北斗導(dǎo)航衛(wèi)星背后的研發(fā)故事

天河漫漫 北斗璀璨——北斗導(dǎo)航衛(wèi)星背后的研發(fā)故事

光明日報(bào)記者 張蕾 光明日報(bào)通訊員 潘晨

2018年12月27日，北斗三號基本系統(tǒng)正式向“一帶一路”及全球提供基本導(dǎo)航服務(wù)，中國北斗距離全球組網(wǎng)的目標(biāo)邁出了實(shí)質(zhì)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(dú)特的探索道路，在導(dǎo)航領(lǐng)域成就了一段波瀾壯闊的東方傳奇。北斗之路，貴在何處？光明日報(bào)記者采訪了“北斗大本營”中國航天科技集團(tuán)五院的部分專家，請他們講述北斗導(dǎo)航衛(wèi)星背后的研發(fā)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(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域苦苦摸索，在理論探索和研制實(shí)踐方面開展了卓有成效的工作。作為先驅(qū)者，立項(xiàng)于20世紀(jì)60年代末的“燈塔計(jì)劃”雖然最終因技術(shù)方向轉(zhuǎn)型、財(cái)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(jīng)驗(yàn)。

中國導(dǎo)航衛(wèi)星究竟走什么樣的道路？在國際導(dǎo)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(xué)者提出了利用2顆地球同步軌道衛(wèi)星來測定地面和空中目標(biāo)的設(shè)想，通過大量理論和技術(shù)上的研究工作，雙星定位系統(tǒng)的概念逐步明晰。

接下來，是一步跨到全球組網(wǎng)，還是分階段走？這在當(dāng)時(shí)引發(fā)了不小的爭議?！跋到y(tǒng)一下建那么大(全球組網(wǎng))，需要大量的時(shí)間和資金。當(dāng)時(shí)剛剛開放，用戶還是集中在國內(nèi)、周邊，因此‘先區(qū)域、后全球’的技術(shù)途徑符合中國國情?！眳⑴c了技術(shù)路線討論的北斗一號衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師范本堯院士說。

于是，“先區(qū)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(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的正確性。1993年初，五院提出衛(wèi)星總體方案，初步確定了衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)和總體技術(shù)指標(biāo)。1994年，北斗一號系統(tǒng)工程立項(xiàng)，組建衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)全面展開研制工作。經(jīng)過艱苦卓絕的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)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(tǒng)，使我國成為繼美、俄之后第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。

面對快速增長的應(yīng)用需求，在保留北斗特色的同時(shí)，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(xiàng)研制，并于2006年成為國家16個(gè)重大科技專項(xiàng)之一。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)面向亞太區(qū)域提供服務(wù)，成為國際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)四大服務(wù)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(jiān)定。立項(xiàng)于2009年12月的北斗三號開始嘗試沖刺和領(lǐng)跑，并于2018年完成10箭19星發(fā)射，創(chuàng)下世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的新紀(jì)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(dǎo)航系統(tǒng)的整體性能大幅提升。

把發(fā)展的主動(dòng)權(quán)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(shù)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(wèi)星總指揮李祖洪說。

作為國之重器，自主創(chuàng)新是北斗工程的必由之路。秉承“探索一代，研發(fā)一代，建設(shè)一代”的創(chuàng)新思路，中國北斗始終把發(fā)展的主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在自己手中。

北斗一號原創(chuàng)性地提出雙星定位的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)方法，打破了國外技術(shù)壟斷，建立起國際上首個(gè)基于雙星定位原理的區(qū)域有源衛(wèi)星定位系統(tǒng)——北斗導(dǎo)航衛(wèi)星試驗(yàn)系統(tǒng)。

北斗二號突破了區(qū)域混合導(dǎo)航星座構(gòu)建、高精度時(shí)空基準(zhǔn)建立的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)星載原子鐘國產(chǎn)化，在國際上首次實(shí)現(xiàn)混合星座區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。區(qū)域系統(tǒng)建成后，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均與GPS等國際先進(jìn)水平相當(dāng)。

北斗人至今還記得研制首顆北斗二號衛(wèi)星那段“激情燃燒的歲月”。根據(jù)國際電聯(lián)的規(guī)則，頻率資源是有時(shí)限的，過期作廢。時(shí)間不等人！在爭分奪秒完成前期所有研制任務(wù)后，為節(jié)省時(shí)間，所有參試人員進(jìn)駐發(fā)射場后大干了3天體力活，搬設(shè)備、扛機(jī)柜、布電纜，接下來又是200小時(shí)不間斷地加電測試……這一次，院士、型號老總和技術(shù)人員一起排班，很多人因?yàn)樗敛环亲?、發(fā)燒，但大家都帶病堅(jiān)持在崗位上，經(jīng)受住了次次險(xiǎn)情和種種考驗(yàn)。2007年4月16日，在成功發(fā)射的兩天后，北京從飛行試驗(yàn)星獲得清晰信號，此時(shí)距離空間頻率失效僅剩下不到4個(gè)小時(shí)——正是這次壯舉，有效地保護(hù)了我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的頻率資源，拉開了北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)的序幕。

在北斗三號全球組網(wǎng)建設(shè)中，五院率先提出國際上首個(gè)高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的星間鏈路網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、自主定軌、時(shí)間同步等系統(tǒng)方案；研發(fā)出國內(nèi)首個(gè)適于直接入軌一箭多星發(fā)射的“全桁架式衛(wèi)星平臺(tái)”，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星自主監(jiān)測和自主健康管理；成功應(yīng)用星載大功率微波開關(guān)、行波管放大器等關(guān)鍵國產(chǎn)化元器件和部組件，打破核心器部件長期依賴進(jìn)口、受制于人的局面，為全球快速組網(wǎng)建設(shè)鋪平道路。

每顆北斗衛(wèi)星都有強(qiáng)大的幕后團(tuán)隊(duì)

“這是一項(xiàng)團(tuán)隊(duì)工程，沒有個(gè)人英雄，航天事業(yè)的成功是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的成功?！北倍啡柟こ谈笨傇O(shè)計(jì)師、衛(wèi)星首席總設(shè)計(jì)師謝軍說。

的確，每一顆北斗衛(wèi)星都有著強(qiáng)大的幕后團(tuán)隊(duì)，牽動(dòng)著衛(wèi)星、運(yùn)載火箭、運(yùn)控、應(yīng)用、測控、發(fā)射場等各大系統(tǒng)。以衛(wèi)星系統(tǒng)為例，總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)機(jī)械、熱控制、綜合電子、控制與推進(jìn)、載荷等眾多分系統(tǒng)，以及測試、總裝等環(huán)節(jié)的北斗人，盡管身處不同崗位、面臨不同挑戰(zhàn)，但大家總是心往一處想、勁兒往一處使，共同推動(dòng)北斗工程一步步穩(wěn)健地向前邁進(jìn)。

即便是團(tuán)隊(duì)中的泰斗和“明星”人物，也不愛“藏著掖著”。他們相信“教會(huì)徒弟才能解放師傅，一代更比一代強(qiáng)”，從而熱心地推進(jìn)知識轉(zhuǎn)移和人才培養(yǎng)，摸索出“自我學(xué)習(xí)，自我提高”的自助、“以老帶新，傳承經(jīng)驗(yàn)”的幫助、“專業(yè)培訓(xùn)，注重實(shí)效”的輔助和“專業(yè)互補(bǔ)，共同進(jìn)步”的互助這樣一個(gè)“四助”策略。

創(chuàng)業(yè)階段，老北斗人用藥盒和大頭針制作出簡易的衛(wèi)星模型向新員工細(xì)細(xì)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(jīng)驗(yàn)和心得；后來，他們設(shè)立了督導(dǎo)師制度，手把手地助推青年成長，編著出總體設(shè)計(jì)指南以及各分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)/工作手冊作為傳授寶典，以《航天器總體設(shè)計(jì)禁忌》詳解設(shè)計(jì)中的“清規(guī)戒律”；再后來，創(chuàng)新開展的虛擬衛(wèi)星培訓(xùn)項(xiàng)目漸漸成為北斗新人們的必修課，大家分工協(xié)作，用不到一個(gè)月的時(shí)間設(shè)計(jì)一顆“麻雀雖小，五臟俱全”的虛擬衛(wèi)星，通過考核后才能走上工作崗位……現(xiàn)在，他們又有了“科研生產(chǎn)一體化管控平臺(tái)”等數(shù)字化工具，顯著提升了設(shè)計(jì)制造能力。

給力的傳幫帶，加上密集組網(wǎng)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(jié)合的團(tuán)隊(duì)，先后走出了中國工程院院士范本堯以及10余名衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師/總指揮、20余名副總設(shè)計(jì)師/副總指揮等領(lǐng)軍人才，為我國航天事業(yè)的發(fā)展錘煉出一個(gè)寶貴的“明星”陣容。

探尋北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制的背后故事，也就領(lǐng)悟到自主創(chuàng)新、團(tuán)結(jié)協(xié)作、攻堅(jiān)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?nèi)绱酥?/p>

《光明日報(bào)》( 2019年01月03日 10版)

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