天河漫漫 北斗璀璨——北斗導航衛星背后的研發故事

2019-01-03 13:24 編輯視點   來源:光明日報

導讀北斗工程誕生之前,我國曾在衛星導航領域苦苦摸索,在理論探索和研制實踐方面開展了卓有成效的工作。作為先驅者,立項于20世紀60年代末的“燈塔計劃”雖然最終因技術方向轉型、財力有限等原因而終止,卻如同黑夜中的一盞明燈,為后來上馬的北斗工程積累下寶貴的經驗。  

2018年12月27日,北斗三號基本系統正式向“一帶一路”及全球提供基本導航服務,中國北斗距離全球組網的目標邁出了實質性一步。

回首來路,穿越激蕩的四十年,中國北斗蹚出了一條獨特的探索道路,在導航領域成就了一段波瀾壯闊的東方傳奇。北斗之路,貴在何處?本報記者采訪了“北斗大本營”中國航天科技集團五院的部分專家,請他們講述北斗導航衛星背后的研發故事。

“小步快跑”刷新中國速度

北斗工程誕生之前,我國曾在衛星導航領域苦苦摸索,在理論探索和研制實踐方面開展了卓有成效的工作。作為先驅者,立項于20世紀60年代末的“燈塔計劃”雖然最終因技術方向轉型、財力有限等原因而終止,卻如同黑夜中的一盞明燈,為后來上馬的北斗工程積累下寶貴的經驗。

中國導航衛星究竟走什么樣的道路?在國際導航競技場上,中國又一次站在了十字路口。

1983年,以陳芳允院士為代表的專家學者提出了利用2顆地球同步軌道衛星來測定地面和空中目標的設想,通過大量理論和技術上的研究工作,雙星定位系統的概念逐步明晰。

接下來,是一步跨到全球組網,還是分階段走?這在當時引發了不小的爭議。“系統一下建那么大(全球組網),需要大量的時間和資金。當時剛剛開放,用戶還是集中在國內、周邊,因此‘先區域、后全球’的技術途徑符合中國國情。”參與了技術路線討論的北斗一號衛星總設計師范本堯院士說。

于是,“先區域、后全球”的思路被確定下來,“三步走”的北斗之路由此鋪開。

先解決有無。作為“第一步”,北斗一號要“花小錢,辦大事”,驗證系統設計思想的正確性。1993年初,五院提出衛星總體方案,初步確定了衛星技術狀態和總體技術指標。1994年,北斗一號系統工程立項,組建衛星團隊全面展開研制工作。經過艱苦卓絕的關鍵技術攻關和重大故障的成功排除搶修,終于在2003年建成北斗一號系統,使我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛星導航系統的國家。

面對快速增長的應用需求,在保留北斗特色的同時,北斗二號邁出了提升性能的“第二步”。2004年,北斗二號正式立項研制,并于2006年成為國家16個重大科技專項之一。2012年12月27日,北斗系統面向亞太區域提供服務,成為國際衛星導航系統四大服務商之一。

站在前兩代星座的肩膀上,北斗的“第三步”邁得自信而堅定。立項于2009年12月的北斗三號開始嘗試沖刺和領跑,并于2018年完成10箭19星發射,創下世界衛星導航系統建設的新紀錄,在太空中再次刷新了“中國速度”。星間鏈路、全球搜救載荷、新一代原子鐘……伴隨著這些新“神器”閃耀登場,北斗導航系統的整體性能大幅提升。

把發展的主動權掌握在自己手中

“北斗的研制,是中國人自己干出來的。‘巨人’對我們技術封鎖,不讓我們站在肩膀上。唯一的辦法,就是自己成為巨人。”北斗一號衛星總指揮李祖洪說。

作為國之重器,自主創新是北斗工程的必由之路。秉承“探索一代,研發一代,建設一代”的創新思路,中國北斗始終把發展的主動權牢牢掌握在自己手中。

北斗一號原創性地提出雙星定位的衛星實現方法,打破了國外技術壟斷,建立起國際上首個基于雙星定位原理的區域有源衛星定位系統——北斗導航衛星試驗系統。

北斗二號突破了區域混合導航星座構建、高精度時空基準建立的關鍵技術,實現星載原子鐘國產化,在國際上首次實現混合星座區域衛星導航系統。區域系統建成后,各項技術指標均與GPS等國際先進水平相當。

北斗人至今還記得研制首顆北斗二號衛星那段“激情燃燒的歲月”。根據國際電聯的規則,頻率資源是有時限的,過期作廢。時間不等人!在爭分奪秒完成前期所有研制任務后,為節省時間,所有參試人員進駐發射場后大干了3天體力活,搬設備、扛機柜、布電纜,接下來又是200小時不間斷地加電測試……這一次,院士、型號老總和技術人員一起排班,很多人因為水土不服而拉肚子、發燒,但大家都帶病堅持在崗位上,經受住了次次險情和種種考驗。2007年4月16日,在成功發射的兩天后,北京從飛行試驗星獲得清晰信號,此時距離空間頻率失效僅剩下不到4個小時——正是這次壯舉,有效地保護了我國衛星導航系統的頻率資源,拉開了北斗區域導航系統建設的序幕。

在北斗三號全球組網建設中,五院率先提出國際上首個高中軌道星間鏈路混合型新體制,形成了具有自主知識產權的星間鏈路網絡協議、自主定軌、時間同步等系統方案;研發出國內首個適于直接入軌一箭多星發射的“全桁架式衛星平臺”,實現了衛星自主監測和自主健康管理;成功應用星載大功率微波開關、行波管放大器等關鍵國產化元器件和部組件,打破核心器部件長期依賴進口、受制于人的局面,為全球快速組網建設鋪平道路。

每顆北斗衛星都有強大的幕后團隊

“這是一項團隊工程,沒有個人英雄,航天事業的成功是一個團隊的成功。”北斗三號工程副總設計師、衛星首席總設計師謝軍說。

的確,每一顆北斗衛星都有著強大的幕后團隊,牽動著衛星、運載火箭、運控、應用、測控、發射場等各大系統。以衛星系統為例,總體設計、結構機械、熱控制、綜合電子、控制與推進、載荷等眾多分系統,以及測試、總裝等環節的北斗人,盡管身處不同崗位、面臨不同挑戰,但大家總是心往一處想、勁兒往一處使,共同推動北斗工程一步步穩健地向前邁進。

即便是團隊中的泰斗和“明星”人物,也不愛“藏著掖著”。他們相信“教會徒弟才能解放師傅,一代更比一代強”,從而熱心地推進知識轉移和人才培養,摸索出“自我學習,自我提高”的自助、“以老帶新,傳承經驗”的幫助、“專業培訓,注重實效”的輔助和“專業互補,共同進步”的互助這樣一個“四助”策略。

創業階段,老北斗人用藥盒和大頭針制作出簡易的衛星模型向新員工細細講解;后來,他們采用“共享筆記本”等形式,你一句、我兩行地記錄研制經驗和心得;后來,他們設立了督導師制度,手把手地助推青年成長,編著出總體設計指南以及各分系統的設計/工作手冊作為傳授寶典,以《航天器總體設計禁忌》詳解設計中的“清規戒律”;再后來,創新開展的虛擬衛星培訓項目漸漸成為北斗新人們的必修課,大家分工協作,用不到一個月的時間設計一顆“麻雀雖小,五臟俱全”的虛擬衛星,通過考核后才能走上工作崗位……現在,他們又有了“科研生產一體化管控平臺”等數字化工具,顯著提升了設計制造能力。

給力的傳幫帶,加上密集組網的工程歷練,大大縮短了北斗人才成長的周期。如今,北斗研制形成了一支平均年齡38歲、老中青結合的團隊,先后走出了中國工程院院士范本堯以及10余名衛星總設計師/總指揮、20余名副總設計師/副總指揮等領軍人才,為我國航天事業的發展錘煉出一個寶貴的“明星”陣容。

探尋北斗導航衛星研制的背后故事,也就領悟到自主創新、團結協作、攻堅克難、追求卓越的北斗精神。天河漫漫,北斗璀璨,浩渺的星河從未離我們如此之近。(記者 張蕾 通訊員 潘晨)

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