最美科技工作者|小衛星大挑戰 用自主創新為北斗導航定位

 


圖說:林寶軍 中科院科技攝影聯盟供圖

「中國古代有四大發明,現在有北斗導航創造中國 奇蹟 。」20年前,林寶軍接手新一代北斗導航衛星研發團隊「總舵手」時的雄心壯志,隨著 今年 北斗三號全球衛星導航系統 的 建成終於得酬——中國成為世界第三個獨立擁有全球衛星導航系統的國家,北斗導航是中國航天人給世界的又一貢獻。在最新揭曉的2020年上海最美科技工作者榜單上,中科院微小衛星創新研究院副院長、新一代北斗導航衛星總設計師林寶軍 光榮在列。而在林寶軍自己心中,上海微小衛星工程中心研發團隊的每一位小夥伴,都是最美的。

「小」目標大挑戰

北斗是我國自主知識產權的空間基礎設施之一,是全球第三個完善的衛星導航系統。 北斗系統 從第 17 顆 衛星開始 實現了 「 瘦身計劃 」—— 重量不到 1 噸, 但依然有 高軌道 、 高可靠 、 長壽命 等特點 。 它 功能沒有太大不同,也能實現對天對地觀測、通信、導航、校時等;研製周期上卻 「 多、快、好、省 」 ,發射可以 「 一箭雙星 」 或 「 一箭多星 」 ,對全球 「 織網 」 的北斗衛星來說, 「 造星 」 效率大大提高,成本明顯降低。

林寶軍2009年從北京來到上海,正是奔著小衛星而來。雖然擁有豐富的衛星空間應用總體工作經驗,面對「小」目標,他卻感受到了前所未有的壓力。「北斗衛星變小了,卻要與傳統高軌衛星一樣,到達距離地球3.6萬公里的位置。這意味著它要承受更多路途奔波、更惡劣的外太空環境,比如猛烈的火箭振動、宇宙射線、靜電放電等等。」

林寶軍告訴記者,小衛星經受的太空輻射比以往增加5至10倍。而且,星上器件從搬進窄小空間後,如何不相互干擾,更快散熱,都是棘手的技術難題。更難以想像的是,留給小衛星的「解題」時間還很短。從2011年10月工程正式啟動,到完成第一顆小衛星上天,只有3年多一點的時間;衛星組網的過程中,一年上天五六顆星,是常態。這是一項不可能完成的任務!

自主創新才是捷徑

在林寶軍的人生字典里,想要解決不可能解決的難題,只有一條路,創新!就在大家都習慣於「短板理論」,即希望通過彌補技術短板來實現性能提升,以實現最經濟的成長模式時,他卻在北斗三號系統的研製中,帶領中科院科研團隊創造性地採取「長板理論」策略:新技術只要靠譜,就最大限度拓展其未來成長性的需求。

「 別人認為進口的東西更保險,這是大家慣有的觀念,沒人敢用國產的。我們團隊不然,只要理論行得通、驗證充分了,國產不等於不保險。 」 衛星上使用新技術比例不到 30% 的慣例,在林寶軍這裡壓根兒沒存在過。例如,中科院上海天文台研製成功的第一台雙頻氫原子鐘,其精度比銣原子鐘高一個數量級,缺點就是沒有在軌運行過。 「 但是,我們認為技術是可靠的,就可以上天。 」

為了確保萬無一失,新一代北斗導航衛星也裝備了銣原子鐘。這種雙鐘模式的創新,創造了潛在的應用場景。氫原子鐘可在20皮秒內與銣原子鐘「無縫切換」,大大提高了信號的連續性。「這就意味著,如果開車時導航信號中斷,可以在用戶察覺不到的情況下切換到備份信號。」林寶軍說。

很多人以為,堅持自主創新是勇氣可嘉。林寶軍卻認為,自主創新是幹事業的人應有的責任心。於是,身材嬌小的新一代北斗導航衛星首發星成了自主創新的大平台——攻克數十項關鍵技術,取得了十餘項國際首創的創新成果。「只有自主創新的首創,才能保證導航衛星具有長期國際競爭力。」由林寶軍主持的北斗三號導航衛星,從以往70%不採用新技術,一下子轉身為採用的新技術超過70%。

一顆顆北斗三號導航衛星的在軌運行結果表明,創新沒有產生問題,創新恰恰解決了導航衛星長期以來難以解決的難題。特別是基於「龍芯 Flash」填補了國產高性能CPU應用的空白以及PROM禁運的問題,FPGA、DC/DC、微波等核心器部件也全部國產化,徹底扭轉了衛星關鍵器部件依賴進口、受制於人的局面。

帶出一支杠杠的團隊

截至目前,中科院北斗導航衛星研製團隊共發射了12顆衛星。「我們的技術不斷進步,衛星功能也越來越強,這完全依賴於我們有一群杠杠的小夥伴。」就像談起靠自主創新「打天下」的北斗三號衛星一樣,林寶軍一聊到自己的團隊同樣無比自豪,有時還會動情落淚。

通常情況下,一名科研工作者成長為主任設計師大約要到四五十歲。而走進位於上海張江的微小衛星創新研究院,迎面走來的一張張年輕面孔,極有可能已經是北斗衛星的主設計師。「在我們這裡,很多年輕人工作3~5年就能當上主任設計師,最年輕的主任設計師僅28歲。」為了鼓勵創新,林寶軍會把30公分厚的「航天規範」等文件,縮減成了一本小冊子,盡量為年輕人在各方面「減負」,並給予青年創新團隊充分的自由。

年輕人有衝勁,年輕人同時也面臨更多成長煩惱。從落戶買房到戀愛,再到結婚生子……一個接一個的現實問題,讓團隊留住人不是一件容易的事。在最近一次院內改革中,小衛星團隊的人才流失卻只有個位數。成長快,有歸屬感,和領導溝通無障礙,沒有森嚴的等級觀念,為中國導航事業做出貢獻……不少「小衛星人」留下的原因各不相同,可面對企業獵頭百萬年薪的邀約,不約而同選擇了拒絕。

在林寶軍的科研團隊里,年輕人流行著這樣一句話,「你負責詩和遠方,我負責道路坎坷」。至今,說起無數個日日夜夜裡,團隊年輕人為北斗作出犧牲的「家常故事」,他依然會紅了雙眼。

新民晚報記者 馬亞寧

喜歡這篇文章嗎?立刻分享出去讓更多人知道吧!