李恒年(資料圖)
秋意漸濃時節,西北的甘肅省永昌縣入夜后寒氣襲人,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,享受著輕松快樂的時光……
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。
許多當地人并不知道,“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恒年功不可沒。2010年,李恒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,李恒年被表彰為“全國優秀科技工作者”。
李恒年常說:“工程技術領域的難題能不能解決,關鍵在于你愿不愿意為解決難題付出努力。”自1992年投身我國航天事業,他先后攻克了航天器軌道與 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。
否定之難
如果留意中央氣象臺發布的天氣預報,人們對“風云”氣象衛星這個名字應該并不陌生。西安衛星測控中心提供的數據顯示,目前正常在軌工作的“風云”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——這是李恒年的長項。
1999年底,我國自行研制的自旋穩定式衛星“風云二號”發射在即。時年32歲的李恒年通讀衛星姿態控制軟件代碼后發現,原有方案使用的數學模型和算法已落后于計算機發展水平。
要不要改?作為一名年輕的工程師,李恒年心里吃不準。畢竟,原方案是老一輩科學家親自審定的經典模型,并且經過多年使用檢驗,萬一改不好可怎么收場?
“涉及造價動輒上億元的衛星,能改卻不改,實在于心不安。”兩個多月后,李恒年在反復推導驗算,確定新方案更優后,向領導作了匯報。衛星研制方當然不同意臨陣生變。
經過一次又一次的溝通,李恒年終于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臺模擬測試的機會。結果,新方案獲勝。
后來,這套全新算法在“風云二號”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,李恒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。
創新之難
我國自行研制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后第三個成熟的衛星導航系統。
時間上的先后,難免會讓人不由自主地聯想到“借鑒”二字。李恒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,“借鑒”作為一條省時省力的捷徑,也確實讓有的人動了心。
“比著葫蘆畫瓢,回答不了衛星部署為什么這么放、能不能優化的問題,只會受制于人。”李恒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,李恒年帶領課題組先后承擔了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,李恒年的星座部署方案給他帶來了新難題。
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”。
可實際上,世界各國目前注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”。由于衛星在軌時并非一動不動,而是受復雜空間環境的影響一直動來動去,必須憑借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,李恒年是中方技術代表,“他們擔心中國衛星再擠進來,會發生碰撞危險和電磁干擾。”
多輪艱苦談判后,外方專家被李恒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。而李恒年受此啟發撰寫的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
熟悉李恒年的人都知道,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,李恒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,與地面聯系時斷時續。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,衛星研制部門、航天測控戰線的專家緊急會商,以期盡快確定衛星姿態,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于事。衛星在如何翻滾、速度多少,天線指向哪里,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,李恒年和他的團隊臨危受命。
建模、計算、分析……李恒年說,那段時間,他的頭腦每時每刻都在高速運轉,想象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涂,反反復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,李恒年說,“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象的美妙結果。”
69天后,美妙的結果終于到來。遠望號測量船在南半球捕獲衛星,根據李恒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,李恒年又帶領團隊成功搶救2顆故障衛星。
舊難題終結,李恒年卻把它當作新難題的起點。近幾年,李恒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。