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北斗走向全球的传奇:18年发射43颗卫星100%成功率

2018-12-16 14:47 来源:中国青年报 参与互动 
标签:明珠城 澳门威尼斯人平台 昆明

  北斗走向全球的传奇

  在我国四川大凉山腹地,散落着3个航天点号,分别被当地老乡叫做牛头山、天王山和袁家山。每一次北斗出征,中国航天人都会在“三山”之间穿梭,树影婆娑中他们的身影若隐若现,成为外界观察这一国之重器难得的视角。

资料图:北斗卫星发射现场。梁珂岩 摄
资料图:北斗卫星发射现场。梁珂岩 摄

  11月19日,当我国第42、43颗北斗导航卫星在西昌卫星发射中心腾空而起,这里的火箭跟踪测量人员再次活跃起来。牛头山,海拔近1800米,是这里地势最高、位置最偏远的点号,也是每次火箭发射万里测控的“第一棒”。天王山,几百平方米的山顶“坝子”上,守着5个人,两个点号左右呼应,一边是气象站,一边是测量点。袁家山,三代“夫妻哨”在这里扎根,一座哨塔,一个家。

  没有人做过具体统计,偌大的中国北斗卫星导航系统究竟有多少个岗位又有多少人参与,但属于北斗大系统的每次进展,则毫无遗漏地被人们记录下来——

  过去1年里,我国先后完成11次发射任务,将19颗北斗三号导航卫星和1颗北斗二号导航卫星送入预定轨道,组网发射最短间隔17天,创造了北斗组网发射历史上高密度、高成功率的新纪录。

  而截至目前,中国北斗已经走过18年,成功将包括4颗试验卫星在内的43颗北斗卫星送入太空,发射成功率达到100%。

  天枢贪狼、天权文曲、摇光破军……是中国古人对“北斗”的解读,而如今的“北斗”则蕴藏着更多故事,象征更多意义。

  发射前3小时的“漏电”惊魂

  航天发射是一项高风险的科技活动,历次北斗任务中,也有惊心动魄的回忆。

  2018-12-16和12月21日,在前后不到两个月里,西昌卫星发射中心连续成功发射了两颗“北斗一号”静止轨道导航卫星。我国也因此实现了首次使用双星定位技术组成的区域卫星导航系统。

  然而,事情不像人们期待的那么顺利,航天发射的高风险再一次得到验证。

  2018-12-16晚,长征三号甲运载火箭托举着第三颗“北斗一号”卫星矗立在发射塔架,等待着飞天一刻的来临。

  突然,发射场区遭遇倾盆大雨。

  控制系统报告:给箭上三级火工品和电磁阀等设备供电的关键线路——M3母线漏电。这一险情可能造成箭上火工品误爆或不起爆,导致发射失败的严重后果。

  此时,距预定发射时间不足3小时,发射“窗口”也只有短短51分钟。

  时任西昌卫星发射中心火箭控制系统的高级工程师毛万标回忆起来,当时摆在他们面前有两个选择:如果发射,会有风险;如果中断发射,就会造成无法估量的损失,还会留下重大事故隐患。

  一时间,指挥中心陷入两难。毛万标站了出来,跑到火箭塔架,几次来回上下,最终得出结论:漏电现象是由于环境湿度较大,部分接插件结霜引起,不会影响母线供电电压,不会成为决定成败的因素,“可以发射!”

  那年的5月25日零时34分,我国第三颗北斗一号卫星发射升空,成功进入预定轨道。

  这是发生在北斗一号导航卫星组网发射中的故事。事后谈及这次任务,毛万标说:“在那个时候,就需要有人站出来,这是作为一个系统工程师、作为一个航天人的责任。”

  雷暴间隙“见缝插针”发射成经典

  在全球十大航天发射场中,西昌卫星发射中心是属于气候条件较为复杂的发射场之一。该中心气象系统高级工程师江晓华说,这里不仅有雨季干季之分,还要受来自东南西北4个方向的气象系统影响,统计显示,这里近50%的发射都是在雨季执行的。

  尽管如此,2011年的一次北斗发射,还是让他们遭遇到前所未有的“恶劣”气候条件。

  这一年7月27日5时整,距离发射窗口仅剩半小时,天空中突然云团涌动,越过山峰向场区上空聚拢,不久便电闪雷鸣、暴雨倾盆。

  江晓华回忆,从发射前半小时开始,气象人员每隔10分钟就向任务指挥部预报一次场区未来10分钟的天气情况,一共报了3次,但结果都是一样:8公里范围内有雷暴,而且是强雷暴。

  5时30分,已经到了发射窗口时间。气象团队必须拿出最后的会商结果。

  江晓华至今记得,在最后时刻,气象团队终于觅到“机会”——未来10分钟内,场区雷雨将出现短暂间隙,满足发射最低气象条件。很快,上报了“战机”。

  5时44分28秒,伴随着指挥员的口令,操作手按下红色“点火”按钮,长征火箭托举着“希望”直刺苍穹。

  不久后喜讯传来:第九颗北斗导航卫星准确入轨,发射成功。这是发生在北斗二号组网发射过程中的故事,也成为后来被频频谈到的“雷暴间隙夺秒发射”的经典。

  江晓华说,摸透“老天爷”的脾气,找到发射狭窄“窗口”,只是航天各岗位确保成功的一个缩影,“航天发射是万人一杆枪的事业,无论哪个系统、哪个岗位都是不可或缺的一分子”。

  测试指针“爆表”所有人惊出一身汗

  直到3年前,这样的惊险传奇还在继续上演。这一次,无关天气。

  2018-12-16,万里晴空,长征三号丙运载火箭首次搭载远征一号上面级和北斗二号导航卫星巍峨地矗立在发射场,进行阵地第一次总检查测试。

  和往常一样,西昌卫星发射中心地面控制系统工程师张涛在对监测箭上设备的各条母线,逐一进行绝缘性能检查:“M1对M2绝缘,M1对M3绝缘,M2对M3绝缘……”

  与“箭上设备母线”临近的“地面设备母线”引起了他的警觉。

  就在前一晚,张涛习惯性地查找对比了系统改造前后的相关设备和指标,他认为当母线间的绝缘仅限于对“箭上设备母线”进行监测,而“地面设备母线”对“箭上设备母线”的绝缘情况却没有考核到。

  这一次发射,是控制系统地面设备改造后首次投入发射任务,也是首次发射远征一号上面级和新一代北斗导航卫星,意义之重要不言自明。

  “不测不知道,一测吓一跳!”

  当张涛用测试电笔将“地面设备母线”与“箭上设备母线”连接,测试指针“噌”地一下“爆表”,在场的所有人立刻惊出一身汗。

  “报告!发现异常!”张涛和二岗人员经过再三检查,共同确认,“地面设备母线”与“箭上设备母线”间呈导通状态,与设计要求不符,“一旦误接通,很可能给箭上设备造成无法估量的损伤”。

  第一次总检查不得不立即叫停。张涛和同事收到了最新命令:“必须尽快排除故障,否则将会影响发射进程!”

  当天21时左右,张涛和航天科技集团技术人员一起重置调试该设备的连接焊点,反复测试确定各项参数合格。

  3天后,即3月30日21时,西昌卫星发射中心首次成功发射远征一号上面级,将北斗二号导航卫星送入预定轨道。

  “关门”前4小时挤进“全球卫星导航俱乐部”

  有人问,既然航天发射风险如此之高,为何不放慢脚步,“且走且徐吟”?也有人质疑,频频发射的背后是否有急功近利的心态在作祟?

  这一切还要从北斗的诞生说起。

  1994年,我国决定启动北斗一号工程,进行卫星导航试验探索。

  当时,作为国际上现有的卫星导航系统,美国GPS、俄罗斯格洛纳斯已各自发射了20多颗卫星,完成全球组网,并占用了最适合卫星导航的黄金频段。我国则与正在建设伽利略卫星导航系统的欧盟,推动国际电联从航空导航频段中“最大限度地”挤出一小段以供使用。

  “这一小段频率,是建设一个全球导航系统最基本的频率需求,各国均可平等申请。”北斗卫星导航系统总设计师杨长风说。

  他至今记得一个日子——2018-12-16,这一天,中国北斗和欧盟伽利略系统同时申报。按照国际电联规则,必须在7年内成功发射导航卫星,并成功发射和接收相应频率信号,才能获得该轨道位置和频率资源,否则将无法取得合法地位。

  “赛跑”开始了。

  2005年,欧盟发射了首颗伽利略导航卫星。杨长风说,此时,我国虽然已经发射了3颗北斗“试验”卫星,但这些卫星不具备主动发射下行信号的能力,而符合国际电联规则的北斗二号卫星仍在研制,“时间很紧迫”。

  距7年限期只剩不到3年,如果不能成功发射一颗导航卫星,频段就只能拱手让人。留给北斗人的,似乎只有背水一战,倒排工期,缩短研制周期。

  终于,在2007年4月初,我国第一颗北斗导航卫星如期矗立在发射塔架上。但,新的问题再次出现:运载火箭上了发射塔架进行第三次总检查时,卫星应答机突然出现异常。

  此时,留给杨长风及其团队用来修复的时间,只有3天。

  北斗人决定对卫星“开膛破肚”。爬上塔架打开火箭、拨开卫星,拿出有问题的应答机设备,从西昌赶到成都,从零开始,重新进行检验测试。

  “那时我们只能用汽车运过去,颠簸四五个小时。为防车的震动造成影响,应答机都是怀里抱着的,像个孩子一样保护着。”杨长风说。

  2018-12-164时11分,这颗肩负着重要使命的北斗卫星终于起飞。4月17日20时许,卫星传回了信号。

  此时,距离国际电联的“七年之限”只剩不到4小时。在国际电联“关门”之前,中国北斗终于挤进“全球卫星导航俱乐部”。

  关键部件全部国产化“逆袭”之路

  最新一次发射的是第42、43颗北斗卫星,也是第18、19颗北斗三号组网卫星。

  杨长风说,卫星入轨后将与此前发射的17颗北斗三号卫星进行组网联调和性能指标评估,计划于今年年底开通运行,向“一带一路”国家和地区提供基本导航服务,这标志着中国北斗迈出从区域走向全球的“关键一步”。

  相继发射的19颗北斗三号卫星中,不论是全身披挂“新神器”的试验星,还是可以“自我诊断”、长寿命、高可靠的首发双星,抑或是新增国际搜救功能的第13、14颗卫星,以及最新发射的首次采用激光星间链路进行高精度时间传递的基本系统收官双星……一年之内完成基本系统建设的奇迹,依靠的却不是“人海战术”。

  航天科技集团五院北斗三号卫星总指挥迟军透露,和“前辈”相比,北斗三号在前方发射场的卫星试验人员数量减少了近一半、全流程时间缩短了近三分之一。后方北京的在研情况也是一样,不论是人员还是研制周期都大为缩减。

  在备受关注的“国产化”问题上,北斗三号也交出了自主可控的答卷——“目前北斗三号卫星上使用的所有部件,全部实现了国产化”。

  北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军告诉记者,作为响当当的国之重器,北斗三号在前期论证中,就明确提出元器件和器部件国产化自主可控的目标。

  “中国的北斗,也是世界的北斗,应用将向全人类开放,但从技术可持续发展来看,必须坚定地走国产化的道路,做到核心在手。”谢军说。

  后续,我国将于2020年年底前建成由30多颗北斗导航卫星组成的全球系统。那时,中国北斗将成为包括美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略在内的全球四大导航系统之一。

  如今的北斗已经可以站出来说,自己拥有格洛纳斯、伽利略甚至GPS不曾具备的绝活。比如转发用户短信。

  没有手机信号,又没有昂贵的海事卫星,人们可以用北斗发信息——或许是救命的信息。杨长风透露,在我国东南沿海,渔民是第一批北斗的忠实用户,全国4万余艘渔船已经安装了北斗,累计救助渔民上万人。

  今年,北斗地基站网的开通,让米级、亚米级、厘米级甚至毫米级的服务不再是梦想——人们可以在这一技术的基础上大胆设想,未来的车辆走在中间车道,属于中国的北斗导航将不会误认为,“那是左转车道”。

  中国青年报·中青在线记者 邱晨辉 来源:中国青年报

【编辑:张燕玲】
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