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“牛气冲天”是很多人对2021辛丑牛年的祝福。这句祝福用在谢军身上再合适不过。从2月11日到2月17日,短短一周时间内,谢军接连迎来人生中的两次高光時刻:2月11日,谢军在央视春晚《向祖国报告》特别节目中,向全国人民郑重宣布北斗三号卫星已实现全球组网、实现核心器部件国产化率百分之百!2月17日,谢军荣获“感动中国2020年度人物”。
自2004年担任北斗导航卫星总设计师以来,谢军先后带领团队研制北斗二号、北斗三号卫星系统,为中国北斗走向世界做出了卓越贡献。尤其是在北斗三号卫星研制过程中,谢军团队创造性地实现了卫星批量化生产,平均20天就将1颗导航卫星送入太空,刷新了中国航天发射纪录。
三年一腾飞,十年一跨越,中国北斗,星灿世界。
自主创新,拒绝“卡脖子”
1982年从国防科技大学毕业后,谢军被分配到中国航天科技集团下属中国空间技术研究院航天五院504所工作,该院是我国“北斗计划”主力,从上世纪80年代起就一直担负着北斗卫星系统和产品的设计制造工作。从进入五院504所的第一天起,谢军就与北斗结缘。
在2004年担任北斗二号导航卫星总设计师之前,谢军在504所工作了22年。期间参与了东方红二号通信卫星、风云二号气象卫星、海洋二号卫星等国家重大航天工程。这22年的工作积累,为他日后带领团队攻坚克难、开创纪录打下了坚实的基础。
2004年,谢军临危受命,在北斗二号导航卫星总设计师的岗位上走马上任,但是等待他的却是一个个棘手难题。
北斗二号卫星导航系统跟北斗一号卫星导航系统不是同一量级,首先服务的范围不同,北斗二号要服务整个亚太地区,北斗一号只服务中国;其次,发射的卫星数量不同,北斗二号需要发射14颗卫星,北斗一号只发射了3颗卫星;再次,北斗二号发射的每颗卫星其技术难度也比北斗一号卫星大很多,尤其星载原子钟更是难啃的“硬骨头”。
原子钟有“导航卫星的心脏”之称,一直以来,中国都是依赖进口。中国曾提出与欧洲开展技术合作,但却遭到拒绝。“卡脖子”问题何时能得到解决?成为谢军上任后思考最多的问题。2006年,由于进口原子钟无法按时供货,致使北斗二号建设工程差点夭折。这件事深深地刺痛了谢军。
痛定思痛。谢军深刻认识到,作为一个航天大国,中国必须要有自己安全独立的时频基准系统。像北斗卫星导航系统这样非常重要的国家基础设施,关键产品、关键技术如果不掌握在自己手里,就像沙漠里的高楼大厦,没有基础是不牢靠的。
自那以后,谢军带领国内数家科研院所研究员集中攻克技术难题,只用了短短一年多的时间就实现技术突破,成功研制出中国自己的星载铷原子钟,并在此基础上反复打磨精度,使铷原子钟的天稳定度达到10-14量级,授时精度达到50纳秒,这个精度300万年只有1秒误差。
当自主研制的铷原子钟大功告成的同时,距离2007年4月17日北斗二号卫星导航系统的最后期限只有几个月时间。时间紧迫是摆在谢军面前的另一道坎。根据国际电联规定,导航卫星的频率资源和轨道位置资源自申请日起时限为7年,超时不用自动作废。
为了赶在期限前发射成功,保住申报的频率资源,谢军带领北斗二号研制团队全力以赴,夜以继日。他每天的工作时间超过16小时!“那时候大家只有一个信念:把卫星打上太空。”
2007年4月14日凌晨,北斗二号系统第一颗中圆轨道试验卫星被成功送入太空。4月16日晚10时,卫星成功将信号发送回地面。此时距离最后期限仅剩2个小时。
技术突破,全面国产化
在北斗二号系统稳定建设的同时,2009年中国北斗三号卫星导航系统正式立项。与北斗二号系统覆盖亚太地区不同,北斗三号系统的目标是覆盖全球。这无疑对谢军团队提出了更高的要求。
定位精度仍是首要问题。谢军在接受媒体采访时谈到,曾有一台星上设备,在测试过程中,偶尔会出现一纳秒的跳动。一纳秒是什么概念?一纳秒是十的负九次方秒。也就是说,这个设备如果每天变化一纳秒,三百万年之后才会变化一秒。但对于高精度的卫星导航系统来说,这是无法容忍的。“这一纳秒变化可能会导致定位精度从10米变成20米甚至30米,整个系统的服务将大打折扣。”
作为北斗三号卫星首席总设计师,谢军再次带领团队自主设计了星间链路,以此实现星和星之间的精密测量,信息传输,控制指令的传送。“北斗三号采用星间链路以后,对整个系统服务精度的提升贡献非常大,我们现在可以达到优于2米的水平。”
定位精度值提升了,但是卫星的寿命是有限的,如果北斗卫星导航系统不能迅速打入空间、快速完成组网,卫星的价值就无法实现。如何破解这个难题?谢军认为,唯有批量化生产,不断更新换代产品,才能保障长期稳定地为用户提供服务。
批量化生产卫星,这在以前想都不敢想。我国第一、第二颗“北斗一号”卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空。第三颗“北斗一号”导航定位卫星于2003年5月25日发射升空。此后基本上是隔几年时间才发射一颗。到2017年,我国共有23颗北斗卫星发射成功。而到2020年,中国成功发射55颗北斗卫星。也就是说,从2017年到2020年这3年间,就有32颗卫星发射升空,“中国速度”令世界震惊。
支撑“中国速度”的是谢军带领团队开创的批量化生产模式。“我们引入流水线作业模式,就像生产车辆一样,每一个作业点都有相应的生产工序。”谢军举例说,“在卫星热管生产中,下午4点设计图纸,2小时后工艺图纸就完成晒图并下发到车间,当天晚上就开始正式生产,以前需要20多天的生产周期,现在只要10天左右就能完成。”
依托批量化生产模式,在北斗三号卫星研制过程中,谢军团队仅用1年零14天的时间,就将19颗导航卫星送入太空,刷新了中国航天发射纪录。
除了速度之外,更令国人自豪的是国产化率。北斗三号卫星上所有的单机产品国产化率已从80%提高到了100%。这使得中国成为继美国、俄罗斯之后,世界上第三个拥有全球卫星导航系统的国家。