秋意漸濃時節,西北的甘肅省永昌縣入夜後寒氣襲人,但在很多老百姓的家中,卻上演著相似的溫馨一幕:家人圍坐一起看著電視,享受著輕鬆快樂的時光……
連接他們與世界的,是一個直徑約40厘米的衛星電視信號接收天線,俗稱「小鍋」。與「小鍋」相對應,曾經的「大鍋」直徑超過1米,信號卻不穩定。
許多當地人並不知道,「大鍋」變「小鍋」,他們的同鄉、西安衛星測控中心測控技術部研究員李恆年功不可沒。2010年,李恆年改進廣播電視衛星的精確定點控制技術,將衛星軌道控制精度提高了一倍。那一年,李恆年被表彰為「全國優秀科技工作者」。
李恆年常說:「工程技術領域的難題能不能解決,關鍵在於你願不願意為解決難題付出努力。」自1992年投身我國航天事業,他先後攻克了太空飛行器軌道與 姿態控制等多項技術難題,10多次獲國家和部委級以上科技進步獎,為推動我國航天測控綜合能力躋身世界先進行列作出了突出貢獻。
2007年初,我國計劃將一顆北斗衛星送入地球靜止軌道。為了防止衛星之間相互影響,世界各國像在地面劃分車位一樣,把這條360度的圓形軌道劃分成1800個正負0.1度的「軌位」。
工作中的李恆年
可實際上,世界各國目前註冊的地球靜止軌道衛星已超過2300顆,解決的辦法就是雙星或者多星共處一個「軌位」。由於衛星在軌時並非一動不動,而是受複雜空間環境的影響一直動來動去,必須憑藉先進的測控技術才能實現共位。
「當時那個位置上已經有不同國家的2顆衛星在共位了。」同外方談判時,李恆年是中方技術代表,「他們擔心中國衛星再擠進來,會發生碰撞危險和電磁干擾。」
多輪艱苦談判後,外方專家被李恆年制訂的科學周密的技術方案說服,最終同意三星共位。
如今,8年時間過去,這3顆衛星相安無事、正常工作。而李恆年受此啟發撰寫的2部學術專著,也成為我國衛星共位控制技術領域的代表性著作,在國際上發出了權威的中國聲音。
執著之難
團隊集體研究對策
熟悉李恆年的人都知道,他不會輕易說一件事難。但時至今日,回想起2006年搶救衛星的過程,李恆年還是覺得相當不易。
那年10月的一天,我國一顆在軌運行的遙感衛星突發故障,與地面聯繫時斷時續。遙測數據顯示,衛星姿態失控,在太空高速翻滾,只有被陽光照射到太陽能帆板的幾秒鐘才能向地面發送信號。
事態緊急,衛星研製部門、航天測控戰線的專家緊急會商,以期儘快確定衛星姿態,注入控制指令,使衛星停止翻滾。
但在碎片化的遙測數據面前,一切現成的算法都無濟於事。衛星在如何翻滾、速度多少,天線指向哪裡,太陽能帆板何時何地會再被陽光照到……如果弄不清楚這些問題,就只能任由價值十多億元的衛星解體或者報廢,成為毫無用處的太空垃圾。
一籌莫展時,李恆年和他的團隊臨危受命。
建模、計算、分析……李恆年說,那段時間,他的頭腦每時每刻都在高速運轉,想像自己在空間中跟著衛星旋轉,看太陽、看地球、感受衛星的受力。
最讓人感到沮喪和絕望的,是前一天還能跟遙測數據匹配得很好的數學模型,第二天卻錯亂得一塌糊塗,反反覆復不知道推翻了多少次。
「過程很痛苦,但從沒想過放棄。」回想那段經歷,李恆年說,「即使一件工作開始時毫無希望甚至絕望,但高漲的激情和忘我的投入可能會產生超乎想像的美妙結果。」
69天後,美妙的結果終於到來。遠望號測量船在南半球捕獲衛星,根據李恆年和他的團隊預測的搶救時機和控制方向,注入遙控指令,搶救成功。
2007年、2011年,李恆年又帶領團隊成功搶救2顆故障衛星。
舊難題終結,李恆年卻把它當作新難題的起點。近幾年,李恆年帶領團隊成員李勇等人攻關「數字衛星」這一世界前沿課題,從而實現對在軌運行衛星的仿真模擬和精確掌控。目前,這項研究已取得重大階段性成果。
西安衛星測控中心測控技術部研究員李恆年
否定之難
如果留意中央氣象台發布的天氣預報,人們對「風雲」氣象衛星這個名字應該並不陌生。西安衛星測控中心提供的數據顯示,目前正常在軌工作的「風雲」衛星超過半數是在超期服役。
「一顆衛星能否超期服役、能超期服役多久,星上燃料是重要決定因素。一旦燃料耗盡,衛星就會因失去軌道修正能力逐漸報廢。」西安衛星測控中心測控技術部主任楊開忠介紹說,節省燃料的關鍵是實現對衛星的精確測控——這是李恆年的長項。
1999年底,我國自行研製的自旋穩定式衛星「風雲二號」發射在即。時年32歲的李恆年通讀衛星姿態控制軟體代碼後發現,原有方案使用的數學模型和算法已落後於計算機發展水平。
我國自行研製的自旋穩定式衛星「風雲二號」CG圖
要不要改?作為一名年輕的工程師,李恆年心裡吃不准。畢竟,原方案是老一輩科學家親自審定的經典模型,並且經過多年使用檢驗,萬一改不好可怎麼收場?
「涉及造價動輒上億元的衛星,能改卻不改,實在於心不安。」兩個多月後,李恆年在反覆推導驗算,確定新方案更優後,向領導作了彙報。衛星研製方當然不同意臨陣生變。
經過一次又一次的溝通,李恆年終於在時任西安衛星測控中心副總工程師、中國科學院院士李濟生的支持下,獲得了一次與老方案同台模擬測試的機會。結果,新方案獲勝。
後來,這套全新算法在「風雲二號」衛星測控任務成功運用,把衛星姿態確定精度提高了30倍,變軌控制精度提高近10倍,節省星上燃料近15公斤,為衛星增加了7年以上的能源保障,使我國自旋衛星測控水平跨入國際先進行列。
否定權威難,否定自己又談何容易。
神舟五號任務中,李恆年為了提高返回艙落點預報精度,確保航天員生命安全,把已經達到工程設計要求的方案推翻,將落點預報精度牢牢鎖定在1公里內。
我國自行研製的北斗衛星導航系統,是繼美國GPS系統和俄羅斯格洛納斯系統之後第三個成熟的衛星導航系統。
時間上的先後,難免會讓人不由自主地聯想到「借鑑」二字。李恆年和他的團隊承擔第二代北斗衛星導航工程相關課題研究時,「借鑑」作為一條省時省力的捷徑,也確實讓有的人動了心。
發射的北斗衛星
創新之難
「比著葫蘆畫瓢,回答不了衛星部署為什麼這麼放、能不能優化的問題,只會受制於人。」李恆年選擇從基礎研究做起,而不是盲目跟隨國外的設計和控制理念。
幾年間,李恆年帶領課題組先後承擔了3項導航星座構型設計與控制相關重大專項課題,完成了北斗二號導航衛星星座部署和穩定運行方案頂層設計。
讓人沒想到的是,李恆年的星座部署方案給他帶來了新難題。
衛星運行軌跡
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