宗兆盾
20世紀60年代,以“兩彈一星”元勛陳芳允為代表的老一輩科學家為中國航天測控事業(yè)奠基——“東方紅一號”衛(wèi)星的初始軌道參數(shù)、飛臨祖國各地上空的準確時間,都來自于陳芳允先生主持建立的衛(wèi)星測控網(wǎng)。
世紀之交,中國科學院院士李濟生接力領(lǐng)銜我國航天測控事業(yè),他主持開發(fā)的精密定軌系統(tǒng),首次獲得準確的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)——沒有這些數(shù)據(jù),就無法定位衛(wèi)星的飛行軌道和位置,無法對衛(wèi)星進行有效控制,衛(wèi)星的應用價值,也就只能停留在“東方紅一號”的發(fā)展階段。
科技進步日新月異,中國航天一日千里。今天,已有百余顆“中國星”在太空遨游,它們類型不同、功能各異,或觀云測雨,或?qū)Ш揭?,或?jīng)天緯地,或邁向深空……
不久前,以研究員李恒年為代表的一批科技專家,再次把我國航天器軌道與姿態(tài)控制水平提升到新高度——在茫茫太空中高速飛行的衛(wèi)星,被他們用無形之手靈巧駕馭,翩然起舞。以李恒年為代表的航天測控專家,也因此被譽為新一代太空“牧星人”。
“只有把全部身心都投入到熱愛的事業(yè),才能找到自身的價值”
李恒年,現(xiàn)任西安衛(wèi)星測控中心測控技術(shù)部研究員。今年48歲的他,已在航天測控第一線默默耕耘20多年,入選新世紀百千萬人才工程國家級人選,被表彰為“全國優(yōu)秀科技工作者”。
他曾連續(xù)奮戰(zhàn)69天,讓價值十多億元、在太空中瀕臨失效的衛(wèi)星起死回生;也曾為一個問題專注20年,使我國航天器機動軌道確定能力提高到世界先進水平。
他系統(tǒng)建立了同步衛(wèi)星共軌控制的理論方法和技術(shù),成功運用于我國和其他國家多顆衛(wèi)星共軌控制:他發(fā)展了李濟生院士確立的衛(wèi)星軌道確定理論,提出了針對機動衛(wèi)星的軌道確定理論技術(shù),并成功運用于我國多顆機動軌道衛(wèi)星。
人們贊嘆于李恒年今日的成績,然而,大家或許并不知道,當航天測控事業(yè)的“接力棒”傳到李恒年手上時,他卻差點失之交臂。
1992年,25歲的李恒年研究生畢業(yè),被分配到西安衛(wèi)星測控中心。人事部門一看他的履歷:本科,蘭州大學數(shù)學系;研究生,國防科技大學計算機系。懂數(shù)學、會編程,正好中心在發(fā)展BP機尋呼業(yè)務,就把他分到了尋呼臺。
第一次走出校門、走上工作崗位,李恒年看啥都新鮮、干啥都起勁。尋呼臺幾十米高的鐵塔矗立在辦公樓頂,別人不敢上,只有他和幾名電焊工爬上爬下。尋呼臺用戶暴增、業(yè)務紅火,他編寫的程序運行穩(wěn)定、單位效益月月見漲。
臺領(lǐng)導看小伙子工作不錯,隔三岔五就帶他去吃喝應酬。有一次多喝了兩杯,李恒年壯著膽子對領(lǐng)導說:“以后這種場合我能不能不參加,把吃飯的錢省下來,給我買幾本書也行?!贝蚰且院?,領(lǐng)導出去吃飯再也沒帶過他。
直到一年多以后,李恒年從同事們的聊天中才知道,別人設(shè)計的軟件,服務對象是衛(wèi)星;自己編寫的程序,服務對象卻是BP機。盡管尋呼臺待遇好、掙錢多,可他始終心有不甘。幸好此時中心領(lǐng)導聽說尋呼臺有個編程高手,慧眼識珠把他調(diào)到了中心測控技術(shù)部軟件室。
能夠投身事關(guān)國家尊嚴的航天偉業(yè),讓李恒年感到如魚得水,渾身都有使不完的勁。
從數(shù)學、計算機到航天動力學,從尋呼臺到衛(wèi)星測控,李恒年遇到的障礙和難關(guān)可想而知,但他從未動搖和退縮,而是把自己的全部精力都投入到事業(yè)之中。
從最基礎(chǔ)的測控數(shù)據(jù)處理,到研究提出航天測控最優(yōu)估計方法:從衛(wèi)星機動軌道確定,到航天器姿態(tài)控制;從多星共位控制,到衛(wèi)星編隊穩(wěn)定性設(shè)計;從神舟飛船返回落點預報,到北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署……李恒年的人生軌道同航天軌道緊緊連在一起,再也沒有分開。
2012年,李恒年用英文寫就的專著《地球靜止衛(wèi)星共位》,被世界知名學術(shù)出版機構(gòu)德國斯普林格出版社約請出版。
在那部幾經(jīng)刪改的英文手稿扉頁上,李恒年寫下這樣一行字:“只有在無比沉重的勞動中,人才會活得更為充實。”——這是作家路遙在《平凡的世界》創(chuàng)作隨筆中的一句話。
一位作家和一位航天科技工作者,他們的人生境遇如此不同,但他們在辛勞中獲得的內(nèi)心寧靜卻又何其相似!
這些年,李恒年名聲在外。他獲得了10多項國家和部委級以上科技進步一、二等獎,讓許多科研機構(gòu)和大型企業(yè)青眼有加,不少單位向他拋來“橄欖枝”,有的單位甚至承諾:“只要加盟,立馬提供一套別墅!”
李恒年老家境況不好,年邁的父母先后罹患重病,他一直想把老人們接到身邊照顧,卻又沒有條件。朋友們勸他考慮考慮,另擇高枝,但李恒年始終不為所動,一一婉言謝絕。
有人不理解他的選擇,李恒年說,“和老一輩航天人相比,我們趕上了國家航天事業(yè)大發(fā)展的好時代,能在自己熱愛的事業(yè)中找到人生價值,給再多錢也不換!”
“人生路必曲,仍需立我志,竭誠為國興,努力不為私。”或許,“兩彈一星”元勛陳芳允的這首言志詩,正是一代代太空“牧星人”的人生追求和精神寫照。
“完成好工作只能叫有事干,能夠為中國航天做出貢獻才叫有本事”
探索太空,源自人類千百年來的美好夢想,然而,當人類終于走進太空,這里卻已成為大國博弈的戰(zhàn)場。
環(huán)繞赤道上空、距地面約36000公里的地球靜止軌道,就是各國“斗法”的一個重要舞臺。
1945年,英國科幻作家亞瑟·克拉克最早設(shè)計了這條軌道。由于衛(wèi)星在這條軌道上相對地球靜止不動,因此,可以作為地球上任意兩地無線電通信的中轉(zhuǎn)平臺。
1963年,美國發(fā)射了第一顆靜止軌道衛(wèi)星“晨鳥”,成功轉(zhuǎn)播了1964年東京夏季奧運會,從此拉開了靜止軌道發(fā)射和應用的序幕。
隨著人類航天事業(yè)的發(fā)展,這條360度的圓弧顯得越來越擁擠。因為,就算按照正負0.1度分劃,赤道上空也只有1800個衛(wèi)星“軌位”。而截至目前,世界各國在國際電信聯(lián)盟(ITU)注冊的靜止軌道衛(wèi)星已經(jīng)超過了2300顆。
而且,人們發(fā)現(xiàn),地球靜止軌道衛(wèi)星也并非靜止不動,它會受到星球引力和太陽光壓等攝動力影響,逐漸漂移,每隔一段時間都要進行軌道控制,才能維持衛(wèi)星“靜止”。
這就意味著,掌握雙星或多星共位控制技術(shù),成為地球靜止軌道衛(wèi)星控制的新課題。
李恒年把這一課題選定為攻關(guān)方向。他主持創(chuàng)立的控制理論和方法,不僅提高了靜止軌道衛(wèi)星控制精度,而且延長了實施軌道控制的周期;不僅設(shè)計提出了我國衛(wèi)星雙星共位方案,而且順利解決了中外多星共位控制難題。
2007年初,我國一顆北斗衛(wèi)星發(fā)射在即,而分屬不同國家的兩顆衛(wèi)星已搶先占據(jù)了“北斗”預定的軌位。
國家有關(guān)部門邀請李恒年等航天專家,代表中國政府同相關(guān)國家展開談判。由于擔心3顆衛(wèi)星共位產(chǎn)生碰撞危險和電磁干擾,外方不同意中國衛(wèi)星擠進來。
經(jīng)過-=周密準備和艱苦談判,李恒年設(shè)計提出的衛(wèi)星共位控制方案,最終得到了兩國專家認可。截至目前,3個國家的衛(wèi)星已在同一軌位上安全運行8年多,成為國際社會和平利用太空資源的一個范例。
近年來,隨著我國北斗衛(wèi)星導航工程加速推進,衛(wèi)星組網(wǎng)面臨的難題日益凸顯。李恒年提出了“衛(wèi)星編隊構(gòu)型捕獲控制方法”“北斗導航全球星座構(gòu)型設(shè)計方案”“北斗導航全球星座構(gòu)型維持控制”等一系列衛(wèi)星編隊、星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計與控制方法,為北斗衛(wèi)星導航工程建設(shè)做出突出貢獻。
憑借在衛(wèi)星共位控制技術(shù)、衛(wèi)星飛行攝動力影響等方面的研究應用,近年來,李恒年還先后3次組織在軌衛(wèi)星異常狀態(tài)處置,為國家挽回巨大經(jīng)濟損失。
李恒年為捍衛(wèi)國家利益屢建功勛,在重大任務中更是不遺余力。
“神舟”飛天,舉國關(guān)注、舉世矚目。然而,人們卻很少知道,正是精確的航天測控為“神舟”返航鋪就坦途。
作為西安衛(wèi)星測控中心神舟飛船返回控制及落點預報技術(shù)負責人,李恒年自1997年起便著手開展相關(guān)方案編寫和軟件開發(fā)工作。為解決返回制動時飛船質(zhì)量影響落點精度的難題,他推算出飛船剩余燃料量計算公式,完善了瞬時風力修正計算落點的軟件,研究提出的飛船返回艙軌道控制技術(shù),填補了我國返回式航天器精確測量與控制的理論空白,使返回艙落點預報精度大幅提高。自神舟五號任務以來,神舟飛船返回艙落點預報精度始終穩(wěn)定在1公里以內(nèi),縮短了搜索時間,提高了航天員的安全系數(shù)。
在去年實施的嫦娥五號再入返回飛行試驗中,他帶領(lǐng)團隊負責開展月球近旁轉(zhuǎn)向段軌道特性及定軌精度分析、三站接力跟蹤短弧軌道確定、中途修正軌道控制以及跳躍式再入返回落點預報等任務。最終做出的“嫦娥”返回器落點預報,時間偏差小于3秒,位置偏差不足2公里。
在多年的航天測控工程任務實踐中,李恒年不僅解決了眾多棘手問題,而且注重總結(jié)提煉和理論升華,先后撰寫出版了《地球靜止衛(wèi)星軌道與共位控制技術(shù)》《航天測控最優(yōu)估計方法》《衛(wèi)星機動軌道確定》《Geostationary Satellites Collocation》等4部專著。
由他領(lǐng)銜的宇航動力學國家重點實驗室,主持和承擔國家多項重點課題研究,取得了豐碩成果。他帶領(lǐng)團隊多次參加國際空間軌道設(shè)計大賽,與美國噴氣推進實驗室(JPL)、歐空局(ESA)等世界頂尖團隊同臺競技,屢獲佳績。
在不久前剛剛結(jié)束的第八屆國際空間軌道設(shè)計大賽中,由于競賽題目創(chuàng)新性強、難度系數(shù)高,經(jīng)主辦方校核認定,全球36支參賽隊中僅有17支團隊獲得有效成績,李恒年指導的團隊奪得第四名,在國際航天界樹立起中國航天的品牌和聲望。
“航天測控事業(yè),既考驗人挑戰(zhàn)權(quán)威的勇氣,也鍛煉人超越自我的血性”
1993年底,李恒年還在BP機尋呼臺工作,但他閑不住、愛琢磨,經(jīng)常到測控技術(shù)部旁聽同事們討論測控難題。
當時,正趕上中心即將執(zhí)行一顆返回式衛(wèi)星測控回收任務。任務聯(lián)調(diào)時,地面測控站頻繁出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷、跳變、丟失等現(xiàn)象,令許多技術(shù)人員一籌莫展。
通過旁聽大家討論和翻閱技術(shù)資料,李恒年敏銳地意識到,是數(shù)據(jù)處理算法有問題——原有算法建立于20年前,由于當時計算機運算能力低下,老一輩測控人不得不簡化運算過程,減少了數(shù)據(jù)采樣——但隨著計算機水平的發(fā)展,早已不需如此。
問題之所以一直沒有得到解決,是因為我國返回式衛(wèi)星已進入發(fā)展末期,專家們寧愿騰出精力研究新問題,不愿再為這些“小事”費腦筋。
作為一名“編外工程師”,李恒年暗自較勁,利用休息時間,編制了一套全新的算法程序和技術(shù)方案。當他捧起方案向時任測控技術(shù)部軟件室主任陳長貴匯報時,陳主任被小伙子的勇氣和執(zhí)著所感動,專門邀請有關(guān)專家對李恒年的成果進行了嚴格評審。
盡管大家對這個毛頭小伙將信將疑,但時任測控技術(shù)部總工程師李濟生一錘定音:“這套方案做得不錯,我看可以讓他試一試!”
新方案投入使用,使測控站數(shù)據(jù)中斷等問題迎刃而解,年輕的李恒年在測控中心嶄露頭角。
打那以后,李濟生院士對這位肯鉆研、有本事的年輕人極為看重,經(jīng)常給他“開小灶”,還專門把他請到家里,向他介紹我國航天測控領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵問題,鼓勵他多思考多研究。
1999年底,“風云二號”氣象衛(wèi)星即將發(fā)射。這是一顆自旋穩(wěn)定式衛(wèi)星,姿態(tài)控制至關(guān)重要。領(lǐng)導要求大家盡快學習掌握衛(wèi)星姿控軟件。可李恒年通讀程序代碼后發(fā)現(xiàn),軟件中使用的數(shù)學模型和算法,已遠遠落后于時代。
這可是老一輩科學家親自審定的經(jīng)典模型!是遵從權(quán)威、蕭規(guī)曹隨,還是打破成規(guī)、大膽創(chuàng)新?30出頭的李恒年難住了。
初生牛犢不怕虎。經(jīng)過兩個多月的刻苦攻關(guān),李恒年建立了全新的數(shù)學模型,編寫了配套姿控軟件。經(jīng)過反復推導驗算,他確信自己編寫的程序優(yōu)于原方案,就斗膽向領(lǐng)導做了匯報。
沒想到,這次匯報引發(fā)了軒然大波。
一天深夜,李恒年被叫到了測控技術(shù)部會議室。衛(wèi)星研制部門專家和測控中心領(lǐng)導面色凝重,分別端坐在會議桌兩邊。原來,衛(wèi)星研制方始終對修改姿控方案心存疑慮,不同意做出讓步。
最后,還是在李濟生院士的堅定支持下,才同意給李恒年唯一一次模擬器測試機會。
模擬結(jié)果出來,新方案獲勝。李恒年卻差點被緊張的精神壓力摧垮,犯了闌尾炎,住院1個月。
這套全新的自旋式衛(wèi)星姿控算法,被成功運用于“風云二號”衛(wèi)星測控任務,使衛(wèi)星姿態(tài)確定精度提高了30倍,變軌控制精度提高近10倍,節(jié)省星上燃料近15公斤。15公斤燃料,能夠為衛(wèi)星增加7年以上的能源保障,李恒年創(chuàng)造了新的技術(shù)奇跡。
挑戰(zhàn)權(quán)威靠勇氣,關(guān)鍵時刻看擔當。李恒年領(lǐng)銜組織的一次次衛(wèi)星異常情況處置,雖不見硝煙,卻驚心動魄,讓人感受到太空“牧星人”的使命擔當。
2006年11月,我國一顆遙感衛(wèi)星突發(fā)故障。遙測數(shù)據(jù)顯示,衛(wèi)星在太空中急速翻滾,星上能源完全消失,只有陽光照射到太陽能帆板時,才有幾秒鐘的信號反饋。
衛(wèi)星研制部門和航天測控戰(zhàn)線的專家緊急會商。當務之急,是盡快確定衛(wèi)星姿態(tài),抓住每次幾秒鐘的衛(wèi)星加電時間,注入控制指令,使衛(wèi)星停止翻滾,轉(zhuǎn)入正常運行姿態(tài)。否則,造價數(shù)十億元的衛(wèi)星,將成為毫無用處的太空垃圾。
李恒年帶領(lǐng)團隊挺身而出。經(jīng)過持續(xù)20多天的仿真分析,他們終于掌握了衛(wèi)星翻滾的運動規(guī)律和太陽能帆板供電的周期規(guī)律,準確預測出衛(wèi)星最大供電時間段。按照他們的建議,遠望號測量船在南半球上空捕獲衛(wèi)星,注入遙控指令,69天的太空營救終獲全勝。
2007年2月,一顆北斗衛(wèi)星發(fā)射后信號消失,隨后連續(xù)17天與地面失去聯(lián)系。李恒年再次受命出征,帶領(lǐng)科技人員直面重重挑戰(zhàn),破解一個個難題,最終使衛(wèi)星“起死回生”。
2011年8月,我國首顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星在太空運行中突然出現(xiàn)姿態(tài)異常,太陽能帆板無法對日定向,星上能源告急。李恒年率領(lǐng)團隊沖向測控任務現(xiàn)場,迅速定位衛(wèi)星故障,建立衛(wèi)星姿態(tài)動力學模型,提出了衛(wèi)星減旋和控制方案,為成功搶救衛(wèi)星贏得先機。
在一次內(nèi)部學術(shù)交流會上,李恒年動情地說:“科研工作者的血性,常常體現(xiàn)為挑戰(zhàn)自我、否定自我、超越自我的勇氣?!边@鏗鏘的話語,正是他不懼挑戰(zhàn)、拼搏奮進的真實寫照。
李恒年常對青年科技人員講:“一個科研工作者,如果沒有幾個問題始終占據(jù)著頭腦,很難有多少成就?!标P(guān)于衛(wèi)星機動軌道確定問題研究,他用時20年,每5年一個階段性成果,每前進一步都是一次自我否定、鳳凰涅槃,直到2012年出版專著《衛(wèi)星機動軌道確定》時,他仍然感到還需要進一步研究。
近年來,李恒年著手開展“數(shù)字衛(wèi)星”應用研究,試圖用數(shù)字來描述和表現(xiàn)一顆衛(wèi)星,為每顆在軌運行的衛(wèi)星建立檔案,從而實現(xiàn)故障診斷甚至壽命預測。此項研究跨越了數(shù)學、力學、控制工程學等多個學科,難度可想而知。
針對太空碎片越來越多的嚴峻形勢,他還設(shè)想制造一種未來航天器,這個航天器能把太空碎片轉(zhuǎn)化為能量,供自己循環(huán)使用,在星際間遨游……對這些天方夜譚般的幻想,李恒年看得很重。他說:“昨天的幻想,就是今天的希望,明天的現(xiàn)實!”
“常懷感恩之心、贊美之心,心情愉快地投入工作,就會充滿正能量”
并肩奮戰(zhàn)了十幾年,提起李恒年,青年科技專家張智斌總是由衷地敬佩,“李Sir身上總是滿滿的正能量,他遇事從容自信,樂觀的心態(tài)常能鼓舞身邊人”。
“李Sir”這個中西合璧的稱號,是李恒年所在科研團隊自發(fā)叫響的,既飽含著尊重,又充滿了親切。
“李Sir”總是發(fā)自內(nèi)心地感恩時代、感恩生活。別人看到的苦難磨礪,在他眼里都是人生寶貴的經(jīng)歷。
他從甘肅中部貧困的農(nóng)村牧場走來,餓著肚子考上了蘭州大學。1989年大學畢業(yè),家里再也負擔不起研究生學費。聽說國防科技大學不收學費,他主動放棄了心儀的清華,考取了國防科大。趕到長沙時,他身上只有一套單衣褲和幾塊錢零用錢,連買蚊帳的錢都沒有,被長沙的蚊子叮了滿頭包。
研究生畢業(yè)那年,時任測控技術(shù)部總工程師巫致中應邀到國防科技大學做報告。巫總言之鑿鑿:我們單位對門是西安交大,隔壁是興慶公園,學術(shù)環(huán)境、自然環(huán)境都“美得很”!
于是,李恒年滿懷憧憬來到西安,按照巫總講的在興慶公園下了公交車。沒想到,扛著鋪蓋卷走了6站地,才來到公園“隔壁”的西安衛(wèi)星測控中心。
在李恒年看來,沒有兒時吃過的苦,他就磨煉不出刻苦攻關(guān)的韌勁;沒有巫總的引路,他就進不了航天的大門;沒有在尋呼臺兩年的蹉跎歲月,他就不會如此珍惜今天的科研環(huán)境……
寬容大度的“李Sir”,有時也顯得“憤青”。他看不慣那些科研學術(shù)上的蠅營狗茍,唯恐玷污了“學問”這兩個字眼。
有一次他被領(lǐng)導派去參加評審,卻遇上某參評項目負責人挨個評委送“紅包”。他不愿隨波逐流,又不好當面發(fā)作,回到單位,他漲紅了臉對領(lǐng)導說,自己感到“屈辱”,發(fā)誓再也不去“受這種折磨”。
樂觀的李恒年,有時也愁腸滿腹。他愁航天事業(yè)前途、愁人才梯隊斷層、愁找不到科研增長點和航天新領(lǐng)域,妻子說他“無官一身重,常懷千歲憂”,他卻說:“有人愁總比沒人愁好,今天愁總比明天愁強。”
航天是“千人一桿箭、萬人一顆星”的事業(yè),事業(yè)長興,必須依靠團隊的力量。
技術(shù)部的同事們說,李恒年像個開“獵頭公司”的,經(jīng)常四處訪賢問能,看到有本事的年輕人,就像遇到了寶貝。外出參加學術(shù)會議遇上科研苗子,也會動員人家加入航天測控大軍。
人才招入麾下之后,他還針對每個人的特點,幫助確定研究方向,制定發(fā)展路線圖,解決各種實際困難。
青年科技人員姜宇,癡迷于地外小行星探測。李恒年積極推薦他到清華大學攻讀博士,開展基礎(chǔ)理論研究,自己承擔起本應由姜宇負責的工作。
博士李勇有段時間對確立的科研方向有些彷徨,李恒年勉勵他“但問耕耘,莫問收獲。就像農(nóng)民種地,不管豐年災年,都會認認真真撒下每顆種子、收獲每粒糧食。”
前兩年招來的侯重遠博士與妻子兩地分居,他到處托人,終于把侯博士的妻子調(diào)到了西安。
有人笑話他,招來一幫年輕人,自己這個師傅卻越干越累。但李恒年堅信,只要有人才,總能轉(zhuǎn)化為科研實力。火候到了,單位會受益,航天事業(yè)也會受益。
盡管整天與抽象的公式、枯燥的數(shù)據(jù)為伴。但李恒年卻始終倡導“快樂工作、快樂生活”。他常說:“數(shù)字和程序就像朋友,有它們陪伴,疲憊和清苦都是點綴?!?/p>
在他看來,科研工作雖然需要清苦、刻苦,但不是一味苦撐、苦熬。工作應該是一種享受,而不是一種負擔,只有懂得享受生活,合理調(diào)節(jié)身心,才能為科研攻關(guān)做好準備。
為了讓團隊成員“文明其精神,野蠻其體魄”,5年前,他在宇航動力學國家重點實驗室(ADL)倡議成立了“ADL自行車隊”,閑暇之余,就在西安周邊的秦嶺七十二峪展開長途騎行、沖鋒問頂。
他勉勵大家,“騎行登頂好比攀登科研高峰,無論山高路長、任重關(guān)險,都要沉著冷靜、攻堅克難。一支優(yōu)秀的科研團隊,就要一直在路上、永遠有激情、始終想沖鋒?!?/p>
責任編輯/蘭寧遠