一年11次發(fā)射20顆衛(wèi)星升空！揭秘“北斗”背后的故事

在我國四川大涼山腹地，散落著3個(gè)航天點(diǎn)號，分別被當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)叫做牛頭山、天王山和袁家山。每一次北斗出征，中國航天人都會在“三山”之間穿梭，樹影婆娑中他們的身影若隱若現(xiàn)，成為外界觀察這一國之重器難得的視角。

11月19日，當(dāng)我國第42、43顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心騰空而起，這里的火箭跟蹤測量人員再次活躍起來。牛頭山，海拔近1800米，是這里地勢最高、位置最偏遠(yuǎn)的點(diǎn)號，也是每次火箭發(fā)射萬里測控的“第一棒”。天王山，幾百平方米的山頂“壩子”上，守著5個(gè)人，兩個(gè)點(diǎn)號左右呼應(yīng)，一邊是氣象站，一邊是測量點(diǎn)。袁家山，三代“夫妻哨”在這里扎根，一座哨塔，一個(gè)家。

沒有人做過具體統(tǒng)計(jì)，偌大的中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)究竟有多少個(gè)崗位又有多少人參與，但屬于北斗大系統(tǒng)的每次進(jìn)展，則毫無遺漏地被人們記錄下來——

過去1年里，我國先后完成11次發(fā)射任務(wù)，將19顆北斗三號導(dǎo)航衛(wèi)星和1顆北斗二號導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，組網(wǎng)發(fā)射最短間隔17天，創(chuàng)造了北斗組網(wǎng)發(fā)射歷史上高密度、高成功率的新紀(jì)錄。

而截至目前，中國北斗已經(jīng)走過18年，成功將包括4顆試驗(yàn)衛(wèi)星在內(nèi)的43顆北斗衛(wèi)星送入太空，發(fā)射成功率達(dá)到100%。

天樞貪狼、天權(quán)文曲、搖光破軍……是中國古人對“北斗”的解讀，而如今的“北斗”則蘊(yùn)藏著更多故事，象征更多意義。

發(fā)射前3小時(shí)的“漏電”驚魂

航天發(fā)射是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的科技活動，歷次北斗任務(wù)中，也有驚心動魄的回憶。

2000年10月31日和12月21日，在前后不到兩個(gè)月里，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心連續(xù)成功發(fā)射了兩顆“北斗一號”靜止軌道導(dǎo)航衛(wèi)星。我國也因此實(shí)現(xiàn)了首次使用雙星定位技術(shù)組成的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

然而，事情不像人們期待的那么順利，航天發(fā)射的高風(fēng)險(xiǎn)再一次得到驗(yàn)證。

2003年5月24日晚，長征三號甲運(yùn)載火箭托舉著第三顆“北斗一號”衛(wèi)星矗立在發(fā)射塔架，等待著飛天一刻的來臨。

突然，發(fā)射場區(qū)遭遇傾盆大雨。

控制系統(tǒng)報(bào)告：給箭上三級火工品和電磁閥等設(shè)備供電的關(guān)鍵線路——M3母線漏電。這一險(xiǎn)情可能造成箭上火工品誤爆或不起爆，導(dǎo)致發(fā)射失敗的嚴(yán)重后果。

此時(shí)，距預(yù)定發(fā)射時(shí)間不足3小時(shí)，發(fā)射“窗口”也只有短短51分鐘。

時(shí)任西昌衛(wèi)星發(fā)射中心火箭控制系統(tǒng)的高級工程師毛萬標(biāo)回憶起來，當(dāng)時(shí)擺在他們面前有兩個(gè)選擇：如果發(fā)射，會有風(fēng)險(xiǎn);如果中斷發(fā)射，就會造成無法估量的損失，還會留下重大事故隱患。

一時(shí)間，指揮中心陷入兩難。毛萬標(biāo)站了出來，跑到火箭塔架，幾次來回上下，最終得出結(jié)論：漏電現(xiàn)象是由于環(huán)境濕度較大，部分接插件結(jié)霜引起，不會影響母線供電電壓，不會成為決定成敗的因素，“可以發(fā)射!”

那年的5月25日零時(shí)34分，我國第三顆北斗一號衛(wèi)星發(fā)射升空，成功進(jìn)入預(yù)定軌道。

這是發(fā)生在北斗一號導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)發(fā)射中的故事。事后談及這次任務(wù)，毛萬標(biāo)說：“在那個(gè)時(shí)候，就需要有人站出來，這是作為一個(gè)系統(tǒng)工程師、作為一個(gè)航天人的責(zé)任。”

雷暴間隙“見縫插針”發(fā)射成經(jīng)典

在全球十大航天發(fā)射場中，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心是屬于氣候條件較為復(fù)雜的發(fā)射場之一。該中心氣象系統(tǒng)高級工程師江曉華說，這里不僅有雨季干季之分，還要受來自東南西北4個(gè)方向的氣象系統(tǒng)影響，統(tǒng)計(jì)顯示，這里近50%的發(fā)射都是在雨季執(zhí)行的。

盡管如此，2011年的一次北斗發(fā)射，還是讓他們遭遇到前所未有的“惡劣”氣候條件。

這一年7月27日5時(shí)整，距離發(fā)射窗口僅剩半小時(shí)，天空中突然云團(tuán)涌動，越過山峰向場區(qū)上空聚攏，不久便電閃雷鳴、暴雨傾盆。

江曉華回憶，從發(fā)射前半小時(shí)開始，氣象人員每隔10分鐘就向任務(wù)指揮部預(yù)報(bào)一次場區(qū)未來10分鐘的天氣情況，一共報(bào)了3次，但結(jié)果都是一樣：8公里范圍內(nèi)有雷暴，而且是強(qiáng)雷暴。

5時(shí)30分，已經(jīng)到了發(fā)射窗口時(shí)間。氣象團(tuán)隊(duì)必須拿出最后的會商結(jié)果。

江曉華至今記得，在最后時(shí)刻，氣象團(tuán)隊(duì)終于覓到“機(jī)會”——未來10分鐘內(nèi)，場區(qū)雷雨將出現(xiàn)短暫間隙，滿足發(fā)射最低氣象條件。很快，上報(bào)了“戰(zhàn)機(jī)”。

5時(shí)44分28秒，伴隨著指揮員的口令，操作手按下紅色“點(diǎn)火”按鈕，長征火箭托舉著“希望”直刺蒼穹。

不久后喜訊傳來：第九顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星準(zhǔn)確入軌，發(fā)射成功。這是發(fā)生在北斗二號組網(wǎng)發(fā)射過程中的故事，也成為后來被頻頻談到的“雷暴間隙奪秒發(fā)射”的經(jīng)典。

江曉華說，摸透“老天爺”的脾氣，找到發(fā)射狹窄“窗口”，只是航天各崗位確保成功的一個(gè)縮影，“航天發(fā)射是萬人一桿槍的事業(yè)，無論哪個(gè)系統(tǒng)、哪個(gè)崗位都是不可或缺的一分子”。

測試指針“爆表”所有人驚出一身汗

直到3年前，這樣的驚險(xiǎn)傳奇還在繼續(xù)上演。這一次，無關(guān)天氣。

2015年3月17日，萬里晴空，長征三號丙運(yùn)載火箭首次搭載遠(yuǎn)征一號上面級和北斗二號導(dǎo)航衛(wèi)星巍峨地矗立在發(fā)射場，進(jìn)行陣地第一次總檢查測試。

和往常一樣，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心地面控制系統(tǒng)工程師張濤在對監(jiān)測箭上設(shè)備的各條母線，逐一進(jìn)行絕緣性能檢查：“M1對M2絕緣，M1對M3絕緣，M2對M3絕緣……”

與“箭上設(shè)備母線”臨近的“地面設(shè)備母線”引起了他的警覺。

就在前一晚，張濤習(xí)慣性地查找對比了系統(tǒng)改造前后的相關(guān)設(shè)備和指標(biāo)，他認(rèn)為當(dāng)母線間的絕緣僅限于對“箭上設(shè)備母線”進(jìn)行監(jiān)測，而“地面設(shè)備母線”對“箭上設(shè)備母線”的絕緣情況卻沒有考核到。

這一次發(fā)射，是控制系統(tǒng)地面設(shè)備改造后首次投入發(fā)射任務(wù)，也是首次發(fā)射遠(yuǎn)征一號上面級和新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，意義之重要不言自明。

“不測不知道，一測嚇一跳!”

當(dāng)張濤用測試電筆將“地面設(shè)備母線”與“箭上設(shè)備母線”連接，測試指針“噌”地一下“爆表”，在場的所有人立刻驚出一身汗。

“報(bào)告!發(fā)現(xiàn)異常!”張濤和二崗人員經(jīng)過再三檢查，共同確認(rèn)，“地面設(shè)備母線”與“箭上設(shè)備母線”間呈導(dǎo)通狀態(tài)，與設(shè)計(jì)要求不符，“一旦誤接通，很可能給箭上設(shè)備造成無法估量的損傷”。

第一次總檢查不得不立即叫停。張濤和同事收到了最新命令：“必須盡快排除故障，否則將會影響發(fā)射進(jìn)程!”

當(dāng)天21時(shí)左右，張濤和航天科技集團(tuán)技術(shù)人員一起重置調(diào)試該設(shè)備的連接焊點(diǎn)，反復(fù)測試確定各項(xiàng)參數(shù)合格。

3天后，即3月30日21時(shí)，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心首次成功發(fā)射遠(yuǎn)征一號上面級，將北斗二號導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

“關(guān)門”前4小時(shí)擠進(jìn)“全球衛(wèi)星導(dǎo)航俱樂部”

有人問，既然航天發(fā)射風(fēng)險(xiǎn)如此之高，為何不放慢腳步，“且走且徐吟”?也有人質(zhì)疑，頻頻發(fā)射的背后是否有急功近利的心態(tài)在作祟?

這一切還要從北斗的誕生說起。

1994年，我國決定啟動北斗一號工程，進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)探索。

當(dāng)時(shí)，作為國際上現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，美國GPS、俄羅斯格洛納斯已各自發(fā)射了20多顆衛(wèi)星，完成全球組網(wǎng)，并占用了最適合衛(wèi)星導(dǎo)航的黃金頻段。我國則與正在建設(shè)伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的歐盟，推動國際電聯(lián)從航空導(dǎo)航頻段中“最大限度地”擠出一小段以供使用。

“這一小段頻率，是建設(shè)一個(gè)全球?qū)Ш较到y(tǒng)最基本的頻率需求，各國均可平等申請。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)說。

他至今記得一個(gè)日子——2000年4月18日，這一天，中國北斗和歐盟伽利略系統(tǒng)同時(shí)申報(bào)。按照國際電聯(lián)規(guī)則，必須在7年內(nèi)成功發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星，并成功發(fā)射和接收相應(yīng)頻率信號，才能獲得該軌道位置和頻率資源，否則將無法取得合法地位。

“賽跑”開始了。

2005年，歐盟發(fā)射了首顆伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星。楊長風(fēng)說，此時(shí)，我國雖然已經(jīng)發(fā)射了3顆北斗“試驗(yàn)”衛(wèi)星，但這些衛(wèi)星不具備主動發(fā)射下行信號的能力，而符合國際電聯(lián)規(guī)則的北斗二號衛(wèi)星仍在研制，“時(shí)間很緊迫”。

距7年限期只剩不到3年，如果不能成功發(fā)射一顆導(dǎo)航衛(wèi)星，頻段就只能拱手讓人。留給北斗人的，似乎只有背水一戰(zhàn)，倒排工期，縮短研制周期。

終于，在2007年4月初，我國第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星如期矗立在發(fā)射塔架上。但，新的問題再次出現(xiàn)：運(yùn)載火箭上了發(fā)射塔架進(jìn)行第三次總檢查時(shí)，衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)突然出現(xiàn)異常。

此時(shí)，留給楊長風(fēng)及其團(tuán)隊(duì)用來修復(fù)的時(shí)間，只有3天。

北斗人決定對衛(wèi)星“開膛破肚”。爬上塔架打開火箭、撥開衛(wèi)星，拿出有問題的應(yīng)答機(jī)設(shè)備，從西昌趕到成都，從零開始，重新進(jìn)行檢驗(yàn)測試。

“那時(shí)我們只能用汽車運(yùn)過去，顛簸四五個(gè)小時(shí)。為防車的震動造成影響，應(yīng)答機(jī)都是懷里抱著的，像個(gè)孩子一樣保護(hù)著。”楊長風(fēng)說。

2007年4月14日4時(shí)11分，這顆肩負(fù)著重要使命的北斗衛(wèi)星終于起飛。4月17日20時(shí)許，衛(wèi)星傳回了信號。

此時(shí)，距離國際電聯(lián)的“七年之限”只剩不到4小時(shí)。在國際電聯(lián)“關(guān)門”之前，中國北斗終于擠進(jìn)“全球衛(wèi)星導(dǎo)航俱樂部”。

關(guān)鍵部件全部國產(chǎn)化“逆襲”之路

最新一次發(fā)射的是第42、43顆北斗衛(wèi)星，也是第18、19顆北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星。

楊長風(fēng)說，衛(wèi)星入軌后將與此前發(fā)射的17顆北斗三號衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)聯(lián)調(diào)和性能指標(biāo)評估，計(jì)劃于今年年底開通運(yùn)行，向“一帶一路”國家和地區(qū)提供基本導(dǎo)航服務(wù)，這標(biāo)志著中國北斗邁出從區(qū)域走向全球的“關(guān)鍵一步”。

相繼發(fā)射的19顆北斗三號衛(wèi)星中，不論是全身披掛“新神器”的試驗(yàn)星，還是可以“自我診斷”、長壽命、高可靠的首發(fā)雙星，抑或是新增國際搜救功能的第13、14顆衛(wèi)星，以及最新發(fā)射的首次采用激光星間鏈路進(jìn)行高精度時(shí)間傳遞的基本系統(tǒng)收官雙星……一年之內(nèi)完成基本系統(tǒng)建設(shè)的奇跡，依靠的卻不是“人海戰(zhàn)術(shù)”。

航天科技集團(tuán)五院北斗三號衛(wèi)星總指揮遲軍透露，和“前輩”相比，北斗三號在前方發(fā)射場的衛(wèi)星試驗(yàn)人員數(shù)量減少了近一半、全流程時(shí)間縮短了近三分之一。后方北京的在研情況也是一樣，不論是人員還是研制周期都大為縮減。

在備受關(guān)注的“國產(chǎn)化”問題上，北斗三號也交出了自主可控的答卷——“目前北斗三號衛(wèi)星上使用的所有部件，全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化”。

北斗三號工程副總設(shè)計(jì)師、衛(wèi)星首席總設(shè)計(jì)師謝軍告訴記者，作為響當(dāng)當(dāng)?shù)膰仄?，北斗三號在前期論證中，就明確提出元器件和器部件國產(chǎn)化自主可控的目標(biāo)。

“中國的北斗，也是世界的北斗，應(yīng)用將向全人類開放，但從技術(shù)可持續(xù)發(fā)展來看，必須堅(jiān)定地走國產(chǎn)化的道路，做到核心在手。”謝軍說。

后續(xù)，我國將于2020年年底前建成由30多顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星組成的全球系統(tǒng)。那時(shí)，中國北斗將成為包括美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略在內(nèi)的全球四大導(dǎo)航系統(tǒng)之一。

如今的北斗已經(jīng)可以站出來說，自己擁有格洛納斯、伽利略甚至GPS不曾具備的絕活。比如轉(zhuǎn)發(fā)用戶短信。

沒有手機(jī)信號，又沒有昂貴的海事衛(wèi)星，人們可以用北斗發(fā)信息——或許是救命的信息。楊長風(fēng)透露，在我國東南沿海，漁民是第一批北斗的忠實(shí)用戶，全國4萬余艘漁船已經(jīng)安裝了北斗，累計(jì)救助漁民上萬人。

今年，北斗地基站網(wǎng)的開通，讓米級、亞米級、厘米級甚至毫米級的服務(wù)不再是夢想——人們可以在這一技術(shù)的基礎(chǔ)上大膽設(shè)想，未來的車輛走在中間車道，屬于中國的北斗導(dǎo)航將不會誤認(rèn)為，“那是左轉(zhuǎn)車道”。

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