1970 年 3 月,卫星频率校准任务启动前,老钟团队整理出《1962 年基准时钟技术手册》,明确兆赫基准频率、370c铷炉温度、≤0.07 赫兹低温漂移” 等核心参数 —— 这些从 1962 年实战中沉淀的技术,成为卫星赫兹微调的 “基准蓝图”,确保校准工作从一开始就站在成熟技术的基础上。
二、需求解析:卫星轨道频移与赫兹微调的必要性
1970 年 “东方红一号” 卫星的轨道特性,决定了星地链路频率必须进行赫兹范围的微调 —— 卫星在近地轨道(近地点 439 公里、远地点 2384 公里)运行时,因 “多普勒效应” 产生频率偏移(频移),近地点向地面靠近时频率升高(+18.5 赫兹),远地点远离时频率降低(-18.5 赫兹),总频移范围达赫兹。若不进行微调,星地链路的 108 兆赫载波频率将超出接收范围,导致通信中断。这赫兹的微调需求,不是主观设定,而是基于轨道物理特性的精确计算,是星地 “同频对话” 的前提。
多普勒频移的轨道计算与赫兹由来。根据《东方红一号轨道频移计算报告》(编号 “轨 - 频 - 7001”),团队通过多普勒频移公式(f'=f×(v+c)/(v-c),f 为卫星发射频率,v 为相对速度,c 为光速)计算:卫星近地点速度 7.89 公里 / 秒,相对地面靠近,频移 + 18.5 赫兹;远地点速度 7.02 公里 / 秒,相对地面远离,频移 - 18.5 赫兹;总频移范围 18.5 - (-18.5)=37 赫兹。老钟在计算时,用算盘反复核验组速度数据,最终确认赫兹的微调范围:“少 1 赫兹,远地点就收不到信号;多 1 赫兹,就是浪费资源,37 赫兹是刚好覆盖所有轨道频移的数值。”
星地链路的频率接收窗口限制。“东方红一号” 的星地链路采用 108 兆赫载波频率,地面接收站的接收带宽仅 ±20 赫兹(为避免外界干扰)—— 若卫星发射频率因频移超出该范围(如近地点 + 18.5 赫兹未微调,频率达 108.0000185 兆赫,接近带宽上限;远地点 - 18.5 赫兹未微调,频率达 107. 兆赫,接近带宽下限),将导致接收失败。李敏在分析链路带宽时强调:“地面接收站的带宽是固定的,不能改,只能让卫星频率跟着轨道调,37 赫兹的微调范围,刚好能把频移拉回接收窗口里。”
基准时钟与卫星频率的 “溯源关联”。卫星的 108 兆赫载波频率,需从 1962 年基准时钟的 5 兆赫频率分频得到(分频比 5:108=1:21.6),因此卫星频率的精度直接依赖基准时钟的稳定度。若基准时钟频率漂移 0.01 赫兹,卫星频率将漂移 0.216 赫兹,叠加轨道频移的 18.5 赫兹,可能超出接收带宽。老钟在频率溯源报告里写:“1962 年的钟是‘根’,卫星频率是‘枝’,根不稳,枝就歪,37 赫兹微调必须以这个基准为核心,不然调得再准也没用。”
太空环境对频率稳定性的额外影响。卫星在轨时,-50c至 40c的温差会导致频率产生 0.37 赫兹的漂移(由晶体振荡器温度特性导致),空间辐射会导致频率短期波动 ±0.1 赫兹 —— 这些环境因素需纳入赫兹微调的 “冗余设计”,确保即使叠加环境漂移,卫星频率仍能落在接收窗口内。周明远在硬件测试时发现:“常温下算好的赫兹,到了 - 50c可能就不够用,必须把环境影响也算进去,微调范围里要留足余量。”
这些需求的本质,是 “轨道物理特性” 与 “频率技术参数” 的匹配 ——37 赫兹的微调范围,是为了抵消轨道频移,而 1962 年基准时钟,是确保微调精度的 “标尺”。两者结合,才能让卫星在 370 公里外的太空,与地面站实现稳定的 “同频通信”。
三、研发攻坚:37 赫兹微调的硬件适配与精度控制
1970 年 3 月 - 4 月,老钟团队以 1962 年基准时钟为核心,围绕 “37 赫兹微调” 展开硬件适配与精度控制攻坚,57 天内完成轮样品测试,每一轮都面临 “微调范围不足”“精度不达标”“环境漂移超标” 的问题。团队通过 “可变电容分压”“双闭环校准”“环境补偿” 三大技术手段,最终实现 “37 赫兹微调范围、±0.01 赫兹精度、-50c至 40c稳定” 的目标,过程中的每一次突破,都充满了 “极限测试” 与 “细节较真”。
这章没有结束,请点击下一页继续阅读!
可变电容分压:实现赫兹微调的硬件核心。团队在卫星频率生成电路中,加入 “370 皮法可变电容”(上海无线电元件厂特制),通过改变电容容量调整谐振频率(电容每变化皮法,频率变化 1 赫兹),从而实现赫兹的微调范围。最初选用 190 皮法