中国科学报|北斗团队：推动中国卫星导航走向全球

作者 | 秦志伟

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导航卫星真空热试验。中科院微小卫星创新研究院供图
“还叫北斗团队吗？我们应该叫‘北斗战神队’！”近日，中科院微小卫星创新研究院（以下简称卫星创新院）院长、“北斗三号”卫星系统总指挥龚建村在该院举办的“弘扬新时代北斗精神，助推创新院跨越发展”专题报告会上说道。
今年7月31日， “北斗三号”全球卫星导航系统正式开通，这标志着我国建成的独立自主、开放兼容的全球卫星导航系统可以为全球用户提供服务。
历时11年，这支团队攻克50余项关键核心技术、推进500余种器部件国产化研制、实现核心器部件国产化率100% ，先后完成12颗北斗导航卫星的研制和发射。 “新时代北斗精神与‘两弹一星’精神和载人航天精神是一脉相承的，具有鲜明的时代特色。 ”龚建村说。
要造福全人类
卫星创新院副院长、“北斗三号”系统卫星总设计师林宝军在专题报告会上说，他更喜欢用湛卢剑比喻北斗， “这是一把仁者之剑，中国北斗不是为了称霸世界，而是要造福全人类” 。
2009年9月18日，曾任神舟飞船应用系统副总设计师的林宝军从北京来到上海，担任“北斗三号”卫星系统总设计师。这对他来说是一个全新的开始。
2011年10月，中国第二代卫星导航系统重大专项试验卫星工程启动。 “首发星是最大的考验，那时压力非常大。 ”林宝军说，有上百项关键技术等待研发。
当时这支队伍只有81名成员，平均年龄31岁。 “大部分人是第一次干，大家信心满满，像是打了鸡血。 ”林宝军说。
“北斗三号”卫星系统地面试验验证主任设计师李绍前在2012年8月加入这支队伍，在他看来， “初生牛犊不怕虎，前面哪怕是刀山火海，我们也想去闯一闯” 。
2015年3月30日，新一代北斗导航卫星首发星成功发射，这既是中科院在导航卫星领域的“破冰”之作，也标志着北斗卫星导航系统从区域走向全球。
林宝军激动地说，我们“立足国人自己的技术把北斗完成，中国人的大厦不能建立在别人的地基上” 。
这支队伍通过技术创新，攻克了53项关键技术，取得了“功能链”设计理念、基于相控阵的Ka星间链路技术、无缝切换时频基准、龙芯CPU等多项创新性突破，实现关键器部件100%国产化，彻底扭转了卫星关键器部件依赖进口、受制于人的局面。从此，北斗的目标从“保三争二” ，改为比肩超越GPS 。
与此同时，北斗“战神队”也逐渐成型。
“400多米”仅是一天的工作量
“北斗三号”卫星系统的重大技术创新之一是采用“长征三号”运载火箭加远征一号上面级，将卫星直接送入目标轨道。 “卫星就像乘了辆太空摆渡车，不需要携带大量推进剂，用不到1吨的重量，实现原来3吨卫星的能力。 ”李绍前解释道。
然而，这个方案最初却因为技术跨越过大饱受质疑，几乎搁浅。例如，卫星随上面级飞行过程存在温度控制问题。在长达6个小时的飞行中，太空冷黑的环境下，星上设备温度会下降至零下70摄氏度，不能正常工作，单纯靠蓄电池进行加热，又负担过重。
最开始，研究人员的热控设计是类似烙饼的方案，但效果不好。 “北斗三号”卫星系统热控主任设计师李锴提出了另外一种烤香肠式的方案，实现了目标。最终，地面试验验证和热控“两家”联合把难题解决了。
很快，他们又遇到了更大的困难。卫星和上面级解锁，分离面冲击将远超卫星设备抗冲击指标。在火箭与卫星的接口协调会上，有人当场表示这行不通。但如果回到卫星不搭“太空摆渡车”、自带燃料变轨的方案，将严重影响系统的建设进程。分页标题
于是， “北斗三号”卫星系统结构主任设计师安洋带着团队四处寻找问题的解决方案。最终，他们使到达星上设备的冲击量级大大衰减，给乘坐远征一号“摆渡车”的导航卫星定制了“安全座椅” 。
设计提出了，仿真结果也有了，可这种设计究竟行不行，还得试验结果说了算。
火工品爆炸螺栓起爆，悬吊着的星箭对接框应声而落，设计师们都冲到数据处理屏幕前看数据。短暂的宁静后，现场响起掌声。又一个拦路虎被他们拿下了。
但首发星成功并不代表任务结束，组网密集发射计划接踵而至。 “所有人被分成几组轮流上，测试排班表中不分白天和黑夜，计划调度表里没有工作日和节假日。 ”李绍前说。
对于“北斗三号”卫星导航系统综合测试分系统副主任设计师王亚宾来说， 2017年至2018年的密集发射期让他记忆犹新， “这一年卫星累计加电时长7582小时，相当于每天20.77小时” 。他们要对4万多参数进行判读，每天要分析比对大量的数据。
“如果把这些数据打印出来，摞起来的厚度高达400多米，相当于东方明珠的高度，而这仅仅是一天的工作量。 ”王亚宾说。
万里长征迈出第一步
这支队伍里，年轻人已经担当重任，前辈们仍身体力行。
年逾六旬的沈学民原本要退休了，但知道这支队伍需要他，沈学民义不容辞担起了“北斗三号”卫星系统副总设计师一职。
每次卫星发射时，按照导航卫星的飞行程序安排，卫星发射前50分钟需将卫星与地面测试连接的脱落电缆插头及火工品星表插头拔掉。此时，卫星位于发射塔架的最高处，离地面高达70米，拔完插头后又要在5分钟内通过简易步梯快速撤离现场。
因为发射前要求静默，所以没有电梯可用。而火箭就在脚下冒着“白烟”随时待命发射，这对人的身心是极大的挑战。
为确保任务的顺利完成，沈学民从第一颗导航星开始，每次发射都是亲自率队上塔。沈学民对年轻的成员说：“我年纪大了，万一有什么突发事情，你们先撤，我断后。 ”
《雷锋日记》上有这样一段话：“一个人的作用，对于革命事业来说，就如一架机器上的一颗螺丝钉……螺丝钉虽小，其作用是不可估量的。我愿永远做一颗螺丝钉。 ”北斗三号卫星系统总装技师许国平把雷锋的这句话，抄写在了工作记录本上。而在自己岗位上做一颗永不生锈的螺丝钉，也成为这支队伍每位成员的追求。
“‘北斗三号’全球卫星导航系统开通只是万里长征迈出的第一步。 ”林宝军表示， “我们一定会管好用好已在轨的北斗卫星，并为下一代导航卫星继续奋战。 ”
《中国科学报》 (2020-11-13 第4版综合)编辑 | 赵路排版 | 志海
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