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《人民文学》2023年第1期|李春雷:经天纬地

时间:2023-04-27来源:悦读文网 作者:李春雷 点击:

1984年7月,内蒙古集宁一中。

高考结束后,他预估自己的分数,发挥正常。

那天上午,填报志愿。在父母和老师的陪同下,他规规矩矩地将第一志愿填报为北京大学物理系。

上交档案后,心底却仍然喜忧参半、怅然若失。

当天下午,他又赶回学校,瞒着父母,说服老师,取回档案,重新工工整整地写了一个小纸条,粘上浆糊,覆盖了第一志愿。

小纸条上,写着20个字:中国人民解放军国防科学技术大学电子工程系。

不是不爱北大,而是更爱国防,更爱军工!

蔚保国,1966年10月生于内蒙古凉城县。中学阶段,就读于著名的集宁一中。在那里,他是一名“学霸”。他热爱文科、喜爱体育,但更酷爱军事、痴爱科学,特别是对当时刚刚出世的银河巨型计算机,尤感兴趣。

中国人民解放军国防科学技术大学,座落长沙市,是直属中央军委的综合性大学,其承载、其使命、其任务,不言而喻。

入学后,他的专业:信息处理显示与识别。

在这里,他如鱼得水,尽情地学习着、丰富着、快乐着。

长沙四年,使他全面走进了军工和信息世界,也染上了南方人的生活习惯,特别喜欢吃辣椒和米粉。

1988年7月,他毕业后,分配到电子工业部通信测控研究所。这是一家军工单位,代号“第五十四研究所”,其前身是国防部第十研究院,系我国第一个电信技术研究所。

该研究所,位于河北省石家庄市。

这里地处北方,与长沙环境大不一样,夏天干热、冬天酷寒。更主要的是,举目无亲。但是,这里有他最心爱的事业。很快,他便融入其中。

1991年5月1日,他结婚了。爱人也在本所工作,毕业于河北机电学院,专业呢,也是电子信息。

这样一来,他的世界里,就更加单纯和专一了。

渐渐地,他拥有了军事研究的世界视野,也走进了电子信息科学的前沿阵地。

深奥却又新奇的电信世界,吸引着他,激励着他,导航着他。

在从事计算机软硬件开发三年后,为了拓展和提升,他又攻读燕山大学电路与系统专业研究生。

他与爱人商定,事业第一,晚几年再生孩子。

现在是几时几分?

你在什么方位?

你的情况如何?

……

无论战争与和平,只有知彼知己,才能气定神安、稳操胜券。

时空安全,是人类的最基本安全!

宇宙无极,海洋浩瀚,沙漠无垠,山峦深远。我在何处,我向何方?自古以来,这就是人类每天面临的问题。从原始人巡游狩猎、航行海洋,到近代人周游世界、遨游太空,无一不需要定位导航。

传统导航,是人类利用地理物标和自然天体作为参照物,凭借经验进行定位。近代以来,人类利用现代传感器和人造信标,发明了陀螺仪、加速度计、无线电信标等精密仪器和高精度导航定位法。1957年,前苏联发射了第一颗人造卫星。于是,一种全新的导航系统应运而生。

卫星导航始于20世纪60年代美国军方的子午仪系统。经过30多年研究实验,终于推出了一套GPS卫星导航定位系统。

1994年,美国GPS卫星导航技术系统已经成熟并通行全球,覆盖率高达98%。中国军方,也不得不购买使用。

北斗系统,是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的一整套卫星导航系统。其内涵,其意义,其作用,可想而知。

但是,北斗系统的建成,是一个漫长、复杂且艰难的过程。

其基石,便是由中国科学院院士陈芳允在1983年提出的双星定位理论(即北斗一号)——利用两颗同步定点卫星进行定位导航。

依据世界上已有的卫星导航原理,地面站最少需要接收来自4颗卫星的信号。显然,双星定位理论,属于独创。而且,由于涉及国家安全,国外技术封锁,中国关于这方面的信息资料几乎为零。所以,国内虽然动员多方力量进行论证,但多年来主要集中在关键专题攻关研究,系统工程建设尚无进展。

鉴于国家安全和财力等多种因素,1994年,中国决定上马“双星定位”项目。

由于双星定位理论体制在国际上没有先例,国内业界普遍持怀疑态度。

1995年3月底,蔚保国从燕山大学电路与系统专业硕士毕业。同年10月,调入本所遥控遥测专业部总体室,从事航天测控与卫星导航系统总体工作。

不久,国家双星定位筹建办专家组前来调研。蔚保国临时代表本所做主汇报。思路清晰、观点独特,专家们大为赞赏。

很快,该所承担了“北斗一号”工程中最大也是最难的地面信号收发系统项目。而他,因为表现优异,被任命为项目副总设计师。

那一年,他28岁。

卫星导航分为三段:空间段、地面段、用户段。地面段是整个系统的控制中心,负责管理卫星和为用户服务。

“北斗一号”的双星,是两颗同步卫星,与地球自转相同,呈静止状态,只在中国上空。

天上两颗星,地面两个站,相隔3.6万多公里,相互传输信号。

卫星导航定位遵循几何交会原理,但又涉及无线电信号传输的大气物理特性以及卫星动力学效应。运行服务更需要高精密的时间同步和高精度的卫星轨道支持,要考虑和使用各种相关理论和方法,包括:相对论框架下时间比对基本原理、星地/站间各种时间比对技术及误差分析、高精度钟差预报方法等等。

当时,尚无大型数字化系统仿真技术,一切都是专题仿真和系统模拟联试。

蔚保国和同事们集中在一间大平房内。

联试房就是一个试验现场,不停地发现问题、解决问题、再发现问题、再解决问题,反复迭代、周而复始。

陪伴他们的,白天是太阳的热情,晚上是月亮的微笑,唯有太阳和月亮之间的卫星,是一团迷雾,是他们的最苦恼和最向往。

当然,夜晚陪伴最多的还有夜宵——一大桶鸡蛋汤和一大筐包子。

有时候,他呆呆地看书,文学或哲学,《柏拉图对话集》《时间的味道》——看似跨界无关,其实终端相通。

直到两年后的1998年3月,历经艰辛的工程样机系统终于通过验收。

成功的一半!

而后,便开始研制信号收发系统正式样机。他和他的母校国防科技大学以及许多骨干单位,再次开始大联合攻关。

他具体负责整个系统的数字信息接口规范。

“北斗一号”的工作流程是:

首先由中心控制系统向两颗卫星同时发送询问信号,经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号,并同时向两颗卫星发送响应信号,经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号,然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。

系统内的所有环节,他都要考虑进来。

万千道难关,千万次攻破。

仅仅各种技术编码,就写下了400多页。

又是两年,终于成功!

2000年10月31日和12月21日,两颗“北斗一号”卫星分别发射升空。

“北斗一号”的成功,标志着中国继美国GPS和前苏联(俄罗斯)GLONASS之后,成为世界上第三个建立卫星导航系统的国家。

更重要的是,“北斗一号”基本解决了中国军方不依赖GPS的战略需求。

最重要的是,“北斗一号”为国家培养了一支能打硬仗的卫星导航队伍。

直到参加工作10年后,蔚保国才有了一个可爱的女儿。

其实,2000年,在“北斗一号”进入工程阶段的时候,蔚保国就开始着手“北斗二号”技术体制的研究。为了更进一步开拓眼界,他又攻读北京理工大学通信与信息系统专业博士学位。

“北斗二号”的设计是:14颗卫星与32个地面站天地协同组网运行。

过去都是通过发射信号,双向应答。现在呢,不发射,只接收。

从有源定位到无源定位,又是一个全新跨越!

而且,过去是天上一颗星,地面对应一个站。现在天上卫星多了,地面上需要建造许多对应站,这就会带来诸多问题:天线的相互遮挡问题、电磁兼容问题、场站的隔离布局建设、整个系统的维护和可靠性等等。如果沿着这个思路,将来的场站就是“天线农场”。

必须另辟蹊径!

2005年,当“北斗二号”正式上马的时候,他正好博士毕业,受命负责地面运控的核心主用系统,担任总设计师,主攻单站多星测控难题。

经过反复论证,蔚保国和团队提出了一个数字多波束测量和注入体制。简单地说,就是用一个地面站同时管理多个卫星,让它们在天上结成团队,既听地面指挥,又相互支持。

但是,这只是一个大胆设想,并没有任何资料和试验数据证明可行。

许多专家表示质疑:虽然数字多波束天线具有优势,但不一定适合甚至不能实现高精度星地精密测量。

这是一个深奥且艰涩的世界,包括全分散式数字多波束系统体系架构、单站对多星的高效测量管理技术、数字波束时延概念、数字多波束综合处理方法、收发链路波束时延误差控制、如何高精测量、怎么保持稳定……

他们专门在试验场搭建了一个缩比系统,进行室内仿真和外场无线试验。

他和团队的30多名成员,日夜兼程。

冬去春来、暑来寒往。夏天光膀子,冬天军大衣。

科学家的苦恼,别人难以想象。那是黑暗中的绝望,绝望中的挣扎,挣扎中的坚持。常常地,一个技术问题,卡壳几个周。实在绝望无助时,大家拍案捶墙,甚至痛哭。

最困倦的时候,蔚保国会要来一碗米粉,多多放辣椒,吃得满头大汗,似乎脑洞大开。再就是打乒乓球,出一身汗,躺倒睡觉,醒来再干。或者下围棋,苦苦琢磨,一黑一白,两个棋罐,361枚棋子,仿佛两个宇宙,恰似满天卫星……

后来,他们又搭建了一个更真实的信标塔,进行各种星地模拟试验。

铁心锲而不舍,最终柳暗花明。

整整8年。

经过2800多天星夜兼程,他和团队终于成功研制出我国首套数字多波束测量系统,解决了多星测量难题,为“北斗二号”攻克了核心堡垒。

孙家栋院士的鉴定意见:“该系统技术极其复杂,研制难度极大,有重大技术创新,填补了国内空白,成果整体居国际领先水平”。

后来,这套技术荣获国家科技进步特等奖、军队科技进步奖一等奖、中国电子学会技术发明一等奖。

“北斗二号”卫星导航系统的建成,意义极大。

它不仅服务中国,也可以服务周边国家,更为实现全球服务奠定了坚实基础。

电磁波,无处不在。

除了大自然的太阳光和闪电,各种电器特别是电台、移动通信等,凡是能释放能量的物体,都会产生电磁波。电磁波是由同向且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,在真空中速率固定,速度为光速。

卫星,通过电磁波传递信息。

2015年,“北斗三号”系统工程正式上马。

这套系统由30颗卫星组成,其中24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星,将实现全球定位导航授时服务。

蔚保国团队,再次承担了其中关键核心的地面管理系统。

这一次,要首次实现星间链路构建和全球自主服务,管理的复杂度和难度大大增加。

全球星座卫星发射前、入轨后、运行中的星星地测量管理以及全球连续监测评估等,都面临极大挑战。其中,监测跟踪站设备攻关研制更是关键。但我们国家,必需拥有自主可控的监测技术。

蔚保国带领团队,再一次向堡垒发起冲锋。

时间紧、任务重,大家集中在联试房,每天都工作到深夜。

家族团聚没有了,节假日没有了。比如春节,大年除夕回家,初三就上班了。比如“五一”黄金周,他们只休息一天。

有一次,蔚保国出差,半夜12点回家。进门后,不是换睡衣,而是换上了工作服,准备前往工作区。

妻子问:“这么晚了,你不能明天再去吗?”

他说:“大家都正在加班呢!”

最紧张的时候,三个月之内干了17个通宵。

过去,他喜欢读文学、下围棋、打乒乓,但现在,全放弃了。

他唯一的业余消遣就是晚饭后散步40分钟,可散步时,也常常是一边走路,一边在线上与大家讨论技术问题。

他的世界里,全是卫星!

又是5年。

两个系统,终于成熟。

杨元喜院士的鉴定意见:“该系统取得重大技术突破,核心技术自主可控,属国际首创”。后来,相关成果两次荣获中国卫星导航科技进步特等奖。

由此,中国成为全球第一个拥有完备星间链路导航系统的国家,也成为全球第一个拥有全部GNSS(全球卫星导航系统)连续监测评估系统的国家。

……

2020年6月23日,“北斗三号”最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空,标志着中国北斗全球卫星导航系统卫星组网完成。

7月31日上午,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席仪式,宣布“北斗三号”全球卫星导航系统正式开通 。

2022年4月14日上午,第十三届中国卫星导航年会新闻发布会宣布:“北斗三号”系统全球范围定位精度实测优于4.4米,与美国GPS相当。

北斗卫星导航系统的建成,对中国有着历史意义。

从此,我们做到了卫星导航不求人。

从此,中国的国家安全得到了更加强有力的保障。

从此,中国在卫星导航应用服务上进一步扩大了国际市场。

仰望北斗卫星群,仿佛是一张布满宇宙的天网,密密实实地护佑着我泱泱中华!

不知不觉间,蔚保国已经成为一位资深老兵。但他的思维,仍然灵敏,像卫星雷达。

作为中国电科首席科学家、中国卫星导航重大专项体系总体专家组专家、中国卫星导航定位协会室内定位专业委员会主任委员、卫星导航系统与装备技术国家重点实验室主任、全国最美科技工作者、全国五一劳动奖章获得者,他率领着一个团队,始终走在北斗卫星导航系统建设与应用的最前沿。

“北斗三号”建成之后,新难题随即浮现:北斗卫星信号到达地面已极其微弱,进入室内或地面以下,更被衰减到几近于无,如何定位?

室内定位,是世界公认难题。虽有许多技术,但均不理想。

室内定位,也是市场迫切需求,毕竟人类70%以上活动在室内。

老兵蔚保国,再一次投身于室内定位这一新领域。

可否将北斗引入室内,既可扩大应用范围,又能与室外北斗无缝衔接?

这个思路看似简单,但真正实现起来,难度极大。复杂的室内环境、电波传播引起的信号衰落、严重的多径效应、远近效应……

拦路虎,一个又一个。

无数次的试错,无数次的修正,体制、信号、模型、算法等不断更新。

经过几年冲锋,他们终于创造了一个全新的北斗阵列伪卫星技术,实现了优于1米的室内定位,也让北斗用户终端在室内与室外可以自由无缝衔接。

这项技术的最大优势,便是与室外北斗的兼容,是对北斗系统的大大拓展。

同时,以北斗伪卫星为主体融合其他定位导航手段,构成了室内外一体的智能导航与位置服务系统,创新实现了“打通室内室外”的应用服务目标。

2021年底,这项创新成果通过了国家科技部总验收。

2022年初,北京冬奥会国家跳台滑雪中心雪如意场馆,几百个房间、上千名工作人员。在这里,蔚保国团队的“北斗伪卫星室内外亚米级定位技术与装备”成果成功落地应用。

这是世界上首次在奥运场馆实现大规模室内定位。

目前,中国北斗已经广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文气象、森林防火、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域,未来将渗透到人类社会生产和生活的方方面面。

……

能把个人专业和兴趣与国家安全和经济社会发展融合一起。人生最自豪,此生已无憾!

偶尔,蔚保国也会到夜市散步。

亮晶晶的夜空下,露天广场。他悄悄坐下来,要一碗米粉,多多放辣椒,再一次吃得满头大汗。

那是生活的味道、生命的味道。

今年,女儿即将研究生毕业了,与他商量未来发展方向。

他建议投身空天科技领域,逐梦星空。

女儿,乖乖地听从了他。 

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