡高付所长的大力支持。郝复俭所长还专门自掏腰包买了两条中华牌香烟请与会的技术人员和工人师付吸！可见他对这个新的创意的重视。这是“大人物”人物和“小人物”人物之间第一次完美的结合。在以后的工作中还发生过多次。

65年初，该课题组扩充为16人的工程组，正式开始DF一4陀螺工程样机的设计工作。由刘次良任组长。经历了两次模样设计阶段，一次初样设计阶段。1967年11月，正式开始01批试样设计。并于1968年底，在230厂研制出陀蜾仪的试样产品。为此，历经4年的研发工作，完成了「长征一号」火箭恣态控制系统的陀螺仪的研制。按理说，长征一号火箭有望将东方红卫星顺利进入预定轨道。但是，研发工作遇到陀螺仪三个漂移魔咒：振动、温度、气压。

三， 陀螺仪三个漂移魔咒的攻克。

本文仅回忆卫星升空前，最后的一年多的时间里，13所科技人员们最后攻克三个陀螺仪漂移魔咒的实情。

就13所有言，这是一个极有力的攻关团队，郝复俭所长、丁衡高付所长、楊𣈱付主任是強有力的领导团队，下面有陈仲瑋、敖茂全、崔佩勇、樊桂云、陈经祺、周吉人攻关小组成员。与230厂密切配合完成了陀螺仪三个漂移魔咒的攻克。

特别说明的是在攻关期间，曾得到了钱学森付部长、任新民付院长、谢光选部长的坚强领导和顶力支持。有一次周吉人到郝所长办公室汇报工作，适时夏天，外面下着大雨，任新民付院长来到十三所七楼办公室，全身都淋湿了，穿着一双凉鞋。只身而来，没有秘书陪同。他的来意是希望十三所陀螺抓紧时间不要躭误卫星发射的进度，此情此景，我十分感动，至今没有忘怀。

这个攻关刚刚好在文革期间发生，在浩浩荡荡的科枝人员下放浪潮中，高层领导决定把研发“东方红一号卫星发射”的这支科研队伍，不论是什么政治观点的统统留在北京。確实是正确之举！这体现出“我们也要搞人造卫星”的国家意志。

1，第一个陀螺漂移魔咒——振动

郝复俭所长和丁衡高付所长非常重视新产品的可靠性。 他们和运载火箭总设计师任新民（一院付院长）副总设计师谢光远（一院一部主任）共同决定：将陀螺仪装在二级火箭的仪器仑底座上，陀螺仪在发动机试车时经受振动的考验。由陈经祺、周吉人两位技术员负责这项试验。在准备工作中，排除了直流DC30V从地面到仪器仑长距离的输送等问题。在发动机试车过程中，用筆录仪自动记录陀螺仪的漂移和安装在基座上振动加速度计的振动频率。如果陀螺判断不出现漂移，筆录仪就是一条平直线，否则，如有漂移出现，筆录仪就有起伏。这个情况刚刚好与医院里作心电图笔录仪判断正常与否相反。试验发现：当试车振动频率在220赫芝时，两个陀螺仪筆录仪出现很大起伏。很不幸，1968 年初夏，这个搭载实验以失败告终，DF--4陀螺仪意想不到的出现了大漂移。人们深深佩服领导团队的超前质量意识，避免了火箭发射后自毁以及东方卫星出师未捷身先死的厄运。

   在这关键时刻，离开火箭发射时间又是十分迫近，郝复俭所长和丁𧗾高付所长商议后，直接将230厂生产的试样产品到702所大型振动台进行振动扫描模拟试验，考核陀螺仪是否复现出在220Hz振动频率时出现的大漂移。周吉人成功设计出陀螺仪和振动台之间的过渡支架，这个支架的刚度系数特别高，这样就排除了支架引起附加的共振频率对陀螺仪的影响。扫描频率是从20Hz到2000Hz,当扫描振动频率越过220Hz频率时陀螺仪果真出现大漂,而且此项试验重复性极高。模拟试验与搭载试验结果完全吻合。敖茂全和崔佩勇两位技术员马上提出加固底座的方案。将加固底座的陀螺仪在整个扫描试验过程中，陀螺仪漂移精度十分稳定。为1969年11月16日为「 长征一号」火箭首飞试验赢得了宝贵的时间。也为1970年01月30日「长征一号」第二发射成功打下了基础。为了进一步確保[ 东方红一号] 人造卫星的成功发射。郝复俭所长对陀螺仪底座还是有些不放心，他用火柴盒和胶水搭出一个完全崭新的陀螺底座模型。这就是后来被人们称之为框架式底座结构的雏型，该结构模式完全改变了先前四个型号中陀螺底座平板型的结构摸式，在不增加重量和体积的前提下，不再出现机械共振现象。当这个火柴盒陀螺底座模型在230厂五号厂房展现之后，得到丁衡高付所长、楊𣈱付主任等在場人员的肯定，周吉人马上把敖茂全和崔佩勇两位设计请到五号厂房。他们二话不说就回所承担了这个设计任务。

    为争取宝贵时间，由敖茂全、崔佩勇两位技术员连夜精心设计。设计出了一张1189mmx84mm的Ao图纸的底座设计图。当时已经没有时间描图、晒图，直接用透明塑料薄膜将A0设计图封起来，保护着徒手划出的图片中的铅筆字跡。直接投入生产。不管是在699厂01翻砂车间，还是是230厂各个加工工段，工人师们充分发挥了他们聪明智慧，才完成了底座的加工工作。将新的底座组装的陀螺仪经过振动扫描试验，在扫描全过程中，陀螺仪表精度十分稳定。极圆满解决了陀螺仪的共振问题。不仅为[ 东方红一号] 人造卫星发射打下了结实的基础，而且为以后各种型号的定型奠定了牢固的基础。我们终于攻克了第一道漂移振动魔咒关。

当仪表在二级火箭上搭载试验失败后，工程组里还有其他技术人员也都十分关切，充分发挥他们的聪明才智，以刘次良组长、袁万显等技术人员设计出別样陀螺底座形式，其外形样子很像波萝，它的构思是：它将整个外框架系统，组装到园形的底座园桶中，大大増加了刚度系数，完全可以消除陀螺仪的共振现象。该底座已经在699厂01翻砂并在13所模样车间投入加工生产。

火箭仑中只允许装一种类型的陀螵㡳座，所以，两套陀螺底座怎么取舍的问题摆在郝复儉所长面前，时下是文革时期，各级领导已经瘫痪了。十三所已经实行了军管。适时钱学森付部长来到十三所召开了一会议，他听取了方方面面的意见，会议结束时，他说：我这次是受周恩来总理的委托，郝复儉所长是国务院任命的，现在国务院没有撤消他的这个任命。一切技术问题均由郝所长全盘负责任。将来由于惯性器件影响了卫星的发射，十三所是有责任的。希望大家都要服从并支持郝所长。

当天晚上，由郝复儉所长、丁衡高付所长、杨暢付主任、周吉人、敖茂全、崔佩勇等一行六人，到699厂01翻砂车间实地调研考察。考察毕，天色已晩，郝所长情真意切的说了这段话：都是为了咱们国家好，都是为了让卫星发射成功。大家都是我的部下，手心、手背都是肉。此方案確实存在一些问题，也没时间经历实验考验。已经接受过考验的底座，在230厂巳经全面投入使用，所以，此方案只能到此为止。

    

2，第二个陀螺漂移魔咒——温度

   

以往採用的滚珠轴承支承的二自由度陀螺仪，本身仪表精度差，对环境温度+50 ℃〜-40℃温度范围里，陀螺仪的漂移没有明显的差别。所以，50年前，十三所在陀螺仪的温度控制专业也是一片空白。可是，对二自由度双轴静压气浮陀螺仪情况就完全不同了，因为它精度高，它对温度特别敏感，漂移隨温度变化而变化，虽然不会直接影响运载火箭的可靠性，但严重影响导弹的命中精度和卫星的入轨精度，也是必须要攻克的技术关键。

    丁衡高付所长将这一个情况马上汇报到一院第一设计总体部主任谢光选副总设计师那里。总体部不仅提供了保温衣的布料、热电阻丝片和温度继电器。此项试验是由樊桂云、周吉人两位技术员负责，而且谢光选部长亲自参加了我们在南苑的温控试验。直到试验全部成功，他才放心离开。在试验过程中，我十分敬佩謝光选部长的。时过50年，始终沒有忘记过他。     

      经过反复试验，陀螺仪温度控制获得原満成功。将陀螺穿上保温衣（保温衣是街道230厂家属老大妈帮助缝制的），保温衣的温度一直控制在+50 ℃。这是我们攻克了第二道陀螺漂移温度魔咒关。

     3，第三个陀螺漂移魔咒——气压

1969年10月下旬，计划用「长征一号」运载火箭首次进行飞行试验。以检验「 长征一号」 运载火箭的性能，并为发射[ 东方红一号] 卫星作准备。在基地，将 两个陀螺仪只通气，不通电的的情况下，仅在试验桌上就发出＜ 嗡嗡＞ 的声音，而且由于桌面不平整，陀螺仪还在微微移动。经丁衡高付所长和郝复俭所长电话啇量確定是低气压现象。是由于北京与甘肅酒泉海拨高度不同引起的。静压轴承静压气流自激现象。丁衡高付所长和戚元海师付携带着两台陀螺仪乘專机返回北京，北京方面在200厂例行试验室作好低气压仿真模拟试验的各项准备。试验持续了一宿。当真空度达到一定数值，相当于火箭上升高度还没超过3Km时，气压为0.691 大气压。陀螺仪马上出现特大、特大漂移，如不解决这个问题，「 长征一号」 火箭同样会出现自毁，[ 东方红一号] 卫星也不能预期进入太空。

郝复俭所长将此实验结果直接向上级𢑥报后，笫二天上午8点钟，钱学森付部长带着一院第一设计总体部的一批人马到230厂会议室开会，听取了周吉人的试验𢑥报后，他作出两条指示：1，13所继续做试验，将出气口拖一根出气管，观察气管长度不断延长到一定长度后，待陀螺漂移稳定后，测量出陀螺仪出口端的压力，并告知一部相关部门。2，一部相关部门立即提供给陀螺仪出气口端安装相应的定压活门。

根据钱付部长的指示，我们又做了大量工作，当出气管延长至0 .7 米时，出气口压力为0.3 个大气压，陀螺仪安全通过真空仿真试验。解决了陀螺仪中静压气体轴承在低气压状态下的自激问题。在仪表出口端安装了定压活门之后，在真空环境下，气浮轴承没有出现自激现象，仪表漂移十分稳定。我们终于攻克了第三道陀螺漂移气压魔咒关。

                     

四， 结 尾

    系统对陀螺仪精度要求是1度/时， 然而，由于静压气浮的特点，它的漂移极其稳定，离散性极小。这为曹宁生技术员长期研究陀螺漂移系数的分离并为系统进行補偿创造了条件，所以陀螺仪的精度提高了一个数量级。

      DF-4陀螺仪研发的成功经验：三个技术关键的攻克及精度的补偿技术等诸多方面，为DF-5的研发提供极其宝贵的经验。

        郝复俭所长曾预言： 这种二自由度双轴静压气浮陀螺仪从设计角度讲，可以说是非常完美了。2009 年用存放27 年的这种陀螺仪重新进行飞行试验，获得了园满成功。

2020年03月21日

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东方红卫星成功发射后新气象

当第一颗卫星发射成功后，周吉人从甘肃酒泉卫星发射基地回到了北京。虽然文化大革命没有结束，全体工程组组员在东方红卫星发射成功的鼓励下，相互严重对立的现象不见了，看到了另一种崭新的景象，组长刘次良带领工程组全体技术人员，严密分工，团结一致，以01批试样为基础，展开了02批试样的设计（实际就是定型阶段）。这是文革以来第一次看到那样团结的氛围。我非常感动。完成这次设计后，16位工程技术人员就各奔东西了。我就去从事“动压陀螺”的研发，有一部份人员由于家属的原因到了十六所去了，丁衡高付所长才奔赴十六所去了。他们在那里充分发挥出他们的才华，为新的DF一21型号作出重大贡献。留在十三所的其他技术人员，在新的型号研发中也创造了很多奇迹。为十三所作出新的贡献。

1957年10月，随电子科学技术研究院并入国防部第五研究院，开始从事导弹与航天技术工作，历任研究室主任，设计部副主任、主任等职，并被聘任为第五研究院第一届科学技术委员会委员。曾当选为第三届全国人大代表。1964年6月参军，被授予技术上校军衔。1965年改为第七机械工业部后，仍任惯性器件研究所所长。

1931年2月3日出生，江苏省南京市人。

1952年本科毕业于南京工学院（现东南大学），1961年毕业于原苏联列宁格勒精密机械光学学院，获副博士学位。长期从事制导武器的陀螺仪、加速度计、惯性平台系统等的研制工作。中国战略导弹惯性技术奠基人之一，参加了战略导弹的研究、设计、试验和卫星发射的组织领导工作。1987年任清华大学兼职教授、博士生导师。1994年被选为中国工程院院士。1994年当选为中国工程院院士。1994年6月8日晋升为上将军衔。曾担任国防科工委主任。

杨畅，原名杨福昌，中共党员，中国航天科技集团公司惯性导航专家，1991年被航空航天部批准为有突出贡献的老专家，享受政府特殊津贴。1957年毕业于上海交通大学，历任西北工业大学助教、讲师、教研室副主任。1965年调至国家航天部门，历任高级工程师、研究员、北京控制仪表研究所副所长等职，长期从事火箭惯性技术研究

1957年四川大学毕业，同年参国防第五研究院0638部四支队工作，上慰军衔。航天部劳动模范，享受政府津贴。曾经任研究室付主任。在双轴气浮静压陀螺仪及速率㨗系统的发展作出重要贡献。

给总编辑说几句话

第一点

总编辑：小明主任提示我投稿时，我的顾虑挺多。由于本文技术性大強，涉及方方面面。我沒有能力将其写成报告文学作品。不能生动显示出上至各级领导，下至实干苦干有着真才实学的“小人物们”的生动写照。肯切总编辑费心，只当本仅提供些素材而巳。实在太费心，也就作罢。我的创作劳动权当我与当时共度艰心的领导和同事们的一次怀念。

，

第二点

在********下面有一段文字：

东方红卫星成功发射后新气象

当第一颗卫星发射成功后，周吉人从甘肃酒泉卫星发射基地回到了北京。虽然文化大革命没有结束，全体工程组组员在东方红卫星发射成功的鼓励下，相互严重对立的现象不见了，看到了另一种崭新的景象，组长刘次良带领工程组全体技术人员，严密分工，团结一致，以01批试样为基础，展开了02批试样的设计（实际就是定型阶段）。这是文革以来第一次看到那样团结的氛围。我非常感动。完成这次设计后，16位工程技术人员就各奔东西了。我就去从事“动压陀螺”的研发，有一部份人员由于家属的原因到了十六所去了，丁衡高付所长才奔赴十六所去了。他们在那里充分发挥出他们的才华，为新的DF一21型号作出重大贡献。留在十三所的其他技术人员，在新的型号研发中也创造了很多奇迹。为十三所作出新的贡献给总编辑说几句话

总编辑：上面这段话似乎与文中主题不符，现在我无法将这段文字安排到文章里去。但是，它的確保涵着深层次的含义。因为文革期间，七机部分两派，916与915。而且各个大小单位都是一样的，各级领导已经被造反派夺权，后来已经实行了军管。要到兄弟单位去办事，不太容易。经历事情很多，这里就只提三件事：

1，那天钱学森付部长在十三所召开会议，其气氛是对郝复俭所长语言上的批判！适时703所姚桐斌所长被打死。整个两个小时会议期间，郝复俭一句话也没有说。

2，敖茂全曾在699厂01车间被打。当天我与丁付所长通了电话。丁付所长说这个局面大家都控制不住。自己小心一点。晚上，老敖告诉我让我一定要到699厂03热处理车间值班，我一个人去了，只看到车间外齐集了很多人，意思是这批底座是假的，不让热处理，我说服车间工艺员，还好，这批底完成了热处理。

3，我们到702所做振动试验时被拒绝一次，

所以，写这段话，在当时工程组严重对立的情况下，全体工程组成员在东方红一号卫星上天的鼓励下，能团结一致地一起继续共事，实在不容易！

第三点

总编辑：在编写过程中，作为真实精彩的史料，理应将攻关期间“主要科研人员”的照片、名片随文稿一起发表，个人能力有限！无法做到。如果总编研究下来决定要採用本人理念，希望通过组织系统来完成。这里我只提供主要人员的名单和部分资料。排名顺序如下：郝复俭、丁衡高、杨𣈱、刘次良（171）袁万显、胡麒褆、崔佩勇（171）、敖茂全（171）、陈仲瑋、曹宁生。在那个时候，这批人沒有职称（都是技术员）、长达5一6年的奋斗没有人员得到任何奨励、而且这批人马在后来的工作中都贡献很大。有的人已离世几十年了。留下来的人已为数不多，而且他们都到耄耋老人了。趁纪念我国第一颗东方红卫上天50周年之际，就算是给他们小小的补偿吧。

二， 总编辑：在编写过程中，作为真实珍贵的史料，理应将攻关期间“主要科研人员”的照片、名片随文稿一起发表，个人能力有限！无法做到。如果总编研究下来决定要採用本人理念，希望通过组织系统来完成。这里我只提主要人员的名单和部分资料。排名顺序如下：郝复俭、丁衡高、杨𣈱、刘次良（171）袁万显、胡麒褆、崔佩勇（171）、敖茂全（171）、陈仲瑋、曹宁生。