謝軍：讓北斗成為一張閃亮的“國家名片”

郭麗娟

頒獎辭

滴答、滴答，中國在等待你的回答。你的夜晚更長，你的星星更多，你把時間無限細分，你讓速度不斷壓縮。三年一騰飛，十年一跨越。當第五十五顆吉星升上太空，北斗照亮中國人的夢。

2020年6月23日，隨著北斗三號最后一顆組網衛星順利升空，北斗全球組網就此完成。中國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個擁有全球衛星導航系統的國家。

從此，仰望星空，我們能看見兩個“北斗”。一個有7顆星，已在宇宙間存在億萬年之久，自古以來為人類指位定向;一個有30顆星，從無到有誕生發展不過26年，在浩渺太空卻能為人類提供精確到10米的定位。

前者名為“北斗七星”，是自然的饋贈;后者名為“北斗三號全球衛星導航系統”，是一項由中國航天人創造的奇跡。

“我們北斗三號逐步把所有星上的單機產品的國產化率從80%提高到了100%。所以國產化這件事情，我覺得在我整個負責和跟大家一塊研制北斗三號衛星的過程中，應該是做得比較漂亮的一件事情。”航天科技集團五院北斗三號工程副總設計師、衛星首席總設計師謝軍說。

“探索浩瀚宇宙，發展航天事業，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢。”這是中國的航天夢。而對謝軍而言，北斗衛星導航系統就是實現中國航天夢的重要體現、重要一站。

“我們的征途是星辰大海。”謝軍說。而征服星辰大海這條路就像在太空中攀登珠穆朗瑪峰一樣艱難曲折。

與北斗結緣

1982年，從國防科技大學畢業的謝軍，被分配到航天工業部五院504所工作，該院從20世紀80年代北斗計劃起步開始，就一直擔負著北斗衛星系統和產品的設計制造工作。謝軍與北斗結緣的種子在那時便已種下。

“那些航天領域的泰斗級人物對待工作真的是一絲不茍，這對我影響很深。”初到504所，謝軍便被所里那些德高望重的老一輩航天人樸實嚴謹的工作作風所感染。

那是一段至今令謝軍難以忘懷的日子。剛到504所時，謝軍被分到天線技術研究室。那時測試天線一定要爬到野外一個很高的測試塔架上。當時的謝軍并不知道自己有恐高癥，只覺得自己年輕，應該上塔架，但一爬到高高的測試塔架上他就不停地眩暈，渾身沒勁，室里的老同志知道后就不再讓他上測試塔架，于是他就在地面上負責轉動轉臺上的天線，那時轉臺轉動天線只能靠手一度一度轉和測，烈日炎炎下他一蹲就是一下午。

不久之后，謝軍接手了第一件產品的研制——同軸波導轉換。那時調節測試駐波的儀器設備非常簡陋，需要用手一點點墊模片，把模片墊得合適了指標才會滿足要求，這是一項瑣碎而單調的工作，但謝軍認為，那段時光學到的知識十分扎實。

歲寒，然后知松柏之后凋也。正是在504所那段歲月的歷練，讓謝軍養成了刻苦踏實的工作作風，也讓他堅定了要從老一輩航天人手中接過“接力棒”的決心。從504所最年輕的高工、最年輕的研究員和副所長，一路走來，十幾本工作筆記密密麻麻地記錄著謝軍參研10多顆衛星和飛船的工作體會。

2003年9月，2個來自北京的電話改變了謝軍的人生軌跡。打第一個電話的是時任五院院長袁家軍，他說，院里決定調你擔任北斗二號的技術總負責。時任504所所長的謝軍，知道這副擔子不輕，不敢貿然答應。幾天后，謝軍的老領導、五院常務副院長兼北斗二號總指揮李祖洪的電話來了：“你別猶豫，現在北斗二號的任務很緊迫，難度很大，趕緊來。”

當年12月，五院成立北斗二號項目辦，謝軍正式走馬上任。

北斗一號始建于20世紀90年代，陳芳允院士認為國家實力有限，不可能像發達國家一樣一下子打幾十顆導航衛星上天，便提出了“雙星定位”的體制，用“2顆GEO星（地球靜止軌道衛星）+地面站”的方式，實現了我國導航衛星從無到有的飛躍，但其覆蓋區域和定位精度仍難以滿足國家發展和百姓生活的需求。橫亙在謝軍和他的團隊面前的，是從平臺到星上載荷的全新挑戰。

“作為北斗二號的技術總負責，每顆衛星的設計定型、生產制造、進場發射，謝總都要在文件上簽字的，因此，他的壓力確實很大。”負責北斗系統建設工作的研發副總師周鴻偉說。

北斗一號采用的是通訊式的有源定位，用戶機必須發送信息才能參與定位，這一轉發式體制不僅造成用戶容量受限，而且用戶機的成本很高;而北斗二號采用廣播式的無源定位，即用戶機可不發送信息，只要接收和解讀4顆以上導航衛星發來的數據，即可計算出其自身所在的位置，這一導航方式用戶數量可以不受限制。

而為了實現上述目標，北斗二號必須以星載原子鐘來定時，方能實現定位。而此前，北斗一號的授時工作主要由衛星地面站來完成，星上沒有原子鐘組。

差之毫厘失之千里

現在的手機時間與電視臺的時間永遠是同步的，就是因為采用的是北斗衛星導航系統授時時間。我國衛星導航的時間精度是50納秒。1納秒是千分之一微秒、百萬分之一毫秒、10億分之一秒。光速是每秒30萬公里，如果有一只原子鐘慢了1秒，那計算機就會判讀你離這顆衛星又遠了30萬公里。

“我們已知：C（距離）=R（光速）×T（時間），因此T的誤差量級為：1毫秒的誤差，在定位精度上造成的距離誤差為300公里;1微秒的誤差影響定位精度300米，1納秒的誤差是0.3米。”謝軍說。

太空版的“差之毫厘，失之千里”更突出了星載原子鐘的重要性。

“星載原子鐘從哪里來？最初，我們也想過購買或引進。”謝軍說，“但要么是發達國家不賣給我們，要么是價格貴到我們買不起。我們的自主創新其實是逼出來的。”

“在改革開放初期，我們也曾大量引進、吸納西方的先進技術和元器件。但是一旦應用到我們的尖端裝備上，隨即就會受到封鎖和制裁，市場上馬上就買不到了，即使還能買到，價格也會被抬高10倍以上。”中國的航天史實則是一部自主創新史。

“我們的經費，只夠買北斗二號所需原子鐘數量的一半，還有一半必須我們自己動手造。當時我們就提出了‘集智攻關，團結協作，強強聯合，突破星載原子鐘的工程化的要求，必須拿下原子鐘。”謝軍說。

深思熟慮之后，謝軍下決心讓星載原子鐘百分之百國產化，走自主研發之路，“一定要讓重要的核心關鍵技術牢牢掌握在自己手里”。

“一開始，我們就想到過自主創新很難，但真沒想到這么難。”謝軍回首這些年走過的創新之路時說，“有人問我，做總師最怕什么？就是怕自己做出決策后，解決不了產品的問題，而眼看著時間在一個月一個月過去，這是最焦慮的。”

“當初，研制出的第一臺原子鐘在工作中經常突跳，精度很差。怎么辦？我自己的專業不是研究原子鐘的，只能泡在一線上，和研制原子鐘的專家一起分析問題，想方設法攻克難關。”謝軍總是用心去深入一線，那些原子鐘生產廠家的技術人員，他都叫得出名字。有時做產品試驗，他也一直守著，曾36個小時不合眼。

星載原子鐘設計出來后，謝軍提出，必須防止出現星載原子鐘在地面準而上了太空不準的問題。這就要從解決太空和地面的差異入手，地面有空氣的輻射、對流、傳導，而太空中沒有。經過反復攻關，終于在生產控制中解決了在非真空的條件下，模擬保證真空條件下的工作特性問題。

星載原子鐘對環境溫度非常敏感。在太空中，因陽光的直接照射和地球陰影區域的不斷交替，衛星每天的溫差上下200多攝氏度。謝軍帶領團隊為星載原子鐘組設計了一個恒溫艙，通過精密的溫控措施，將溫度控制在設定目標值的±1℃之內。“這1℃的誤差所帶來的影響，直接關系到我們要求的10—14的精度。我們系統的要求就是這么高，這才能保證我們的星載原子鐘300萬年只有1秒的誤差。”謝軍說。

太空浩瀚，但頻率資源有限。此前，國際電聯曾規定，任何國家申請空間軌道和信號頻率資源是有時限的，如超過7年還不能將所設計的衛星發射上天，所申請的頻率資源作廢。

當時，美國的GPS和俄羅斯的格洛納斯導航衛星已經使用了大量頻率，所剩下來的有限資源為歐洲導航衛星“伽利略”和中國導航衛星“北斗”所分享，誰先完成發射誰擁有使用頻率的優先權。國際電聯“先到先得”“逾期作廢”的規定，給了中國航天人很大的壓力。

“我是在2006年3月時，才聽說我們2000年向國際電聯申請的導航信號頻點，到2007年4月17日要過期。”謝軍說，當時確實有點緊張，“因為當時我們衛星的研發還未全部完成，擔心時間不夠。唯有優化流程，抓緊研發。”

2007年的春節都沒有過完，大年初三，五院的大隊人馬就從北京飛往西昌。衛星總設計師謝軍帶頭，所有參試人員進場后先干3天體力活，搬設備、扛機柜……檢測設備安裝就位，馬不停蹄開始了連續6天6夜的不間斷加電測試，以模擬衛星和有效載荷在太空連續工作的狀態。從院士、型號總師到技術人員，一刻不停地輪班盯著測試進程，發現了問題及時解決。

所有的問題都“歸零”之后，專家層決定：北斗二號首顆MEO試驗星14日發射。

“就在衛星發射前一天晚上10點多，孫家棟院士還在和我商量，萬一衛星在太空再發生什么故障，你要怎么和地面測控系統、發射場系統協調？我都一一記在‘發射任務清單上。”謝軍說，“孫院士等老一輩航天人的責任感真的是特別強。按照孫總的要求，我們與地面測控人員的溝通協調一直持續到14日凌晨2點。所幸，非常順利。”

“我們終于實現了2007年4月17日前激活北斗導航信號的目標要求，確保了北斗二號系統申請的衛星導航信號頻率與軌位資源有效！此時，距離國際電聯規定的空間頻率申請失效僅剩不到4個小時。”

“北斗二號，從2004年立項到2012年完成，由5顆GEO、5顆IGSO（傾斜地球同步軌道衛星）和4顆MEO實現組網，可為亞太區域提供導航服務。定位精度從北斗一號的20—30米，提高為水平和高程均為10米，接近當時的GPS民用標準。”謝軍表示。

向北斗三號進軍

“北斗三號的預研，于2009年啟動。2017年11月5日，首次發射北斗三號的2顆全球組網衛星。”謝軍說，“北斗三號系統共有30多顆導航衛星組成：3顆GEO、3顆IGSO和27顆MEO。2018年12月27日，北斗三號基本系統正式向‘一帶一路及全球提供基本導航服務，向距離全球組網的目標邁出了實質性的一步。目前，北斗三號在國內的定位精度可達4—6米，部分地區最高精度可達2.5米，而在全球的定位精度是10米以內。”

全球組網，全球服務，是北斗三號的目標和承諾，也帶來了全新的挑戰。

首先是中國的衛星地面站基本都在中國境內，衛星在西半球上空時怎么辦？

謝軍帶領團隊花了近5年的時間，不僅提出了星間鏈路高軌和中軌結合的方案，首創了星間鏈路和混合星座的架構體系，還研發、突破、解決了原子鐘組、大功率微波產品、高精度測量等一系列重大難題。

星間鏈路在空中為北斗三號的30多顆導航衛星建了一個“群”：只要依靠國內的地面站，就可管理全球的衛星，解決了海外布站、衛星境外監測的難題，實現了所有導航衛星的互聯互通。即使和地面聯系一時中斷，衛星也能繼續提供服務。

GEO運行的是定點在赤道上空3.6萬公里的地球靜止軌道;而IGSO運行的是傾斜地球同步軌道，星下點在地球上呈“8”字形;而MEO運行的中圓軌道也要距地面2.15萬公里。北斗三號衛星某型號總體技術負責人聶欣說，這3種衛星彼此之間最遠的距離是6.9萬公里，要始終保持聯系，談何容易。

北斗三號衛星之間的信號不是采用廣播式發送的，而是采用更高頻段的窄波束，所以對衛星天線的指向性要求非常高。且由于雙方無時無刻不在運動之中，通信天線既要像“萬里穿針”般精準，實現信號的快速捕捉、跟蹤和通信，還要把衛星運動帶來的“多普勒效應”出現的誤差補償掉，這對中國首個創建的大型空間網絡來說，是極大的挑戰。

謝軍對研發團隊反復強調：“誰也不要以國產化為理由，降低標準。”用于放大無線電信號的行波管放大器，之前一直使用進口產品，按國產化要求有關單位開始自己研制。費了九牛二虎之力拿出了6臺產品，卻被謝軍全部退貨。

“當時作出這個決定其實挺難的。”謝軍說，“我知道這個新產品用一二年還是可以的，但我們北斗三號的壽命要求是提高到10—12年，如果它第3年出問題了怎么辦？和大家反復商量之后，還是決定拿下來重新研發。”

北斗三號衛星某型號總體技術負責人聶欣說，謝總強調要把所有的創新建立在扎實可靠的數據上，新產品在地面上就要進行全壽命不斷電的可靠性試驗，以充分掌握其長期性能，如發現問題必須進行改進“歸零”。

導航衛星總體室副主任設計師康成斌說，謝總非常務實，他有句口頭禪是“大家不要只提問題，而要提解決問題的方案”。

中國北斗將成世界北斗

深邃夜空，斗轉星移。從2000年10月北斗一號第一顆試驗衛星成功發射，到2020年6月23日北斗三號最后一顆全球組網衛星升空，20年來，44次發射，中國先后將4顆北斗試驗衛星，55顆北斗二號、三號組網衛星送入太空，開啟了中國“星網”導航全球的時代。

在謝軍參與北斗項目的16年間，經手的衛星多達43顆。手心手背都是肉，沒有哪一顆讓他“省心”過。

“即使順利上天了，要操心的事兒還是很多。”說起衛星，謝軍完全一副慈父模樣。

在謝軍嘴里，培育衛星就像養孩子，從生、養、育，到讀書、成家、立業，孩子走多遠，老父親都少不了牽掛。“唯一不同的是，孩子離家了還能常回來看看，衛星的屬性決定，它們一走就不會再回來，聯系就只能通過無線電信號。”

“衛星發射入軌以后，工程研制隊伍并非不做任何工作。管理上，北斗系統相對其他航天系統，專門設置組建了由衛星設計方為主的在軌支持系統，由有經驗的衛星設計師對在軌產品以及衛星工作狀態通過衛星下傳的工作參數以及工作狀態的信號連續地判讀。工程上，定期進行評估。在入軌之后，還充分地利用大數據技術，以便能夠更好地對衛星產品的工作狀態做出判斷。”

通過這樣一些管理，研制過程加嚴，上天以后不放松監測，整個系統的理念要“先于故障發現問題、先于問題發現苗頭、先于苗頭解決問題”。

首獲占“頻”之勝、攻克無“鐘”之困、消除缺“芯”之憂、破解布“站”之難。如今，中國的北斗導航系統已達到國際一流水平。

“北斗衛星導航系統收官之星遨游太空，是幾代航天人、北斗人為之奮斗的目標最終實現的里程碑。”謝軍說，“早在20世紀六七十年代，老一輩航天人就曾提出過一個名為‘燈塔的衛星導航計劃，可由于當時國家陷于‘文革動亂，只能被迫止步，但這個‘燈塔的夢想始終在我們一代又一代航天人心里。”

航天界流行的一句話——一次成功不代表次次成功，別人成功不代表你能成功。謝軍的解讀更為苛刻，他說：“成功是差一點的失敗，失敗是差一點的成功。有人常說，‘差一點我就成功，但差一點也不行。”

當被問及是否覺得工作辛苦時，謝軍微微一笑說：“航天工作很吸引我，當你有了熱愛，所有征服挑戰、解決困難的過程都變得十分有趣。”

燦爛星空，北斗閃耀。衛星的終點是浪漫瓊宇，謝軍的終點也是起點。對于謝軍來說，“收官之星”不代表著北斗工程的結束，而是整個系統發展的一個新的節點。在謝軍的心里，一直有一個信念——“中國的北斗將來一定會成為世界的北斗”。