謝軍：讓北斗成為一張閃亮的“國家名片”

郭麗娟

頒獎(jiǎng)辭

滴答、滴答，中國在等待你的回答。你的夜晚更長，你的星星更多，你把時(shí)間無限細(xì)分，你讓速度不斷壓縮。三年一騰飛，十年一跨越。當(dāng)?shù)谖迨孱w吉星升上太空，北斗照亮中國人的夢。

2020年6月23日，隨著北斗三號最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星順利升空，北斗全球組網(wǎng)就此完成。中國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個(gè)擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。

從此，仰望星空，我們能看見兩個(gè)“北斗”。一個(gè)有7顆星，已在宇宙間存在億萬年之久，自古以來為人類指位定向;一個(gè)有30顆星，從無到有誕生發(fā)展不過26年，在浩渺太空卻能為人類提供精確到10米的定位。

前者名為“北斗七星”，是自然的饋贈(zèng);后者名為“北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”，是一項(xiàng)由中國航天人創(chuàng)造的奇跡。

“我們北斗三號逐步把所有星上的單機(jī)產(chǎn)品的國產(chǎn)化率從80%提高到了100%。所以國產(chǎn)化這件事情，我覺得在我整個(gè)負(fù)責(zé)和跟大家一塊研制北斗三號衛(wèi)星的過程中，應(yīng)該是做得比較漂亮的一件事情?！焙教炜萍技瘓F(tuán)五院北斗三號工程副總設(shè)計(jì)師、衛(wèi)星首席總設(shè)計(jì)師謝軍說。

“探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國，是我們不懈追求的航天夢?！边@是中國的航天夢。而對謝軍而言，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)中國航天夢的重要體現(xiàn)、重要一站。

“我們的征途是星辰大海?！敝x軍說。而征服星辰大海這條路就像在太空中攀登珠穆朗瑪峰一樣艱難曲折。

與北斗結(jié)緣

1982年，從國防科技大學(xué)畢業(yè)的謝軍，被分配到航天工業(yè)部五院504所工作，該院從20世紀(jì)80年代北斗計(jì)劃起步開始，就一直擔(dān)負(fù)著北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作。謝軍與北斗結(jié)緣的種子在那時(shí)便已種下。

“那些航天領(lǐng)域的泰斗級人物對待工作真的是一絲不茍，這對我影響很深?！背醯?04所，謝軍便被所里那些德高望重的老一輩航天人樸實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)所感染。

那是一段至今令謝軍難以忘懷的日子。剛到504所時(shí)，謝軍被分到天線技術(shù)研究室。那時(shí)測試天線一定要爬到野外一個(gè)很高的測試塔架上。當(dāng)時(shí)的謝軍并不知道自己有恐高癥，只覺得自己年輕，應(yīng)該上塔架，但一爬到高高的測試塔架上他就不停地眩暈，渾身沒勁，室里的老同志知道后就不再讓他上測試塔架，于是他就在地面上負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺上的天線，那時(shí)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)天線只能靠手一度一度轉(zhuǎn)和測，烈日炎炎下他一蹲就是一下午。

不久之后，謝軍接手了第一件產(chǎn)品的研制——同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換。那時(shí)調(diào)節(jié)測試駐波的儀器設(shè)備非常簡陋，需要用手一點(diǎn)點(diǎn)墊模片，把模片墊得合適了指標(biāo)才會(huì)滿足要求，這是一項(xiàng)瑣碎而單調(diào)的工作，但謝軍認(rèn)為，那段時(shí)光學(xué)到的知識十分扎實(shí)。

歲寒，然后知松柏之后凋也。正是在504所那段歲月的歷練，讓謝軍養(yǎng)成了刻苦踏實(shí)的工作作風(fēng)，也讓他堅(jiān)定了要從老一輩航天人手中接過“接力棒”的決心。從504所最年輕的高工、最年輕的研究員和副所長，一路走來，十幾本工作筆記密密麻麻地記錄著謝軍參研10多顆衛(wèi)星和飛船的工作體會(huì)。

2003年9月，2個(gè)來自北京的電話改變了謝軍的人生軌跡。打第一個(gè)電話的是時(shí)任五院院長袁家軍，他說，院里決定調(diào)你擔(dān)任北斗二號的技術(shù)總負(fù)責(zé)。時(shí)任504所所長的謝軍，知道這副擔(dān)子不輕，不敢貿(mào)然答應(yīng)。幾天后，謝軍的老領(lǐng)導(dǎo)、五院常務(wù)副院長兼北斗二號總指揮李祖洪的電話來了：“你別猶豫，現(xiàn)在北斗二號的任務(wù)很緊迫，難度很大，趕緊來?！?/p>

當(dāng)年12月，五院成立北斗二號項(xiàng)目辦，謝軍正式走馬上任。

北斗一號始建于20世紀(jì)90年代，陳芳允院士認(rèn)為國家實(shí)力有限，不可能像發(fā)達(dá)國家一樣一下子打幾十顆導(dǎo)航衛(wèi)星上天，便提出了“雙星定位”的體制，用“2顆GEO星（地球靜止軌道衛(wèi)星）+地面站”的方式，實(shí)現(xiàn)了我國導(dǎo)航衛(wèi)星從無到有的飛躍，但其覆蓋區(qū)域和定位精度仍難以滿足國家發(fā)展和百姓生活的需求。橫亙在謝軍和他的團(tuán)隊(duì)面前的，是從平臺到星上載荷的全新挑戰(zhàn)。

“作為北斗二號的技術(shù)總負(fù)責(zé)，每顆衛(wèi)星的設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)制造、進(jìn)場發(fā)射，謝總都要在文件上簽字的，因此，他的壓力確實(shí)很大。”負(fù)責(zé)北斗系統(tǒng)建設(shè)工作的研發(fā)副總師周鴻偉說。

北斗一號采用的是通訊式的有源定位，用戶機(jī)必須發(fā)送信息才能參與定位，這一轉(zhuǎn)發(fā)式體制不僅造成用戶容量受限，而且用戶機(jī)的成本很高;而北斗二號采用廣播式的無源定位，即用戶機(jī)可不發(fā)送信息，只要接收和解讀4顆以上導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)，即可計(jì)算出其自身所在的位置，這一導(dǎo)航方式用戶數(shù)量可以不受限制。

而為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，北斗二號必須以星載原子鐘來定時(shí)，方能實(shí)現(xiàn)定位。而此前，北斗一號的授時(shí)工作主要由衛(wèi)星地面站來完成，星上沒有原子鐘組。

差之毫厘失之千里

現(xiàn)在的手機(jī)時(shí)間與電視臺的時(shí)間永遠(yuǎn)是同步的，就是因?yàn)椴捎玫氖潜倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時(shí)時(shí)間。我國衛(wèi)星導(dǎo)航的時(shí)間精度是50納秒。1納秒是千分之一微秒、百萬分之一毫秒、10億分之一秒。光速是每秒30萬公里，如果有一只原子鐘慢了1秒，那計(jì)算機(jī)就會(huì)判讀你離這顆衛(wèi)星又遠(yuǎn)了30萬公里。

“我們已知：C（距離）=R（光速）×T（時(shí)間），因此T的誤差量級為：1毫秒的誤差，在定位精度上造成的距離誤差為300公里;1微秒的誤差影響定位精度300米，1納秒的誤差是0.3米?！敝x軍說。

太空版的“差之毫厘，失之千里”更突出了星載原子鐘的重要性。

“星載原子鐘從哪里來？最初，我們也想過購買或引進(jìn)?！敝x軍說，“但要么是發(fā)達(dá)國家不賣給我們，要么是價(jià)格貴到我們買不起。我們的自主創(chuàng)新其實(shí)是逼出來的?！?/p>

“在改革開放初期，我們也曾大量引進(jìn)、吸納西方的先進(jìn)技術(shù)和元器件。但是一旦應(yīng)用到我們的尖端裝備上，隨即就會(huì)受到封鎖和制裁，市場上馬上就買不到了，即使還能買到，價(jià)格也會(huì)被抬高10倍以上?！敝袊暮教焓穼?shí)則是一部自主創(chuàng)新史。

“我們的經(jīng)費(fèi)，只夠買北斗二號所需原子鐘數(shù)量的一半，還有一半必須我們自己動(dòng)手造。當(dāng)時(shí)我們就提出了‘集智攻關(guān)，團(tuán)結(jié)協(xié)作，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，突破星載原子鐘的工程化的要求，必須拿下原子鐘?！敝x軍說。

深思熟慮之后，謝軍下決心讓星載原子鐘百分之百國產(chǎn)化，走自主研發(fā)之路，“一定要讓重要的核心關(guān)鍵技術(shù)牢牢掌握在自己手里”。

“一開始，我們就想到過自主創(chuàng)新很難，但真沒想到這么難。”謝軍回首這些年走過的創(chuàng)新之路時(shí)說，“有人問我，做總師最怕什么？就是怕自己做出決策后，解決不了產(chǎn)品的問題，而眼看著時(shí)間在一個(gè)月一個(gè)月過去，這是最焦慮的。”

“當(dāng)初，研制出的第一臺原子鐘在工作中經(jīng)常突跳，精度很差。怎么辦？我自己的專業(yè)不是研究原子鐘的，只能泡在一線上，和研制原子鐘的專家一起分析問題，想方設(shè)法攻克難關(guān)?！敝x軍總是用心去深入一線，那些原子鐘生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員，他都叫得出名字。有時(shí)做產(chǎn)品試驗(yàn)，他也一直守著，曾36個(gè)小時(shí)不合眼。

星載原子鐘設(shè)計(jì)出來后，謝軍提出，必須防止出現(xiàn)星載原子鐘在地面準(zhǔn)而上了太空不準(zhǔn)的問題。這就要從解決太空和地面的差異入手，地面有空氣的輻射、對流、傳導(dǎo)，而太空中沒有。經(jīng)過反復(fù)攻關(guān)，終于在生產(chǎn)控制中解決了在非真空的條件下，模擬保證真空條件下的工作特性問題。

星載原子鐘對環(huán)境溫度非常敏感。在太空中，因陽光的直接照射和地球陰影區(qū)域的不斷交替，衛(wèi)星每天的溫差上下200多攝氏度。謝軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)為星載原子鐘組設(shè)計(jì)了一個(gè)恒溫艙，通過精密的溫控措施，將溫度控制在設(shè)定目標(biāo)值的±1℃之內(nèi)。“這1℃的誤差所帶來的影響，直接關(guān)系到我們要求的10—14的精度。我們系統(tǒng)的要求就是這么高，這才能保證我們的星載原子鐘300萬年只有1秒的誤差?！敝x軍說。

太空浩瀚，但頻率資源有限。此前，國際電聯(lián)曾規(guī)定，任何國家申請空間軌道和信號頻率資源是有時(shí)限的，如超過7年還不能將所設(shè)計(jì)的衛(wèi)星發(fā)射上天，所申請的頻率資源作廢。

當(dāng)時(shí)，美國的GPS和俄羅斯的格洛納斯導(dǎo)航衛(wèi)星已經(jīng)使用了大量頻率，所剩下來的有限資源為歐洲導(dǎo)航衛(wèi)星“伽利略”和中國導(dǎo)航衛(wèi)星“北斗”所分享，誰先完成發(fā)射誰擁有使用頻率的優(yōu)先權(quán)。國際電聯(lián)“先到先得”“逾期作廢”的規(guī)定，給了中國航天人很大的壓力。

“我是在2006年3月時(shí)，才聽說我們2000年向國際電聯(lián)申請的導(dǎo)航信號頻點(diǎn)，到2007年4月17日要過期?！敝x軍說，當(dāng)時(shí)確實(shí)有點(diǎn)緊張，“因?yàn)楫?dāng)時(shí)我們衛(wèi)星的研發(fā)還未全部完成，擔(dān)心時(shí)間不夠。唯有優(yōu)化流程，抓緊研發(fā)?！?/p>

2007年的春節(jié)都沒有過完，大年初三，五院的大隊(duì)人馬就從北京飛往西昌。衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師謝軍帶頭，所有參試人員進(jìn)場后先干3天體力活，搬設(shè)備、扛機(jī)柜……檢測設(shè)備安裝就位，馬不停蹄開始了連續(xù)6天6夜的不間斷加電測試，以模擬衛(wèi)星和有效載荷在太空連續(xù)工作的狀態(tài)。從院士、型號總師到技術(shù)人員，一刻不停地輪班盯著測試進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)了問題及時(shí)解決。

所有的問題都“歸零”之后，專家層決定：北斗二號首顆MEO試驗(yàn)星14日發(fā)射。

“就在衛(wèi)星發(fā)射前一天晚上10點(diǎn)多，孫家棟院士還在和我商量，萬一衛(wèi)星在太空再發(fā)生什么故障，你要怎么和地面測控系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)協(xié)調(diào)？我都一一記在‘發(fā)射任務(wù)清單上?！敝x軍說，“孫院士等老一輩航天人的責(zé)任感真的是特別強(qiáng)。按照孫總的要求，我們與地面測控人員的溝通協(xié)調(diào)一直持續(xù)到14日凌晨2點(diǎn)。所幸，非常順利?！?/p>

“我們終于實(shí)現(xiàn)了2007年4月17日前激活北斗導(dǎo)航信號的目標(biāo)要求，確保了北斗二號系統(tǒng)申請的衛(wèi)星導(dǎo)航信號頻率與軌位資源有效！此時(shí)，距離國際電聯(lián)規(guī)定的空間頻率申請失效僅剩不到4個(gè)小時(shí)?！?/p>

“北斗二號，從2004年立項(xiàng)到2012年完成，由5顆GEO、5顆IGSO（傾斜地球同步軌道衛(wèi)星）和4顆MEO實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，可為亞太區(qū)域提供導(dǎo)航服務(wù)。定位精度從北斗一號的20—30米，提高為水平和高程均為10米，接近當(dāng)時(shí)的GPS民用標(biāo)準(zhǔn)?！敝x軍表示。

向北斗三號進(jìn)軍

“北斗三號的預(yù)研，于2009年啟動(dòng)。2017年11月5日，首次發(fā)射北斗三號的2顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星?！敝x軍說，“北斗三號系統(tǒng)共有30多顆導(dǎo)航衛(wèi)星組成：3顆GEO、3顆IGSO和27顆MEO。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)，向距離全球組網(wǎng)的目標(biāo)邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。目前，北斗三號在國內(nèi)的定位精度可達(dá)4—6米，部分地區(qū)最高精度可達(dá)2.5米，而在全球的定位精度是10米以內(nèi)?！?/p>

全球組網(wǎng)，全球服務(wù)，是北斗三號的目標(biāo)和承諾，也帶來了全新的挑戰(zhàn)。

首先是中國的衛(wèi)星地面站基本都在中國境內(nèi)，衛(wèi)星在西半球上空時(shí)怎么辦？

謝軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)花了近5年的時(shí)間，不僅提出了星間鏈路高軌和中軌結(jié)合的方案，首創(chuàng)了星間鏈路和混合星座的架構(gòu)體系，還研發(fā)、突破、解決了原子鐘組、大功率微波產(chǎn)品、高精度測量等一系列重大難題。

星間鏈路在空中為北斗三號的30多顆導(dǎo)航衛(wèi)星建了一個(gè)“群”：只要依靠國內(nèi)的地面站，就可管理全球的衛(wèi)星，解決了海外布站、衛(wèi)星境外監(jiān)測的難題，實(shí)現(xiàn)了所有導(dǎo)航衛(wèi)星的互聯(lián)互通。即使和地面聯(lián)系一時(shí)中斷，衛(wèi)星也能繼續(xù)提供服務(wù)。

GEO運(yùn)行的是定點(diǎn)在赤道上空3.6萬公里的地球靜止軌道;而IGSO運(yùn)行的是傾斜地球同步軌道，星下點(diǎn)在地球上呈“8”字形;而MEO運(yùn)行的中圓軌道也要距地面2.15萬公里。北斗三號衛(wèi)星某型號總體技術(shù)負(fù)責(zé)人聶欣說，這3種衛(wèi)星彼此之間最遠(yuǎn)的距離是6.9萬公里，要始終保持聯(lián)系，談何容易。

北斗三號衛(wèi)星之間的信號不是采用廣播式發(fā)送的，而是采用更高頻段的窄波束，所以對衛(wèi)星天線的指向性要求非常高。且由于雙方無時(shí)無刻不在運(yùn)動(dòng)之中，通信天線既要像“萬里穿針”般精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)信號的快速捕捉、跟蹤和通信，還要把衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)帶來的“多普勒效應(yīng)”出現(xiàn)的誤差補(bǔ)償?shù)?，這對中國首個(gè)創(chuàng)建的大型空間網(wǎng)絡(luò)來說，是極大的挑戰(zhàn)。

謝軍對研發(fā)團(tuán)隊(duì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)：“誰也不要以國產(chǎn)化為理由，降低標(biāo)準(zhǔn)?！庇糜诜糯鬅o線電信號的行波管放大器，之前一直使用進(jìn)口產(chǎn)品，按國產(chǎn)化要求有關(guān)單位開始自己研制。費(fèi)了九牛二虎之力拿出了6臺產(chǎn)品，卻被謝軍全部退貨。

“當(dāng)時(shí)作出這個(gè)決定其實(shí)挺難的。”謝軍說，“我知道這個(gè)新產(chǎn)品用一二年還是可以的，但我們北斗三號的壽命要求是提高到10—12年，如果它第3年出問題了怎么辦？和大家反復(fù)商量之后，還是決定拿下來重新研發(fā)。”

北斗三號衛(wèi)星某型號總體技術(shù)負(fù)責(zé)人聶欣說，謝總強(qiáng)調(diào)要把所有的創(chuàng)新建立在扎實(shí)可靠的數(shù)據(jù)上，新產(chǎn)品在地面上就要進(jìn)行全壽命不斷電的可靠性試驗(yàn)，以充分掌握其長期性能，如發(fā)現(xiàn)問題必須進(jìn)行改進(jìn)“歸零”。

導(dǎo)航衛(wèi)星總體室副主任設(shè)計(jì)師康成斌說，謝總非常務(wù)實(shí)，他有句口頭禪是“大家不要只提問題，而要提解決問題的方案”。

中國北斗將成世界北斗

深邃夜空，斗轉(zhuǎn)星移。從2000年10月北斗一號第一顆試驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，到2020年6月23日北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星升空，20年來，44次發(fā)射，中國先后將4顆北斗試驗(yàn)衛(wèi)星，55顆北斗二號、三號組網(wǎng)衛(wèi)星送入太空，開啟了中國“星網(wǎng)”導(dǎo)航全球的時(shí)代。

在謝軍參與北斗項(xiàng)目的16年間，經(jīng)手的衛(wèi)星多達(dá)43顆。手心手背都是肉，沒有哪一顆讓他“省心”過。

“即使順利上天了，要操心的事兒還是很多?！闭f起衛(wèi)星，謝軍完全一副慈父模樣。

在謝軍嘴里，培育衛(wèi)星就像養(yǎng)孩子，從生、養(yǎng)、育，到讀書、成家、立業(yè)，孩子走多遠(yuǎn)，老父親都少不了牽掛?！拔ㄒ徊煌氖?，孩子離家了還能?；貋砜纯矗l(wèi)星的屬性決定，它們一走就不會(huì)再回來，聯(lián)系就只能通過無線電信號。”

“衛(wèi)星發(fā)射入軌以后，工程研制隊(duì)伍并非不做任何工作。管理上，北斗系統(tǒng)相對其他航天系統(tǒng)，專門設(shè)置組建了由衛(wèi)星設(shè)計(jì)方為主的在軌支持系統(tǒng)，由有經(jīng)驗(yàn)的衛(wèi)星設(shè)計(jì)師對在軌產(chǎn)品以及衛(wèi)星工作狀態(tài)通過衛(wèi)星下傳的工作參數(shù)以及工作狀態(tài)的信號連續(xù)地判讀。工程上，定期進(jìn)行評估。在入軌之后，還充分地利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，以便能夠更好地對衛(wèi)星產(chǎn)品的工作狀態(tài)做出判斷?！?/p>

通過這樣一些管理，研制過程加嚴(yán)，上天以后不放松監(jiān)測，整個(gè)系統(tǒng)的理念要“先于故障發(fā)現(xiàn)問題、先于問題發(fā)現(xiàn)苗頭、先于苗頭解決問題”。

首獲占“頻”之勝、攻克無“鐘”之困、消除缺“芯”之憂、破解布“站”之難。如今，中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已達(dá)到國際一流水平。

“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)收官之星遨游太空，是幾代航天人、北斗人為之奮斗的目標(biāo)最終實(shí)現(xiàn)的里程碑?！敝x軍說，“早在20世紀(jì)六七十年代，老一輩航天人就曾提出過一個(gè)名為‘燈塔的衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃，可由于當(dāng)時(shí)國家陷于‘文革動(dòng)亂，只能被迫止步，但這個(gè)‘燈塔的夢想始終在我們一代又一代航天人心里。”

航天界流行的一句話——一次成功不代表次次成功，別人成功不代表你能成功。謝軍的解讀更為苛刻，他說：“成功是差一點(diǎn)的失敗，失敗是差一點(diǎn)的成功。有人常說，‘差一點(diǎn)我就成功，但差一點(diǎn)也不行?！?/p>

當(dāng)被問及是否覺得工作辛苦時(shí)，謝軍微微一笑說：“航天工作很吸引我，當(dāng)你有了熱愛，所有征服挑戰(zhàn)、解決困難的過程都變得十分有趣?！?/p>

燦爛星空，北斗閃耀。衛(wèi)星的終點(diǎn)是浪漫瓊宇，謝軍的終點(diǎn)也是起點(diǎn)。對于謝軍來說，“收官之星”不代表著北斗工程的結(jié)束，而是整個(gè)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)。在謝軍的心里，一直有一個(gè)信念——“中國的北斗將來一定會(huì)成為世界的北斗”。