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北斗系統邁入全球時代:將“命脈”牢牢握在自己手里

2019年06月17日 07:53 來源:中國青年報 參與互動 

  原題:中國北斗的自主創新之路——將“命脈”牢牢把握在自己手里

  中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其最近一次公開露面被問到這樣一個問題:中美貿易摩擦對中國北斗衛星導航系統發展及其與美國GPS系統之間的合作有什么影響?冉承其聽后直言不諱:“沒有太大問題。”

  按照他的說法,推進衛星導航之間的開放合作已成為全世界的共識,不光中國這么認為,他相信美國、俄羅斯以及歐洲也持這種觀點,“只有加強衛星導航系統間合作,才能共同推動時空信息、高新技術發展。”

  在前不久舉行的第十屆中國衛星導航年會上,冉承其“曬”出北斗過去10年的成績單,其中最受矚目的還是自主創新部分:國產北斗芯片、模塊等關鍵技術已全面突破,性能指標與國際同類產品相當,10年前的年會現場很難見到北斗展品,如今北斗芯片和終端則隨處可見。而這些,正是這一國之重器走向全球,“挺直腰桿”和其他國家衛星導航系統攜手合作的前提。

  正如北京市市長陳吉寧在年會開幕式致辭中所提到的,回顧北斗系統過去10年的發展,既是一個自主創新的過程,也是一個開放融合的過程。這位學者出身的市長說,“北斗”從研發之初,就秉承著要將“命脈”牢牢把握在自己手里的原則,自主創新、攻堅克難,走出了一條具有中國特色、獨立自主的衛星導航系統發展之路。

  “硬著頭皮第一個‘吃螃蟹’”

  說起被譽為北斗精神的“自主創新、團結協作、攻堅克難、追求卓越”,第一個關鍵詞便是“自主創新”。回望最初那段歲月,所謂自主創新就是從無到有,一路走來披荊斬棘。

  據中國工程院院士、北斗一號衛星總設計師范本堯回憶,在我國開始規劃北斗藍圖時,歐美一些發達國家就已經完成了全球系統布局。但是,以我國當時的國情,不能再走歐美國家的老路,必須另辟蹊徑。

  “一下子建那么大的全球組網系統,需要大量時間和資金。當時剛剛開放,用戶還是集中在國內、周邊,因此,‘先區域、后全球’的技術途徑就此確立,符合中國國情,具有中國特色。”范本堯說。

  按照他的說法,國產化是從北斗一號的太陽帆板做起,當時很多衛星都不敢上,北斗是第一個“吃螃蟹”的,硬著頭皮上。此后,北斗開始了艱苦卓絕的國產化攻關。

  以北斗衛星的新平臺研制為例,北斗一號最初啟用我國研制的“東方紅三號”衛星平臺,雖然采用了當時最先進的三軸穩定控制方案和雙組元統一推進方案,但由于國外對我國的關鍵技術封鎖和禁運,實現這些方案必須依靠自身條件。

  據航天科技集團五院專家的回憶,當時五院聚集國內優勢力量,短短幾年時間便完成了控制分系統的星載計算機、中心控制線路、推進分系統的大容量表面張力貯箱、490牛頓推力發動機等產品的技術攻關,最終,北斗一號衛星推進分系統65臺部件產品“全部實現了國產”。

  然而,在當時的技術條件下,影響衛星長期穩定運行的控制分系統三大部件——紅外地球敏感器、動量輪和太陽帆板驅動機構還需要進口。

  又一輪國產化攻關開始了。研制團隊從關鍵技術、關鍵材料、關鍵工藝著手,歷經8年多時間,幾經波折,三大部件終于在北斗一號的備份星上實現了首飛,自主解決了衛星的“眼睛”“腿腳”和“肩關節”的問題。

  范本堯說,不論是東方紅三號平臺的橫空出世,還是影響衛星壽命的三大關鍵部件,憑借自力更生的創業精神,老一輩北斗人逐一攻克,于2000年年底建成了北斗一號系統,讓我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛星導航系統的國家。

  10年前,中國只有北斗一號,在軌衛星僅3顆,如今的北斗則有在軌衛星38顆,包括18顆北斗二號衛星和20顆北斗三號衛星。這其中,北斗三號所有部件和核心器件,都已達到100%國產化。

  “核心技術完全自主可控!”北斗三號衛星總設計師陳忠貴說。

  “再難也從未動搖國產化決心”

  高科技的發展,往往取決于核心技術的突破,這一點在航天領域、在北斗工程中體現得尤為明顯。

  作為導航衛星的頻率基準,銣原子鐘被譽為整個導航衛星的心臟,其背后就蘊藏著有關時間基準的核心技術,這些技術直接決定著導航衛星定位、測距、授時的準確性。

  然而,與世界先進導航系統相比,中國北斗起步晚、基礎弱,高精度時間基準技術成為最大的“攔路虎”。科研團隊研制的第一臺原子鐘在工作時經常出現“突跳”,精度很差,接二連三的失敗,讓研制團隊經常一夜回到“起點”。

  “有沒有過困難甚至讓人撐不下去的時候?肯定有!”

  王平是航天科技集團五院另一位北斗三號衛星總設計師,他說,“即便是在最艱難的時候,北斗團隊也從未動搖過國產化的信心和決心,要打造世界一流工程、實現航天強國夢,就離不開國產化”。

  中國北斗人最終啃下了這塊“硬骨頭”,國產星載銣鐘從無到有,從粗到細,性能指標不斷提高,填補了技術空白。

  2012年,在北斗二號一期發射的最后3顆衛星中,中國航天改變以往的國產化銣鐘為主鐘、進口銣鐘為備份的搭配模式,國產化銣鐘完全取代進口銣鐘,導航衛星全部裝上國產化銣鐘,擁有了名副其實的“中國心”。

  至今,很多北斗人都還清晰地記得2007年首顆北斗二號衛星研制的那段“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。北斗人爭分奪秒完成了前期所有研制,為節省時間,所有參試人員進駐發射場后又大干3天體力活,搬設備、扛機柜、布電纜……

  2007年4月16日,在成功發射的兩天后,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有不到4個小時——我國衛星導航系統的頻率資源把握在了自己手中,從此拉開北斗二號系統建設的序幕。

  “我們是以百米沖刺的速度在跑馬拉松。”北斗三號工程副總設計師謝軍如此形容北斗的研制節奏。他說,一顆北斗星的成功并不意味著組網的成功,待全球組網系統真正建成時,北斗人或許才能“松一口氣”。

  “這里沒有個人英雄”

  作為一個重大而復雜的系統工程,北斗直接牽引帶動著數百家單位、上萬名研制人員。

  謝軍告訴記者,這些人在過去20多年的研制過程中共同鍛造了主動協作、顧全大局的精神,“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。”

  事實上,每一顆北斗衛星都有著強大的“幕后團隊”,僅以衛星系統為例,總體設計、結構機械、熱控制、綜合電子、控制與推進、載荷等眾多分系統,以及測試、總裝等環節的北斗人,如果任何一個環節任何一個崗位的心思沒往一處想,勁兒沒往一處使,就很難有北斗今天的堅實步伐。

  謝軍說,即便是團隊中的泰斗和“明星”人物,也不“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”,從而醉心于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”的互助的“四助”策略。

  這其中,還有這樣一個有趣的觀察視角:創業階段,“老北斗人”是用藥盒和大頭針制作簡易的衛星模型,來給新員工做講解;后來,他們用“共享筆記本”等形式你一句、我兩行地記錄研制經驗和心得;再后來,他們傾囊傳授寶典,編著總體設計指南以及各分系統的設計工作手冊,詳解設計中的“清規戒律”。

  “這樣給力的傳幫帶,加上北斗工程密集組網的歷練,大大縮短了北斗人才成長的周期。”謝軍說,北斗已形成一支平均年齡35歲、老中青結合的鐵軍團隊。

  余速是航天科技集團五院一名90后航天人,他加入航天隊伍才一年多的時間,便經歷了多顆北斗衛星研制工作,獨立完成某測試設計和實施,保障了多顆衛星多階段測試任務的完成。

  與別的衛星領域不同,北斗對于系統的連續、穩定、完好、可用要求極高,一個產品的好壞直接影響著十幾顆衛星的成敗,牽一發而動全身。因此,“零缺憾”是北斗人執拗的追求目標,質量更是他們精心呵護的“眼珠子”。

  在第九顆北斗三號衛星某關鍵單機測試中,總體主任設計師劉家興發現一個關鍵指標“超標了”。

  “超差了多少?”記者問劉家興,得到的答案是“小于一納秒”。換句話說,這個誤差小于十億分之一秒,短到用“剎那”都難以形容。

  但劉家興就是過不了心里的那道關,“如果不把這個問題搞清楚,那就是要帶著隱患、帶著遺憾、帶著疑慮,讓衛星去上天。”

  在過去20多年的時間里,這樣的“較真”是中國北斗人的常態。

  古人常用“聲名北斗高”和泰山北斗來形容敬仰之情。在當代中國,正是北斗人把這項工作看作神圣事業,用匠心打造精品,才讓這一國之重器不斷刷新紀錄,創造了一個又一個奇跡。

  20余年彈指一揮間,中國的北斗衛星早已布局寰宇,在眼花繚亂的北斗衛星升空背后,是這些中國北斗人的堅守。展望未來,這些苦行僧一樣的“斗士”“鐵軍”,已經在向著2020年實現全球組網的目標沖刺,一條屬于中國自主的導航之路,正在他們腳下延伸。(邱晨輝)

 

【編輯:陳海峰】

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