邱晨輝

曾經(jīng)為世界貢獻(xiàn)過(guò)四大發(fā)明、推動(dòng)人類文明車輪滾滾向前的中國(guó)，在21世紀(jì)第二個(gè)10年，又一次貢獻(xiàn)出中國(guó)智慧。

今年7月31日，中國(guó)北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)迎來(lái)正式開(kāi)通服務(wù)的歷史時(shí)刻。北斗導(dǎo)航信號(hào)在時(shí)空傳播開(kāi)來(lái)，全球民眾有了“中國(guó)北斗”的導(dǎo)引和陪伴。今天，我們一起走近創(chuàng)造北斗衛(wèi)星奇跡的幕后科研團(tuán)隊(duì)代表。

6月初，北斗三號(hào)衛(wèi)星飛控團(tuán)隊(duì)再赴西安衛(wèi)星測(cè)控中心，開(kāi)展最后一顆組網(wǎng)星的飛控任務(wù)。變軌完成后，飛控隊(duì)員在連續(xù)數(shù)天的日夜顛倒后面臨新的挑戰(zhàn)，每12小時(shí)進(jìn)行一次定點(diǎn)捕獲。6月30日，北斗全球組網(wǎng)最后一顆星成功定點(diǎn)。

如果說(shuō)北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)是一次歷時(shí)數(shù)年的持久戰(zhàn)，飛控任務(wù)便是此次持久戰(zhàn)的最后沖刺。從太陽(yáng)翼完美亮相，到衛(wèi)星的數(shù)次精準(zhǔn)變軌，再到高精度定點(diǎn)捕獲，科技團(tuán)隊(duì)的努力一次次彰顯了中國(guó)北斗精神。用他們的話說(shuō)，日夜顛倒，只為追“星”。

比“大炮打蚊子”還要精確萬(wàn)倍

北斗三號(hào)某星間鏈路相控陣天線，是我國(guó)北斗星座星間鏈路的核心設(shè)備，被稱為太空中的“高精度標(biāo)尺”。

中國(guó)航天科技集團(tuán)五院總體部專家告訴記者，在距離地球2.4萬(wàn)公里的太空中，導(dǎo)航星座上裝備的某相控陣天線實(shí)現(xiàn)精確的“握手”，在進(jìn)行信息交互的同時(shí)，可以精密測(cè)量出對(duì)方的位置精度，保障導(dǎo)航星座的精確在軌自主運(yùn)行。

在太空中，北斗三號(hào)衛(wèi)星之間的距離最遠(yuǎn)達(dá)到了7萬(wàn)公里，天線通過(guò)精確的相位中心穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和鏈路設(shè)計(jì)，可以將測(cè)量誤差保證在分米級(jí)，這個(gè)精度相比于“大炮打蚊子”還要精確萬(wàn)倍。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)要通過(guò)一系列方法，保證這把“高精度尺子”能在北斗三號(hào)全壽命周期內(nèi)不發(fā)生變化。

專家透露，某相控陣天線的元器件數(shù)量是我國(guó)衛(wèi)星單機(jī)里數(shù)量最多的，甚至超過(guò)了一顆傳統(tǒng)衛(wèi)星元器件數(shù)量的一半，其復(fù)雜程度可見(jiàn)一斑。而這些元器件，大部分都是高端的某半導(dǎo)體器件，牽引了國(guó)產(chǎn)自主設(shè)計(jì)能力，此次所采用的元器件均為國(guó)產(chǎn)自主可控，打破了長(zhǎng)久以來(lái)該領(lǐng)域被歐美制約的瓶頸。

全力開(kāi)通“城際高速路”

如果把30顆北斗全球組網(wǎng)衛(wèi)星看作30個(gè)空中城市，傳統(tǒng)模式下，地面城市與每個(gè)空中城市之間建立星地廊道，監(jiān)控城市運(yùn)行管理狀態(tài)。

不過(guò)，五院專家告訴記者，北斗三號(hào)首先在空中城市之間設(shè)計(jì)了城際公路，又在主要的空中城市之間建立高速公路，最后在軌道最高、體量最大的衛(wèi)星上，架設(shè)了通往地面城市的高速公路。這中間，凝聚著北斗星間網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)的智慧。

2012年北斗三號(hào)啟動(dòng)研制時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)手上沒(méi)有任何可供參考的案例。設(shè)計(jì)師們?cè)诖罅垦芯靠臻g數(shù)據(jù)系統(tǒng)和傳統(tǒng)衛(wèi)星通信知識(shí)的基礎(chǔ)上，分析地面網(wǎng)絡(luò)成果和衛(wèi)星設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，獲得效率最高、應(yīng)用最靈活的方案。

五院專家告訴記者，與地面直接將計(jì)算機(jī)連接網(wǎng)線就可接入網(wǎng)絡(luò)不同，不同高度、不同相位的衛(wèi)星之間的可見(jiàn)關(guān)系存在變化，而北斗三號(hào)利用相控陣天線建立起來(lái)的星間鏈路，每分鐘要“掃過(guò)”20個(gè)衛(wèi)星或地面站目標(biāo)，變化頻率更快。

“就像在自習(xí)室傳紙條一樣，當(dāng)收到另一個(gè)伙伴傳來(lái)的紙條時(shí)，科技人員要將紙條保存起來(lái)，再選擇最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)傳送出去，直到到達(dá)目標(biāo)?！蔽逶罕倍沸l(wèi)星研制專家說(shuō)。

衛(wèi)星傳的紙條更加復(fù)雜，還要區(qū)分遙控、遙測(cè)、運(yùn)控、報(bào)文等業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，在一大堆紙條中找到最重要的、最緊迫的、路徑最合適的先發(fā)出去，還要考慮“負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)紙條的同學(xué)桌屜是不是已經(jīng)滿了”。

成功來(lái)得太不容易

當(dāng)然，在整個(gè)北斗衛(wèi)星研制發(fā)射過(guò)程中，科研團(tuán)隊(duì)也經(jīng)歷過(guò)不少風(fēng)風(fēng)雨雨。

五院一位北斗衛(wèi)星研制專家告訴記者，2012年初，由于一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，某顆整星構(gòu)型“翻車”了，大家一夜無(wú)眠。以經(jīng)驗(yàn)豐富、沉穩(wěn)老練著稱的一位設(shè)計(jì)人員被緊急召回北京，立即從北斗二號(hào)轉(zhuǎn)入北斗三號(hào)，加入了新方案的論證團(tuán)隊(duì)。

用“時(shí)間緊、任務(wù)重”來(lái)描述這次“挽救行動(dòng)”再合適不過(guò)。這是一次真正的“封閉式高效集同”，所有人員都駐守在北京某地。整整一個(gè)月，新方案終于滿足了運(yùn)載要求。

2015年，北斗三號(hào)即將發(fā)射試驗(yàn)衛(wèi)星，其成功與否直接影響著后續(xù)組網(wǎng)任務(wù)能否順利進(jìn)行。為了趕上“發(fā)射窗口”，研制團(tuán)隊(duì)絞盡腦汁，使出渾身解數(shù)，24小時(shí)兩班作業(yè)……他們只有一個(gè)念頭——“必須按時(shí)出廠！”

在亮如白晝的大廳里，他們已然分不清是深夜還是白天，困了就出去洗個(gè)臉精神一下，累了就在現(xiàn)場(chǎng)稍微休息一會(huì)兒，“天線順利展開(kāi)、轉(zhuǎn)動(dòng)指令正確”……每一個(gè)節(jié)點(diǎn)任務(wù)的順利完成，都會(huì)給在場(chǎng)的人打上一支“強(qiáng)心劑”。

然而，喜悅沒(méi)能維持多久，10月的一天，天線在軌出現(xiàn)問(wèn)題，多年的心血，就這樣付之東流了？“導(dǎo)航人的字典里，沒(méi)有‘認(rèn)輸二字，即使面對(duì)史無(wú)前例的難題，也要放手一搏！”五院一位專家說(shuō)。

2015年12月25日，在整個(gè)團(tuán)隊(duì)的努力下，北斗人創(chuàng)造了中國(guó)航天史上的一個(gè)奇跡——天線在軌問(wèn)題圓滿解決，工作正常！那個(gè)夜晚，整個(gè)團(tuán)隊(duì)沸騰了，“成功來(lái)得太不容易！”

北斗“前路還長(zhǎng)”

今年7月31日，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成暨開(kāi)通儀式在人民大會(huì)堂隆重舉行，北斗一號(hào)衛(wèi)星總指揮李祖洪在現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證了這一歷史性時(shí)刻。

開(kāi)通儀式后，他向記者連說(shuō)了3個(gè)“非?！保骸澳軈⒓踊顒?dòng)并見(jiàn)證北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開(kāi)通的歷史性時(shí)刻，我感到非常榮幸、非常高興、非常激動(dòng)！”

他告訴記者，此次開(kāi)通儀式是對(duì)北斗工程參研參試人員的極大鼓舞，是對(duì)北斗團(tuán)隊(duì)幾十年來(lái)千辛萬(wàn)苦、拼搏奮進(jìn)的最高肯定。李祖洪說(shuō)，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開(kāi)通是中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)“三步走”的里程碑式事件，并不是指北斗導(dǎo)航工程的完結(jié)。

“可以說(shuō)前路還長(zhǎng)，遠(yuǎn)處青山無(wú)數(shù)，意味著我們肩上的擔(dān)子更重了、要求更高了?！崩钭婧檎f(shuō)，要把“中國(guó)的北斗，世界的北斗，一流的北斗”發(fā)展理念發(fā)揚(yáng)光大、落到實(shí)處，關(guān)鍵是要解決好北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)好用、用好的問(wèn)題。

北斗三號(hào)衛(wèi)星首席總設(shè)計(jì)師謝軍在激動(dòng)、振奮的同時(shí)，也有了新的責(zé)任和壓力。

擔(dān)任北斗衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師16年來(lái)，謝軍深感從事這項(xiàng)國(guó)家重大工程無(wú)上光榮，使命和責(zé)任并存。他說(shuō)：“我深深知道北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)這項(xiàng)重大工程對(duì)國(guó)家安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和大眾生活具有非常重要的意義?！?/p>

他告訴記者，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)通服務(wù)，對(duì)于北斗系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)者來(lái)說(shuō)，是一個(gè)新的起點(diǎn)，是一個(gè)更高的要求?！白龊眯l(wèi)星在軌的運(yùn)行管理與技術(shù)支持工作，保證衛(wèi)星12年工作壽命，確保北斗系統(tǒng)，特別是北斗衛(wèi)星以其安全穩(wěn)定的運(yùn)行、連續(xù)可靠的信號(hào)、多樣優(yōu)異的服務(wù)接受考驗(yàn)”。