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知识报国 建功航天

2016-01-31程前马璟

神剑 2015年6期
关键词:测控航天卫星

程前 马璟

2007年1月,美丽的春城昆明,笼罩在喜迎新年的气氛之中,而此时,一场事关国家利益的三方谈判正在这里进行。

三方谈判的焦点:“轨位”。

李恒年受国家有关部门的邀请,参与了这场谈判。

这一年,我国一颗“北斗”卫星发射在即,但分属不同国家的两颗卫星抢先占据了“北斗”预定的轨位。

怎么办?我国提出:三星共位。

每个轨位只有正负0.1个经度,非常狭小。怎么才能共位?必须用技术和实力说服两国。

外方谈判代表提出:共位必须保证卫星不碰撞、不遮挡、不干扰,实际上就是不希望中国卫星挤进来。

与其说这是一场谈判,不如说这是一次智慧的较量和技术的比拼。面对两国提出的质疑,李恒年带领团队一步一步演示方案,一个一个解答外方提出的各种刁钻问题。

最后,李恒年提出的方案不仅可以控制我国卫星与外国的两颗卫星极其接近,互不影响,实现了三星共位,而且巧妙利用天体引力、太阳光压、气体阻力等空间摄动,让我国卫星燃料消耗得极少。

几天谈判下来,外方专家怀疑的目光渐渐变成了钦佩,最终三方达成一致并签署协议。

其实,早在几年前,李恒年就认识到了共位技术对我国空间利益的重要价值,率领团队预先开展研究,并创立了静止轨道卫星多星控制的新思想。

知识报国、建功航天,这在李恒年心底,是值得一生追逐的梦想。

梳理李恒年的成长历程,发现他人生的每一步都浸透着“报国”的执着。

1992年,李恒年即将从国防科大研究生毕业,面临着人生一次重要的抉择。

当时,澳星发射失利的阴霾尚未散去,中国航天亟待奋起。

毕业时,清华大学想请他到学校任教,一些知名企业以高薪吸引他去搞软件开发。当时,中心技术部巫致中总师到国防科大做报告,航天人为祖国“追星揽月、征战寰宇”的事迹,一下子吸引了李恒年。

堂堂男儿,何以报国?他毅然决定加入事关国家尊严的航天事业。

当时的中国航天正处于低谷,但他依然选择了坚守。李恒年相信,自己的知识和智慧一定能够回报自己的祖国、回报中国的航天事业。

正如习主席所指出,“有梦想,有机会,有奋斗,一切美好的东西都能够创造出来”。从那时起,祖国航天给了李恒年一个梦想,李恒年也带给航天事业无数的精彩。

“新世纪百千万人才工程国家级人选”“国家科技进步奖”“军队科技进步奖”“全国优秀科技工作者”“载人航天工程突出贡献奖”……

伴随着祖国航天事业不断前行的脚步,李恒年的报国志向也在航天事业的大发展中画出一个个壮美的惊叹号。

转眼二十多年过去了,现在,李恒年已经是一名当之无愧的科研专家了。但面对成就和荣誉,李恒年心底那报国的情结却愈发浓烈:“我们这一代航天人还能为国家做些什么?”

一代人有一代人的样子,一代人有一代人的担当。

宇航动力学国家重点实验室成立后,李恒年经常与航天工业部门、中科院、清华、国防科大以及国外航天领域的优秀研究单位开展科研交流,这些单位对他的科研成果十分关注,对他的专业水平高度认可。一些院校多次向他许以优厚的科研条件和待遇,想“挖走”他和他的团队,李恒年都婉言拒绝了。他说:“祖国航天事业的发展,为我们这代人提供了广阔的舞台。能够在这项事业中施展才华、报效国家,是我最大的光荣!”

人无魂不立,军无魂不强。作为一名科研人员,什么才是“有灵魂”?李恒年矢志报国的责任、忧患和担当,为我们做了最好的回答。

然而,随着航天活动的日益频繁,太空碎片越来越多,对卫星等飞行器的安全造成极大威胁,能不能设计一种航天器,可以不断吞噬这些太空碎片,并将其转化为能量,供自己循环使用?

用大型望远镜观测空间目标是航天界的通行做法,但能不能靠多个单人、分别用20厘米口径的小望远镜,进行“组网”式观测,并且观测效果比大型望远镜还好?

这些都是李恒年的一些奇思妙想。

对这些看似天方夜谭的想法,李恒年却看得很重。他说:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要,解决一个问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能,而提出新的问题,却需要有创造性的想象力。”

徜徉在李恒年奇思妙想的海洋中,会发现,这些奇思妙想有的源于他心细如发的洞察,有的源于他打破陈规的魄力,而有的则源于他宽广开放的视野。

李恒年刚到中心时,被分配到BP机寻呼台工作,但他闲不住、爱琢磨,经常到测控技术部听同事们讨论测控难题。当时,在任务联调中经常会遇到测站数据中断和数据跳变的问题。有时为了补齐一个数据,许多科技人员要一直守到深夜。李恒年问了不少人,得到的解释是:测站数据处理算法需要设备采样必须达到每秒20帧,否则就需要通过算法“补点”,而“补点”情况比较复杂,可能又会导致数据中断和数据跳变。

对此,李恒年的想法与大家不同:这可能是由于当年计算机计算能力有限,老一辈专家为了提高效率,把“最小二乘处理算法”过程推导简化为“一个函数过程”引起的。随着计算机计算能力的提高,应该已经不需要这么做了。

于是,李恒年编写了一个全新的方案,专家评审结果表明,新方案成功解决了测站数据中断和数据跳变的问题。一个小小的方案,一下子让李恒年小有名气。

“有想法、敢创新才叫有本事。”李恒年由衷地体会到。

1999年“风云二号”卫星即将发射,测控技术部把编制卫星定姿软件的任务交给李恒年。

李恒年反复分析程序代码,发现原有方案对卫星定姿偏差较大,需要做多次调整控制,非常消耗卫星燃料。但这一方案已沿用30多年,想要推翻谈何容易!

有专家也提醒李恒年,这个软件在任务中十分关键,而且稳定可靠,不要轻易改动。

但他思考再三,还是觉得不能只求可靠、不求进步。于是,连续几天,他把自己关进办公室,一头扎进浩瀚的数据里,一遍又一遍,反反复复演算求证,一个全新的方案逐渐成熟。最后,经过仿真模拟、编码、测试,他精心验证确认无误后,提交上报。

相关专家在审阅技术文件时发现了这一变动。一天深夜,上级紧急通知开会。会议室里,几位老专家面带怒色,要他给出方案改动的充分理由。

面对测控领域的前辈,当时年仅32岁的李恒年平复了一下心情,将早已准备好的仿真测试报告和国外的相关测控案例作为依据,详尽阐述了新方案的可行性。两个多小时过去了,最后,专家们同意运用模拟器测试比对新旧方案。

结果表明,新方案的数据完全匹配。该方案被用于“风云二号”卫星姿态确定,卫星轨道控制精度提高近10倍,节约星上燃料达15公斤,相当于为卫星多提供7年多的能源保障!

随后,李恒年一鼓作气,创造性地攻克了7项航天器轨道与姿态控制技术难题。从测控最优估计方法,到航天器姿态控制;从多星共位技术,到星座编队稳定性设计;从飞船返回落点预报,到北斗星座部署与控制……李恒年极具创意的努力,不断推动我国航天测控综合能力迈上一个个新台阶,在世界航天界树起了中国航天的品牌!

李恒年为什么会有这么多的奇思妙想?面对记者的疑惑,李恒年回忆起自己的一次往事——

一次,李恒年在德国国际空间中心进修,大家共同竞争一个课题。在思维表述过程中,包括李恒年在内的大多数人都是基于地面测控技术能实现的前提进行思考,而一个年轻的外国小伙子却独辟蹊径,提出要用母卫星跟子卫星的闭环控制完成对卫星的测控,听起来像一个科幻故事。

但结果是,课题被这位外国年轻人夺走了。

当晚,李恒年失眠了:“最卓越的创造力往往来自大胆发挥想象的勇气。我们没输在技术上,却被现实条件束缚了创新的思考力。”

谈起往事,李恒年深有感触:敢想而不敢做,理想将无法迈开步子,一切创意都只能是纸上谈兵;敢做而不敢想,行动失去了方向,百般努力却可能原地打转。唯有敢想敢做,才能将思考力与行动力统一起来。

敢想敢做才叫有本事,这就是李恒年的创新哲学。

可李恒年的工作,在外人看来,似乎远离r那种金戈铁马、战场厮杀。

卫星测控平时就是战时,随时都在打仗。遥远的太空,那里才是李恒年的战场,在决胜太空的战场上,更是刀尖对刀尖!

2006年10月,我国一颗遥感卫星发生姿态异常,卫星失控,供电不畅,燃料冻结,情况十分紧急。

任务分析会上,大家莫衷一是。中心领导询问的目光习惯性地投向李恒年。不容迟疑,他果断站起身,回答道:“没问题!”

这一次,他像一名战场上的战士,义无反顾地扛起战旗、发起冲锋。

但现实是,李恒年前期没有参与该卫星任务,对卫星结构、姿态测量等信息一点儿准备都没有,面对时断时续的遥测数据,一切现成的算法都无济于事。

没有炮火纷飞,没有硝烟弥漫,但李恒年面对的绝对是一场真正的战斗。

那一年,欧空局曾经有颗卫星突发故障,欧洲上百名专家利用全球布网的优势,才勉强抢救过来。欧空局航天测控是全球布网,对航天器进行全时段测控,而我国的航天测控网覆盖率还不高。尽快确定卫星运动规律、捕捉卫星抢救时机更是难上加难。

多少个日日夜夜,建模、计算、分析,再建模、再计算、再分析,上级追问,领导督战,李恒年的头脑每时每刻都在高速运转,在空间中跟着卫星在旋转,看太阳、看地球、感受卫星的状态……

最终,在一个深夜,李恒年终于找到了解决方案。他拨通了领导的电话,激动地报告了这个好消息。

根据李恒年的测算,12月8日卫星的太阳能帆板光照最为充足,这也是最佳抢救“窗口”。

战机稍纵即逝。多个国内外测控站,2000多名工程技术人员,随即展开了一场大会战。历时69天,终于将失控卫星成功捕获。

这一仗,李恒年为国家挽回了十多亿元的经济损失。

兵法云:“投之亡地而后存,陷之死地然后生。”采访中,记者愈发感到,敢闯敢拼、举旗冲锋,这是李恒年的一种习惯,也是他激发自己血性的独特方式。

遇敌敢冲锋,逢敌必亮剑!

事隔一年,北斗系列某卫星发射不久后出现整星断电、姿态失控,连续17天与地面失去联系。险情就是命令!李恒年又一次担当起举旗冲锋的重任。经过一次次仿真模拟、技术验证和方案完善,他提出了一种可以利用数据进行不断修正的姿态预测方案,成功破解了姿态确定难题,准确预测出卫星最佳抢救时机,最终使卫星“起死回生”。

立敢战之志,树必胜雄心,这就是李恒年的血性。

在一次次冲锋、一次次超越中,他似乎还不满足,甚至每每力争将过去的自己甩在身后。

载人航天任务中,返回舱落点预报精度直接影响着陆场搜救效率,与航天员的生命息息相关。李恒年暗下决心:一定要提高预报精度,为航天员搜救争取更多的时间。在对历次神舟任务的飞行数据进行分析后,他发现:近似垂直下降的返回舱在垂直分布气象风作用下的漂移规律是完全可以预测的。经过整整122次的仿真分析,他提出了“折算气象风漂移运动修正船下点预报方案”。

2003年10月16日,神舟五号飞船按照预定计划,安全回到了祖国母亲的怀抱。结果显示,李恒年的落点预报精准地锁定在1公里以内。然而他并没有自我满足。神舟六号任务中,他的计算结果创造了搜救队仅用12分钟赶到返回舱现场的又一奇迹:神舟七号任务更是趋于完美,返回舱落点预报结果与实际落点误差只有374米。这是我国航天器返回控制技术史上又一个具有里程碑意义的数字。从1公里,到12分钟,再到374米,简单的数字背后折射出的是李恒年不断超越自我的血性豪情。

1996年,李恒年开展东方红3号卫星轨道机动控制问题研究,成功应用于任务。经过5年的研究,他借助“嫦娥”卫星过渡轨道的跟踪,提出了第二代解决方案。再经过5年的研究,他又提出了第三代解决方案。又经过大约5年研究,李恒年于2010年提出了第四代解决方案,收敛速度和精度都得到大幅提高,基本达到了李恒年心目中这个问题的理想解决方案。

20年对于一个科研工作者不算短,但李恒年却认为,一个科研工作者,如果没有挑战自己的勇气,很难想象会有多大成就。

不久前,有位老领导看见李恒年,问他:“第五代方案出来没有?”李恒年回答:“快了!”

李恒年已经开始了新的冲锋!

在李恒年的创新团队,同样有一个特殊的仪式,大家称之为“压力传导”法。每当有新成员加入,他都会组织一个特殊仪式,让老同志讲述当前课题研究的难点和瓶颈,为的是强化新同志的团队意识和使命担当。

李恒年率领的宇航动力学国家重点实验室。60%是硕士,40%是博士,大多是名牌大学的高才生,每个人都有丰厚的科研潜质。

“博士、硕士,首先都是战士。”李恒年说。如何把这支高含金量的队伍带成全面过硬的战斗团队,是李恒年时常思考的问题。

2012年1月,某卫星任务准备时间有限,20余个软件要在半年时间里完成开发与移植,只有源码,没有方案资料可供参考。李恒年明白,这是挑战,更是锤炼团队的好时机。他带着学生们边学、边改、边测试,办公室的灯一夜夜地亮着,几个小伙子都快熬不住了,可李恒年依然坚持全程指导,带领大家解决了一个又一个难题。

今年9月,李恒年又率领团队参加了由美国加州理工学院喷气推进实验室主办的第八届国际空间轨道设计大赛。该大赛是世界航天轨道控制领域最高水平比赛,被称为“航天界的奥林匹克”。李恒年和他的团队与美国航空航天局、欧洲空间局、德国宇航中心等众多一流机构同台竞技,一路过关斩将,最终荣获第四名的优异成绩。

在被问及获奖感受时,李恒年说道:“相比于获得的比赛名次,我更在意的是,通过比赛强化我们这个团队的凝聚力。”

团队既要靠团队文化凝聚,也要靠个人梦想支撑。

李恒年有这样一个理念:团队带头人要做具体方向上的“半个”专家,更要让团队成员在各自方向上成长为“一个”专家。

到中心20多年来,李恒年从一名普通科技人员成长为国内航天测控领域专家、宇航动力学学科带头人,从未有过一官半职。

只算航天事业的“大账”,不算个人利益的“小账”。

这是数学专业出身的李恒年认定的逻辑。

科研中,不是自己主持的项目,李恒年坚决不挂名,许多科研成果都是他指导完成的,报奖时他总是把自己的名次往后排,把其他成员往前推。

他系统整理以往的知识和经验,将有关数学计算、地球运动、轨道和姿态动力学等方法写成了20多万行代码,形成了较为完备的控制计算库,在以后的任务中,大家能够应用这些模块,高效构建所需的卫星控制计算软件,任务变得容易许多。有人笑他:“这又获不了奖,纯粹是出力不讨好”。但他心里清楚,团队建设绝不能走“快餐文化”路线,而要按照“百年老店”的品牌来经营,这就需要我们把基础夯得更实,这样才能走得坚实而长久。

在常人看来,整天与抽象的公式、枯燥的数据为伴,这样的生活一定很苦,其实并非如此。

李恒年在团队中始终倡导“快乐工作、快乐生活”。他常说:科研工作虽然需要清苦、刻苦,但不是一味苦撑、苦熬。工作应该是一种享受,而不是一种负担,只有懂得享受生活,合理调节身心,才能为科研积蓄能量。

既爱工作,也爱生活!李恒年似乎颠覆了人们印象中科学家那种“苦行僧”“老学究”的形象。但细细品味,新时代的科研工作,需要的不恰恰是李恒年这样的快乐科研人吗?

责任编辑/兰宁远

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