林宝军:小卫星大挑战 用自主创新为北斗导航定位

“中国古代有四大发明,现在有北斗导航创造中国奇迹。”20年前,林宝军接手新一代北斗导航卫星研发团队“总舵手”时的雄心壮志,随着今年北斗三号全球卫星导航系统的建成终于得酬——中国成为世界第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家,北斗导航是中国航天人给世界的又一贡献。在最新揭晓的2020年上海最美科技工作者榜单上,中科院微小卫星创新研究院副院长、新一代北斗导航卫星总设计师林宝军光荣在列。而在林宝军自己心中,上海微小卫星工程中心研发团队的每一位小伙伴,都是最美的。

北斗卫星 林宝军

“小”目标大挑战

北斗是我国自主知识产权的空间基础设施之一,是全球第三个完善的卫星导航系统。北斗系统从第17颗卫星开始实现了“瘦身计划”——重量不到1吨,但依然有高轨道、高可靠、长寿命等特点。它功能没有太大不同,也能实现对天对地观测、通信、导航、校时等;研制周期上却“多、快、好、省”,发射可以“一箭双星”或“一箭多星”,对全球“织网”的北斗卫星来说,“造星”效率大大提高,成本明显降低。

林宝军2009年从北京来到上海,正是奔着小卫星而来。虽然拥有丰富的卫星空间应用总体工作经验,面对“小”目标,他却感受到了前所未有的压力。“北斗卫星变小了,却要与传统高轨卫星一样,到达距离地球3.6万公里的位置。这意味着它要承受更多路途奔波、更恶劣的外太空环境,比如猛烈的火箭振动、宇宙射线、静电放电等等。”

林宝军告诉记者,小卫星经受的太空辐射比以往增加5至10倍。而且,星上器件从搬进窄小空间后,如何不相互干扰,更快散热,都是棘手的技术难题。更难以想象的是,留给小卫星的“解题”时间还很短。从2011年10月工程正式启动,到完成第一颗小卫星上天,只有3年多一点的时间;卫星组网的过程中,一年上天五六颗星,是常态。这是一项不可能完成的任务!

自主创新才是捷径

在林宝军的人生字典里,想要解决不可能解决的难题,只有一条路,创新!就在大家都习惯于“短板理论”,即希望通过弥补技术短板来实现性能提升,以实现最经济的成长模式时,他却在北斗三号系统的研制中,带领中科院科研团队创造性地采取“长板理论”策略:新技术只要靠谱,就最大限度拓展其未来成长性的需求。

“别人认为进口的东西更保险,这是大家惯有的观念,没人敢用国产的。我们团队不然,只要理论行得通、验证充分了,国产不等于不保险。”卫星上使用新技术比例不到30%的惯例,在林宝军这里压根儿没存在过。例如,中科院上海天文台研制成功的第一台双频氢原子钟,其精度比铷原子钟高一个数量级,缺点就是没有在轨运行过。“但是,我们认为技术是可靠的,就可以上天。”

为了确保万无一失,新一代北斗导航卫星也装备了铷原子钟。这种双钟模式的创新,创造了潜在的应用场景。氢原子钟可在20皮秒内与铷原子钟“无缝切换”,大大提高了信号的连续性。“这就意味着,如果开车时导航信号中断,可以在用户察觉不到的情况下切换到备份信号。”林宝军说。

很多人以为,坚持自主创新是勇气可嘉。林宝军却认为,自主创新是干事业的人应有的责任心。于是,身材娇小的新一代北斗导航卫星首发星成了自主创新的大平台——攻克数十项关键技术,取得了十余项国际首创的创新成果。“只有自主创新的首创,才能保证导航卫星具有长期国际竞争力。”由林宝军主持的北斗三号导航卫星,从以往70%不采用新技术,一下子转身为采用的新技术超过70%。

一颗颗北斗三号导航卫星的在轨运行结果表明,创新没有产生问题,创新恰恰解决了导航卫星长期以来难以解决的难题。特别是基于“龙芯+Flash”填补了国产高性能CPU应用的空白以及PROM禁运的问题,FPGA、DC/DC、微波等核心器部件也全部国产化,彻底扭转了卫星关键器部件依赖进口、受制于人的局面。

带出一支杠杠的团队

截至目前,中科院北斗导航卫星研制团队共发射了12颗卫星。“我们的技术不断进步,卫星功能也越来越强,这完全依赖于我们有一群杠杠的小伙伴。”就像谈起靠自主创新“打天下”的北斗三号卫星一样,林宝军一聊到自己的团队同样无比自豪,有时还会动情落泪。

通常情况下,一名科研工作者成长为主任设计师大约要到四五十岁。而走进位于上海张江的微小卫星创新研究院,迎面走来的一张张年轻面孔,极有可能已经是北斗卫星的主设计师。“在我们这里,很多年轻人工作3~5年就能当上主任设计师,最年轻的主任设计师仅28岁。”为了鼓励创新,林宝军会把30公分厚的“航天规范”等文件,缩减成了一本小册子,尽量为年轻人在各方面“减负”,并给予青年创新团队充分的自由。

年轻人有冲劲,年轻人同时也面临更多成长烦恼。从落户买房到恋爱,再到结婚生子……一个接一个的现实问题,让团队留住人不是一件容易的事。在最近一次院内改革中,小卫星团队的人才流失却只有个位数。成长快,有归属感,和领导沟通无障碍,没有森严的等级观念,为中国导航事业做出贡献……不少“小卫星人”留下的原因各不相同,可面对企业猎头百万年薪的邀约,不约而同选择了拒绝。

在林宝军的科研团队里,年轻人流行着这样一句话,“你负责诗和远方,我负责道路坎坷”。至今,说起无数个日日夜夜里,团队年轻人为北斗作出牺牲的“家常故事”,他依然会红了双眼。

新民晚报记者 马亚宁

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