日夜顛倒，只為追“星”北斗全球組網(wǎng)過程中的二三事

邱晨輝

曾經(jīng)為世界貢獻過四大發(fā)明、推動人類文明車輪滾滾向前的中國，在21世紀(jì)第二個10年，又一次貢獻出中國智慧。

今年7月31日，中國北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)迎來正式開通服務(wù)的歷史時刻。北斗導(dǎo)航信號在時空傳播開來，全球民眾有了“中國北斗”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隊代表。

6月初，北斗三號衛(wèi)星飛控團隊再赴西安衛(wèi)星測控中心，開展最后一顆組網(wǎng)星的飛控任務(wù)。變軌完成后，飛控隊員在連續(xù)數(shù)天的日夜顛倒后面臨新的挑戰(zhàn)，每12小時進行一次定點捕獲。6月30日，北斗全球組網(wǎng)最后一顆星成功定點。

如果說北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)是一次歷時數(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，再到高精度定點捕獲，科技團隊的努力一次次彰顯了中國北斗精神。用他們的話說，日夜顛倒，只為追“星”。

比“大炮打蚊子”還要精確萬倍

北斗三號某星間鏈路相控陣天線，是我國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”。

中國航天科技集團五院總體部專家告訴記者，在距離地球2.4萬公里的太空中，導(dǎo)航星座上裝備的某相控陣天線實現(xiàn)精確的“握手”，在進行信息交互的同時，可以精密測量出對方的位置精度，保障導(dǎo)航星座的精確在軌自主運行。

在太空中，北斗三號衛(wèi)星之間的距離最遠達到了7萬公里，天線通過精確的相位中心穩(wěn)定性設(shè)計和鏈路設(shè)計，可以將測量誤差保證在分米級，這個精度相比于“大炮打蚊子”還要精確萬倍。設(shè)計團隊要通過一系列方法，保證這把“高精度尺子”能在北斗三號全壽命周期內(nèi)不發(fā)生變化。

專家透露，某相控陣天線的元器件數(shù)量是我國衛(wèi)星單機里數(shù)量最多的，甚至超過了一顆傳統(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，牽引了國產(chǎn)自主設(shè)計能力，此次所采用的元器件均為國產(chǎn)自主可控，打破了長久以來該領(lǐng)域被歐美制約的瓶頸。

全力開通“城際高速路”

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

不過，五院專家告訴記者，北斗三號首先在空中城市之間設(shè)計了城際公路，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)團隊的智慧。

2012年北斗三號啟動研制時，設(shè)計團隊手上沒有任何可供參考的案例。設(shè)計師們在大量研究空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)和傳統(tǒng)衛(wèi)星通信知識的基礎(chǔ)上，分析地面網(wǎng)絡(luò)成果和衛(wèi)星設(shè)計的特點，獲得效率最高、應(yīng)用最靈活的方案。

五院專家告訴記者，與地面直接將計算機連接網(wǎng)線就可接入網(wǎng)絡(luò)不同，不同高度、不同相位的衛(wèi)星之間的可見關(guān)系存在變化，而北斗三號利用相控陣天線建立起來的星間鏈路，每分鐘要“掃過”20個衛(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)收到另一個伙伴傳來的紙條時，科技人員要將紙條保存起來，再選擇最恰當(dāng)?shù)臅r機傳送出去，直到到達目標(biāo)。”五院北斗衛(wèi)星研制專家說。

衛(wèi)星傳的紙條更加復(fù)雜，還要區(qū)分遙控、遙測、運控、報文等業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，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“負責(zé)中轉(zhuǎn)紙條的同學(xué)桌屜是不是已經(jīng)滿了”。

成功來得太不容易

當(dāng)然，在整個北斗衛(wèi)星研制發(fā)射過程中，科研團隊也經(jīng)歷過不少風(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，由于一個技術(shù)問題，某顆整星構(gòu)型“翻車”了，大家一夜無眠。以經(jīng)驗豐富、沉穩(wěn)老練著稱的一位設(shè)計人員被緊急召回北京，立即從北斗二號轉(zhuǎn)入北斗三號，加入了新方案的論證團隊。

用“時間緊、任務(wù)重”來描述這次“挽救行動”再合適不過。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。整整一個月，新方案終于滿足了運載要求。

2015年，北斗三號即將發(fā)射試驗衛(wèi)星，其成功與否直接影響著后續(xù)組網(wǎng)任務(wù)能否順利進行。為了趕上“發(fā)射窗口”，研制團隊絞盡腦汁，使出渾身解數(shù)，24小時兩班作業(yè)……他們只有一個念頭——“必須按時出廠！”

在亮如白晝的大廳里，他們已然分不清是深夜還是白天，困了就出去洗個臉精神一下，累了就在現(xiàn)場稍微休息一會兒，“天線順利展開、轉(zhuǎn)動指令正確”……每一個節(jié)點任務(wù)的順利完成，都會給在場的人打上一支“強心劑”。

然而，喜悅沒能維持多久，10月的一天，天線在軌出現(xiàn)問題，多年的心血，就這樣付之東流了？“導(dǎo)航人的字典里，沒有‘認輸二字，即使面對史無前例的難題，也要放手一搏！”五院一位專家說。

2015年12月25日，在整個團隊的努力下，北斗人創(chuàng)造了中國航天史上的一個奇跡——天線在軌問題圓滿解決，工作正常！那個夜晚，整個團隊沸騰了，“成功來得太不容易！”

北斗“前路還長”

今年7月31日，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成暨開通儀式在人民大會堂隆重舉行，北斗一號衛(wèi)星總指揮李祖洪在現(xiàn)場見證了這一歷史性時刻。

開通儀式后，他向記者連說了3個“非?！保骸澳軈⒓踊顒硬⒁娮C北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開通的歷史性時刻，我感到非常榮幸、非常高興、非常激動！”

他告訴記者，此次開通儀式是對北斗工程參研參試人員的極大鼓舞，是對北斗團隊幾十年來千辛萬苦、拼搏奮進的最高肯定。李祖洪說，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開通是中國北斗衛(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)。

“可以說前路還長，遠處青山無數(shù)，意味著我們肩上的擔(dān)子更重了、要求更高了。”李祖洪說，要把“中國的北斗，世界的北斗，一流的北斗”發(fā)展理念發(fā)揚光大、落到實處，關(guān)鍵是要解決好北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)好用、用好的問題。

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

擔(dān)任北斗衛(wèi)星總設(shè)計師16年來，謝軍深感從事這項國家重大工程無上光榮，使命和責(zé)任并存。他說：“我深深知道北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)這項重大工程對國家安全、國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和大眾生活具有非常重要的意義?！?/p>

他告訴記者，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開通服務(wù)，對于北斗系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)者來說，是一個新的起點，是一個更高的要求?！白龊眯l(wèi)星在軌的運行管理與技術(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)定的運行、連續(xù)可靠的信號、多樣優(yōu)異的服務(wù)接受考驗”。