砥砺前行追求卓越,只为打造“中国心”

2020-08-11 06:02:42 冯荻蓓娱乐

2020年7月31日,习近平总书记庄严有力地宣布:“北斗三号全球卫星导航系统正式开通!”这标志着独立自主的北斗卫星导航系统从此走向了服务全球、造福人类的新时代。航天科技集团五院西安分院承担了北斗三号20颗组网星、3颗试验星的全部有效载荷,其中就包括被誉为“中国心”的星载铷钟。

“铷钟”全称“铷原子钟”,是高准确度、高稳定度的时间频率基准产品。在北斗三号导航卫星上发挥着提供时频基准的重要作用,它的稳定度直接关乎着导航卫星定位、测速和授时功能的精度,被誉为导航卫星的“心脏”。而这颗“中国心”的研制质量和可靠性直接决定着导航卫星的成败,是北斗三号卫星上十分重要的关键载荷产品。

几十年潜心攻关

实现中国人的自主导航梦

早在六七十年代,中国就启动了国产原子钟的研制计划,当时大多集中在理论和地面研究阶段。随着我国卫星导航系统建设的部署和逐步推进,中国要建设自己的北斗卫星导航系统就排上了日程。铷钟这颗导航卫星的“心脏”必须由中国人独立自主完成,这对整个系统建设的自主可控具有重大意义。那时,西安分院第一代铷钟研制人员开始了自力更生、艰苦奋斗的岁月,当时条件比较简陋,资料不全、设备较少,从事铷钟研制的也就六七个人,曾任铷钟学科带头人的雷文琦研究员说:“四十年从事时频产品研制,铷钟就像是自己的孩子一样,铷钟是导航的关键,不想受制于外国,我们就一定要自力更生,研发出我们国家自己的铷钟。”

▲三代铷钟人讨论星载原子钟发展

“九五”期间,西安分院凭借在射频、空间微波和数字电路方面的研制优势,联合国内优势单位,经过不懈努力,终于研制出了第一台铷钟产品,但离上天的苛刻要求还有很长的路要走,真空环境、温度控制、发射冲击、长期辐照等都会影响铷钟上天的各项指标,特别是衡量铷钟关键的天稳定度指标仍未突破,研制人员查阅国外资料,边翻译边摸索,与合作单位联合攻关,跟时间赛跑,积累的很多设计数据,为后来星载铷钟的研制奠定了坚实基础。

2000-2003年,是铷钟工程化攻关的第一阶段,从无到有的过程布满了荆棘,为了解决铷钟稳定性问题,西安分院铷钟研制团队执着坚守,调试过程中一个状态的改变,就要连续不间断做几天甚至二十多天的实验,攻关阶段往往需要不停地试验验证,才能证明改进措施是否可行,铷钟工程化设计就此加快了步伐。

经过两年时间的不懈探索和攻关,终于使长期稳定度达到了指标要求,实现了星载铷钟原理样机“零”的突破,为导航卫星后续工程化应用打下了牢固的基础。

2004年北斗卫星导航系统正式立项,铷钟的工程化攻关也进入了第二阶段,中国人要建设属于自己的导航系统不再是纸面的梦想,研制中国人自己的星上时频基准就成为了必须攻克的难关。接下来的几年,铷钟研制队伍也得到了大力扩充,第二代铷钟人快速成长,正样产品给研发产品让路也破天荒地发生在这一时期。

然而工程化应用研制并不顺利,最初研制的铷钟在进入热真空罐后,由于本身的热量无法导出,出现了失锁问题,使铷钟无法正常工作,这也直接影响了铷钟能否上天使用。研制团队都急了,加班加点改进热控设计,通过反复试验验证,最终攻克了铷钟在真空环境下长期稳定运行的难题。当时年过60岁的雷文琦说:“亲眼看见年轻人吃在办公室,睡在实验室,日夜守着真空罐,抢时间,开展试验,就是为了能研制出符合工程化应用需求的铷钟,想起来都觉得非常感动。”而雷师傅这一辈航天人也教会了年轻人如何践行航天精神:“我们这一代人,从来没有想过离开航天,淡泊名利,能够看到产品上天,能为国家做出贡献,就感到很高兴的”。

就在这样极致拼搏、加压前行和航天精神的感召下,2006年中国第一台星载铷钟产品一飞冲天,搭载验证成功,标志着中国具备了独立自主进行星载铷钟研制的能力,这极大地鼓舞了研制队伍。

▲高精度铷钟产品研制团队

2007年4月北斗二号飞行试验星第一台星载铷钟设备承载着占频保轨的重任成功上天,在轨表现良好,正式拉开了国产星载铷钟独立自主研制的序幕。“北斗速度”在北斗二号飞行试验星星载铷钟研制的进程中表现的淋漓尽致,西安分院星载铷钟首席专家贺玉玲说:“这是我职业生涯中最紧张、最难忘的时刻。”贺玉玲和她的队伍仅用了8个月的时间,没日没夜地干,小到元器件,大到部组件都要实现自主可控,当2007年导航信号从太空传来的那一刻,贺玉玲说:“忽然觉得再苦再累都是值得的。”

追求卓越永远没有终点

拼搏奋斗始终是我们的目标

2009年,北斗三号正式立项,西安分院铷钟人早已把目标设的更高更远,如果说过去是从无到有,那现在就是从有到优。贺玉玲和成长起来的第三代铷钟人开始了漫长的十年超越之路。

2012年,在北斗二号后期发射的卫星中,改变了以往的国产化铷钟为主钟、进口铷钟为备份的模式,国产化铷钟正式全面取代进口铷钟,稳定性和可靠性全面超越进口产品。与此同时,西安分院不断扩充时频生产线建设,铷钟研制流程不断优化,全面实现了国产化的目标,到2016年时,星载铷钟的批产能力已经达到了每年50台左右。

▲第三代铷钟人

2020年,甚高精度铷钟在轨稳定运行,技术指标与美国GPS铷钟相当,部分关键指标达到世界领先水平,为北斗导航工程铸造了一颗“中国心”。新一代的年轻人传承着老一辈航天人的精神,自豪的说:“未来我们这一代西安分院铷钟人的目标就是要把铷钟从优做到强,把铷钟每天计时精度从十亿分之一秒提高到百亿分之一秒。”79岁的雷文琦研究员说:“我没有什么遗憾的,看着年轻的航天人接过接力棒,把铷钟指标做的这么高,我很为他们而自豪。希望他们继往开来、勇于创新,为国家做出更大的贡献”。20年时间,西安分院共累计交付星载铷钟产品100多台,其中高精度铷钟超过了70台,国产铷钟完全取代了进口铷钟。

三代人用了几十年时间,为了同一个梦想,从未停滞过、从未犹豫过,他们用自己的实际行动践行着“自主创新、开放融合、万众一心,追求卓越”的新时代北斗精神,薪火传承着航天人的责任和使命,为航天强国建设、实现中华民族伟大复兴而不懈奋斗!

来源:西安分院

作者:李萱

编辑:冯少卿,胡潇潇

责编:邵素芝

监制:母国新

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