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天河漫漫 北鬥璀璨——北鬥導航衛星背後的研發故事
20181227日,北鬥三號基本係統正式向“一帶一路”及全球提供基本導航服務,中國北鬥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,中國北鬥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。北鬥之路,貴在何處?光明日報記者采訪了“北鬥大本營”中國航天科技集團五院的部分專家,請他們講述北鬥導航衛星背後的研發故事。

“小步快跑”刷新中國速度

北鬥工程誕生之前,我國曾在衛星導航領域苦苦摸索,在理論探索和研製實踐方麵開展了卓有成效的工作。作為先驅者,立項於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,為後來上馬的北鬥工程積累下寶貴的經驗。

中國導航衛星究竟走什麽樣的道路?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麵和空中目標的設想,通過大量理論和技術上的研究工作,雙星定位係統的概念逐步明晰。

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。“係統一下建那麽大(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、後全球’的技術途徑符合中國國情。”參與了技術路線討論的北鬥一號衛星總設計師範本堯院士說。

於是,“先區域、後全球”的思路被確定下來,“三步走”的北鬥之路由此鋪開。

先解決有無。作為“第一步”,北鬥一號要“花小錢,辦大事”,驗證係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,北鬥一號係統工程立項,組建衛星團隊全麵展開研製工作。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,終於在2003年建成北鬥一號係統,使我國成為繼美、俄之後第三個擁有自主衛星導航係統的國家。

麵對快速增長的應用需求,在保留北鬥特色的同時,北鬥二號邁出了提升性能的“第二步”。2004年,北鬥二號正式立項研製,並於2006年成為國家16個重大科技專項之一。20121227日,北鬥係統麵向亞太區域提供服務,成為國際衛星導航係統四大服務商之一。

站在前兩代星座的肩膀上,北鬥的“第三步”邁得自信而堅定。立項於200912月的北鬥三號開始嚐試衝刺和領跑,並於2018年完成1019星發射,創下世界衛星導航係統建設的新紀錄,在太空中再次刷新了“中國速度”。星間鏈路、全球搜救載荷、新一代原子鍾……伴隨著這些新“神器”閃耀登場,北鬥導航係統的整體性能大幅提升。

把發展的主動權掌握在自己手中

“北鬥的研製,是中國人自己幹出來的。‘巨人’對技術封鎖,不讓站在肩膀上。唯一的辦法,就是自己成為巨人。”北鬥一號衛星總指揮李祖洪說。

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

北鬥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於雙星定位原理的區域有源衛星定位係統——北鬥導航衛星試驗係統。

北鬥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,實現星載原子鍾國產化,在國際上首次實現混合星座區域衛星導航係統。區域係統建成後,各項技術指標均與GPS等國際先進水平相當。

北鬥人至今還記得研製首顆北鬥二號衛星那段“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製任務後,為節省時間,所有參試人員進駐發射場後大幹了3天體力活,搬設備、扛機櫃、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。2007416日,在成功發射的兩天後,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係統的頻率資源,拉開了北鬥區域導航係統建設的序幕。

在北鬥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製,形成了具有自主知識產權的星間鏈路網絡協議、自主定軌、時間同步等係統方案;研發出國內首個適於直接入軌一箭多星發射的“全桁架式衛星平台”,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、受製於人的局麵,為全球快速組網建設鋪平道路。

每顆北鬥衛星都有強大的幕後團隊

“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。”北鬥三號工程副總設計師、衛星首席總設計師謝軍說。

的確,每一顆北鬥衛星都有著強大的幕後團隊,牽動著衛星、運載火箭、運控、應用、測控、發射場等各大係統。以衛星係統為例,總體設計、結構機械、熱控製、綜合電子、控製與推進、載荷等眾多分係統,以及測試、總裝等環節的北鬥人,盡管身處不同崗位、麵臨不同挑戰,但大家總是心往一處想、勁兒往一處使,共同推動北鬥工程一步步穩健地向前邁進。

即便是團隊中的泰鬥和“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,老北鬥人用藥盒和大頭針製作出簡易的衛星模型向新員工細細講解;後來,他們采用“共享筆記本”等形式,你一句、我兩行地記錄研製經驗和心得;後來,他們設立了督導師製度,手把手地助推青年成長,編著出總體設計指南以及各分係統的設計/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”;再後來,創新開展的虛擬衛星培訓項目漸漸成為北鬥新人們的必修課,大家分工協作,用不到一個月的時間設計一顆“麻雀雖小,五髒俱全”的虛擬衛星,通過考核後才能走上工作崗位……現在,他們又有了“科研生產一體化管控平台”等數字化工具,顯著提升了設計製造能力。

給力的傳幫帶,加上密集組網的工程曆練,大大縮短了北鬥人才成長的周期。如今,北鬥研製形成了一支平均年齡38歲、老中青結合的團隊,先後走出了中國工程院院士範本堯以及10餘名衛星總設計師/總指揮、20餘名副總設計師/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。

探尋北鬥導航衛星研製的背後故事,也就領悟到自主創新、團結協作、攻堅克難、追求卓越的北鬥精神。天河漫漫,北鬥璀璨,浩渺的星河從未離如此之近。

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