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最强中国“心”!北斗心脏精度每三百万年差1秒 背后有哪些不为人知的故事?

央视新闻客户端 央视新闻客户端 2020年08月03日 10:18 A-A+ 二维码
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7月31日,北斗三号全球卫星导航系统正式宣布建成开通。从1983年“双星定位”理论提出,到2020年完成全球组网;从单星研发到多星并举,从艰难追赶到昂首超越,一代代航天人接续奋斗,让中国的北斗终成世界的北斗。 北斗的研制背后有哪些不为人知的故事?

最强中国“心”!北斗心脏精度每三百万年差1秒

作为北斗卫星的“心脏”——铷原子钟,它的每一次跳动都直接决定着北斗卫星定位、测速和授时功能的精度。从打破国外技术封锁,到不断设计研发更高精度、更强能力的国产原子钟,研制团队付出了数十年的努力,走出了一条自主创新、自我超越的发展之路。

眼前的这个看着并不起眼的金属盒子就是北斗卫星的“心脏”——铷原子钟。已经79岁的雷文琦是我国第一代铷钟研制带头人。上世纪六七十年代,我国开始了对铷钟的研究,却只停留在理论和地面研究阶段。直到“要建设中国人自己的导航系统”这个目标出现,研制团队意识到铷钟这颗导航卫星的“心脏”必须由中国人独立自主完成。

摆在雷文琦和团队面前的是从无到有,从纸上的理论到可以上天的产品之间巨大的跨越。

航天科技集团五院西安分院 星载铷钟产品专家 雷文琦: 我们不想受制于人,我们这一代人,上世纪六七十年代已经受到西方对中国实行高技术禁运,已经遭遇过这种情况。所以我们必须要尽量做到自力更生,研发自己的国产铷钟。

“不想受制于人”,这是整个北斗工程最核心的精神。即便要面对简陋的条件,技术的封锁,甚至科研设备也少之又少。但是他们知道,中国的北斗只有自主创新一条路。

2006年,我国第一台星载铷钟产品一飞冲天,搭载验证取得成功。团队来不及庆祝,就投入到了北斗二号首发星的研制任务中,而那时,属于他们的考验才刚刚开始。

由于我国的北斗和欧洲的伽利略系统属于同步开展建设,依据国际电联的规定,用于卫星导航的频率资源采取先到先得的方式。也就是说如果不能在约定时间发射卫星,申请的频率资源就将作废。而此时,留给北斗二号首发星的时间只有不到一年。

航天科技集团五院西安分院 星载铷钟产品首席专家 贺玉玲: 当时任务非常艰巨,我们进口一台铷钟是要18个月才能交付,我们只有8个月的时间完成我们星载铷钟的研制,密密麻麻的任务节点就贴在墙上。大家都是吃住在实验室,哪怕是凌晨两三点钟,我们要爬起来去测试,去试验。没有白天黑夜一直在干。

经历了没白天没黑夜的8个月,2007年4月14日,首颗北斗导航卫星终于竖立在了发射塔架上,此时距离我国申请的频率有效期只有三天的时间。而对于铷钟研制团队来说,只有卫星顺利升空并且传回了导航信号,才算真正成功。

航天科技集团五院西安分院 星载铷钟产品首席专家 贺玉玲: 真的是惊心动魄,(信号传回的时间)仅仅比国际电联规定的时间提前了4个小时。在导航信号播发的那一瞬间,我真的是感慨万千,忽然觉得自己再苦再累都是值得的。

北斗二号首发星的成功,拉开了铷钟国产化的序幕。2012年,在北斗二号后期发射的卫星中,改变了以往的国产化铷钟为主钟、进口铷钟为备份的模式,国产化铷钟正式全面取代进口铷钟,精度提高到了每三百万年才会差一秒。

同时,为了追上北斗卫星的高密度发射,团队不断优化研制流程。如今的星载铷钟的批产能力已经达到了每年50台左右。为北斗导航工程铸造了一颗最强中国“心”。

航天科技集团五院西安分院 星载铷钟产品专家 雷文琦: 当初开始研究这个东西,我都不敢想象,也是原来我们这一代人的梦。我们实际上是老中青三代,他们做了很大的贡献,才把指标提升到这么高。 

航天科技集团五院西安分院 星载铷钟产品首席专家 贺玉玲: 家人和小孩经常会抱怨我们,说你们是做“钟”的怎么是最不守时的?有时候为了获得一个更稳定的数据,可能需要反复测试,所以经常是不知不觉时间就过去了。抬头仰望星空的时候,想想自己的产品就在太空中遨游着,在那维系着我们国家的导航卫星系统,自己觉得还是很骄傲。

卫星推进剂加注团队:笃定坚守26载 我的岗位请放心

火箭升空时会加注燃料,获取动力,事实上,卫星自己也需要动力来源,也需要燃料。

白师傅原本是北斗卫星推进剂加注团队的一员,今年刚刚退休。但是,他们的团队了不起,多年来,冒着剧毒、易燃易爆等危险,为数十颗北斗卫星注入动力;他们常年驻扎在大凉山,远离家人朋友;他们见证了中国的北斗到世界的北斗,自己也从青年骨干变成了“老师傅”。

今年已经退休的白崑顺师傅还是会经常到卫星加注的试验现场,来看看徒弟们的工作。从1994年加注东方红三号卫星算起,白师傅是我国加注卫星数量最多的人。

航天科技集团五院502所 北斗三号控制和推进系统指挥 刘振新: 就是白师傅在,我们加注是他操作的,这些总师们就放心。因为确实是这个工作需要细心,又胆大心细,还得完全按照严操作规程走。

卫星加注就是将为卫星提供动力的推进剂注入到卫星中,也是卫星安装到火箭前的最后一项工作,因此只能在发射场完成。加上前期的准备时间,每一颗卫星的加注,团队都需要在发射场呆上三个月左右。

航天科技集团五院502所 原双组元推进系统加注高级技师 白崑顺: 这颗星还没加注完,那颗星又来了,搁在那等着你呢。待最长的一次待了10个月,平常也得半年以上。

不仅要常年远离家人朋友,他们还要面对着不可预知的风险。北斗卫星双组元推进系统采用的是甲基肼和四氧化二氮作为推进剂。两者都是强腐蚀的化学品,并且只要相遇,无需点火就会引发爆燃。也就是说,加注过程稍有差池都可能“星毁人亡”。

航天科技集团五院502所 原双组元推进系统加注高级技师 白崑顺: 也挺危险的。刚开始干的时候也挺害怕的,因为没接触过这东西。就怕泄漏 。“滴肼不漏”,一滴都不能漏。

“滴肼不漏”,说起来容易做起来难。每一次加注都要连续工作十五六个小时,涉及五六百条口令,三百多个管路接点,数百次阀门操作。只有每一步都准确无误,才能确保安全。

为了能够不断汲取经验,二十多年来,白崑顺每天工作结束后,都会写工作日志,厚厚的本子上整齐地记录着关于工作的点点滴滴。

航天科技集团五院502所 原双组元推进系统加注高级技师 白崑顺: 每颗星的数据都加多少料,加多少气,都有一个原始的记录,大概有20多本。

在白师傅一行一行念着自己二十多年来的工作时,我们看到了他的一双饱经沧桑的手。

航天科技集团五院502所 原双组元推进系统加注高级技师 白崑顺: 比如我左手,我们家那个门也是密码锁的,我的左手根本就没用,就没有指纹。

这双甚至连指纹都没有了的手,和整整齐齐的工作笔记一起,组成了白崑顺26年的卫星加注生涯。26年的时间,他一共加注了97颗卫星,其中包括40余颗北斗卫星,遗憾的是,在今年初正式退休的他没能去参加最后这颗收官之战。

航天科技集团五院502所 原双组元推进系统加注高级技师 白崑顺: 都说老白说等到100颗的时候咱们得好好庆祝,可是我特别有点失望,我就差三颗就100颗了。

尽管白师傅没能亲自去到西昌见证北斗三号收官卫星的发射,但是他的徒弟接下了他手中的接力棒,成功护送最后一颗北斗三号组网卫星进入太空。

航天科技集团五院502所 双组元推进系统加注技师 郭欣羽: 他的那些笔记我现在也是在写,我现在可能也写完两三本了。我既然选择了这个工作,那么我会一直坚持到底。

卫星生产团队:从第一缕“光亮”到“满天星辰”

代号为“529”的北京卫星制造厂有限公司。它不但是北斗卫星的主要生产基地,更是我国第一颗人造卫星“东方红一号”的诞生地,见证了我国的航天事业从50年前的第一缕“光亮”发展成为今天的“满天星辰”。 

北斗三号全球卫星导航系统正式开通的消息一经发布,便引起了全世界的关注。而位于中关村的北斗卫星生产基地——北京卫星制造厂里依旧和往日一样进行着生产工作。 

黎昱,是厂里通信导航领域的总师,不久前,他送走了亲手研制的最后一颗“北斗卫星”。 

航天科技集团五院529厂通信与导航领域总师 黎昱:北斗在天上有55颗卫星运行,为全球提供了导航服务。我和我们的团队全程参与了这55颗卫星的研制,经历了20多年。每一颗(产品)的出场都像亲手送自己的孩子出门一样,就像看到了自己的孩子有所成就、有所成绩一样。 

今天,北斗从这里生产,闪耀了世界,而50年前也是在这里,东方红一号诞生,开启了中国航天事业的新纪元。 

在2号厂房的恒温间,东方一号的功勋设备——坐标镗铣床依旧安静伫立。 

“东方红一号”卫星研制人员 汤士良(83岁):这台机器是1958年从瑞士进口的,是用一火车皮鸡蛋换回来的,所以这台设备对我们国家是宝,为东方红一号生产(零件)。

当时,这种机器整个北京就只有一台,是厂里精度最高的设备。决定东方红一号卫星与火箭能否成功脱离的关键零件——爆炸螺栓就是用它生产的。 

“东方红一号”卫星研制人员 汤士良(83岁):(卫星上)4个螺栓同时爆炸,有一个不爆炸,卫星就是完不成任务。99%不行,必须达到100%,做了十几批(爆炸螺栓实验)。

正是老一辈航天人的无私无畏、久久为功,让“东方红一号”在1970年4月24日点亮了中国人征战太空的第一缕“光亮”,50年来,这缕光亮一直照耀着航天人前行。 

从1994年北斗一号立项,黎昱就参与其中,他和团队陪伴北斗走过20多年,也共同奋斗了20多年,印象最深的就是生产北斗二号第三颗地球同步轨道卫星时,因为工期压缩,他们要在2个月里完成超高精度要求的星箭接口任务。 

航天科技集团五院529厂通信与导航领域总师 黎昱:当时我心里非常着急的,这个时候整个的研制团队积极站出来申请加班加点,而且想了很多高效的方式、并行的方法,很多同志是看着朝阳来看着朝阳走,把预想的两个月压缩到了一个月以内,使得整个项目不受影响。 

紧接着,2009年北斗三号立项,黎昱和团队马不停蹄地投入到新任务。北斗三号应用大量的国产创新材料,其中,在太阳翼生产中加入了国产高模高强纤维,不但可以提高性能,还可以节约成本。 

然而,新材料在匹配性和工艺性上给了黎昱和团队又一次重大考验。 

航天科技集团五院529厂通信与导航领域总师 黎昱:做了很多的实验工作,一开始是做的纤维和我们宇航用的树脂的匹配性,光力学实验中实验件就做了好几千件。工艺实验大概做了将近半年的时间,调整优化工艺参数、改造设备、整个测试试卷也达到了上千件的量级,最后稳定住了。 

黎昱告诉我们,20年间,他们就是这样一次次地迎来困难,又一次次地努力克服,最后迎来成功。 

如今,55颗北斗卫星产品,全部安全生产,高质量出厂是他们最骄傲的事,未来,他们还将继续奋斗,让中国航天的“满天星辰”闪亮宇宙。


(编辑 陈晓月)




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