時(shí)代先鋒
“牧星人”李恒年:在太空“畫”出美麗的星跡
宇航動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李恒年
人民網(wǎng)北京10月20日電 （記者 魏艷）今天，已經(jīng)有一百余顆“中國衛(wèi)星”在太空遨游，它們類型不同、功能各異，在國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。從衛(wèi)星升空那一刻，直至其壽命終結(jié)，對(duì)它進(jìn)行跟蹤測(cè)量控制、故障診斷維修等工作，就是航天測(cè)控。
在中國西安衛(wèi)星測(cè)控中心，有一位著名的“牧星人”：李sir。他曾連續(xù)奮戰(zhàn)69天，讓價(jià)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(gè)問題專注20年，使我國航天器機(jī)動(dòng)軌道確定能力提高到世界先進(jìn)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(yùn)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(jì)生院士確立的衛(wèi)星軌道確定理論，提出了衛(wèi)星機(jī)動(dòng)軌道確定理論，并成功運(yùn)用于我國多顆機(jī)動(dòng)軌道衛(wèi)星。
他就是李恒年，西安衛(wèi)星測(cè)控中心測(cè)控技術(shù)部研究員，宇航動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。
從尋呼臺(tái)到測(cè)控衛(wèi)星： 一個(gè)“編外人員”的成功逆襲
1992年，25歲的李恒年研究生畢業(yè)，被分配到西安衛(wèi)星測(cè)控中心。人事部門一看他的簡(jiǎn)歷：“本科，蘭州大學(xué)數(shù)學(xué)系；研究生，國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)系”。懂?dāng)?shù)學(xué)、會(huì)編程，正好中心在發(fā)展BP機(jī)尋呼業(yè)務(wù)，就把他分到了尋呼臺(tái)。
但直到一年多以后，李恒年從同事們的聊天中才知道，別人設(shè)計(jì)的軟件服務(wù)對(duì)象是衛(wèi)星，自己編寫的程序服務(wù)對(duì)象卻是BP機(jī)。盡管尋呼臺(tái)待遇好、掙錢多，可他始終心有不甘。于是，閑不住、愛琢磨的他經(jīng)常到測(cè)控技術(shù)部旁聽同事們討論測(cè)控難題。
當(dāng)時(shí)正趕上中心即將執(zhí)行一顆返回式衛(wèi)星測(cè)控回收任務(wù)，任務(wù)聯(lián)調(diào)時(shí)，地面測(cè)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。
通過翻閱技術(shù)資料，李恒年敏銳地察覺到是數(shù)據(jù)處理算法有問題。作為一名“編外人員”，李恒年利用休息時(shí)間編制了一套全新的算法程序和技術(shù)方案。
當(dāng)他捧起方案向時(shí)任測(cè)控技術(shù)部軟件室主任陳長貴匯報(bào)時(shí)，陳主任被小伙子的勇氣和執(zhí)著所感動(dòng)，專門邀請(qǐng)有關(guān)專家對(duì)李恒年的成果進(jìn)行了嚴(yán)格評(píng)審。
盡管大家對(duì)這個(gè)毛頭小伙將信將疑，但時(shí)任測(cè)控技術(shù)部總工程師李濟(jì)生還是一錘定音：“這套方案做的不錯(cuò)，我看可以讓他試一試。”
新方案投入使用使測(cè)控站數(shù)據(jù)中斷等問題迎刃而解，年輕的李恒年在測(cè)控中心嶄露頭角，也順利地被調(diào)入了他夢(mèng)寐以求的測(cè)控技術(shù)部軟件室。從最基礎(chǔ)的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)處理，到研究提出航天測(cè)控最優(yōu)估計(jì)方法；從衛(wèi)星機(jī)動(dòng)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(duì)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)；從神舟飛船返回落點(diǎn)預(yù)報(bào)，到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署……李恒年的人生軌道從此同航天軌道緊緊連在一起，再也沒有分開。
航天測(cè)控任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)（站立者為李恒年）
不見硝煙的69天太空大營救
2006年10月，我國一顆遙感衛(wèi)星突發(fā)故障。遙測(cè)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(shí)，才有幾秒鐘的信號(hào)反饋。
衛(wèi)星研制部門和航天測(cè)控戰(zhàn)線的專家緊急會(huì)商：當(dāng)務(wù)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(shí)間，注入控制指令，使衛(wèi)星停止翻滾，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行姿態(tài)。否則，價(jià)值十多億元的衛(wèi)星，將成為毫無用處的太空垃圾。
當(dāng)時(shí)，我國航天測(cè)控網(wǎng)的覆蓋率還不高，確定衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，捕捉衛(wèi)星搶救時(shí)機(jī)的難度非常大。經(jīng)過持續(xù)20多天的仿真分析，李恒年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)終于掌握了衛(wèi)星翻滾的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和太陽帆板供電的周期規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出衛(wèi)星最大供電時(shí)間段。按照他們的建議，遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)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(hào)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，最終使衛(wèi)星“起死回生”，為國家經(jīng)濟(jì)和航天事業(yè)挽回巨大損失。
2011年8月，我國首顆海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星在太空運(yùn)行中突然出現(xiàn)姿態(tài)異常，太陽能帆板無法對(duì)日定向，星上能源告急。李恒年率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)沖向測(cè)控任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)，建立衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型，提出了衛(wèi)星減旋的控制方案，為成功搶救衛(wèi)星贏得先機(jī)。
“迎接挑戰(zhàn)最好的方法就是要把自己逼得狠點(diǎn)兒，有把自己逼入絕境的堅(jiān)定毅力。”李恒年參與組織的一次次衛(wèi)星異常情況處置，雖不見硝煙，卻驚心動(dòng)魄。
李恒年在航天測(cè)控任務(wù)第一線
三方三輪談判 為北斗在天上“擠”出一個(gè)位置
環(huán)繞赤道上空、距地面約36000公里的地球靜止軌道，是各國“太空斗法”的一個(gè)重要舞臺(tái)。
2007年初，我國一顆北斗衛(wèi)星發(fā)射在即。然而，在“北斗”預(yù)定的組網(wǎng)位置上，已有分屬不同國家的兩顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行。能否與外方順利實(shí)現(xiàn)“多星共位”，對(duì)爭(zhēng)取我國空間利益具有重要意義。
通過談判讓外方認(rèn)可我們的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“3星共位”是解決問題的唯一途徑。作為測(cè)控專家，李恒年當(dāng)時(shí)一方面要做好技術(shù)準(zhǔn)備，另一方面還要思考談判策略，挑戰(zhàn)和壓力很大。
談判進(jìn)行得異常艱難，外方專家對(duì)我國共位技術(shù)提出種種質(zhì)疑。談判桌上，李恒年圍繞外國專家提出的各種問題，一個(gè)個(gè)尋求對(duì)策，提出共位需求和擬采取的技術(shù)措施。三輪談判后，三方利益最大化選優(yōu)方案得到外方專家一致認(rèn)可，最終達(dá)到了共位目的，并現(xiàn)場(chǎng)簽署了備忘協(xié)議。
李恒年對(duì)同事說：“即使一件工作開始時(shí)毫無希望，甚至絕望，但高漲的激情和忘我的投入可能會(huì)產(chǎn)生超乎想象的美妙結(jié)果。”
宇航動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任——李恒年
從10公里到374米：攻克難題就是存在的價(jià)值
在同事李晶眼里，李恒年對(duì)困難仿佛有種特殊的偏愛，困難越大他越要戰(zhàn)勝，要求越高他越要追求完美。
李恒年這種不達(dá)極致不罷休的狠勁在“神舟”系列任務(wù)上表現(xiàn)的淋漓盡致。
作為西安衛(wèi)星測(cè)控中心神舟飛船落點(diǎn)預(yù)報(bào)技術(shù)負(fù)責(zé)人，李恒年在飛船返回控制和落點(diǎn)預(yù)報(bào)這兩個(gè)重難點(diǎn)問題上傾注了許多心血。從“神一”到“神四”，李恒年和大家一道，將落點(diǎn)預(yù)報(bào)范圍逐漸縮小到10公里。
在神舟五號(hào)任務(wù)中，為了確保航天員生命安全，他以近乎苛刻的要求開展每項(xiàng)工作，通過對(duì)歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)全面分析和上百次仿真計(jì)算，提出了“折算氣象風(fēng)漂移運(yùn)動(dòng)修正船下點(diǎn)預(yù)報(bào)方案”，最終把落點(diǎn)預(yù)報(bào)牢牢鎖定在1公里以內(nèi)。
“1公里，應(yīng)該是很精確的落點(diǎn)預(yù)報(bào)了吧？李sir卻不這樣認(rèn)為。”李晶說，在神舟六號(hào)任務(wù)中，他又開始了新一輪沖刺，及時(shí)攻克了快速優(yōu)選數(shù)據(jù)源的難題，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)計(jì)算出的飛船制動(dòng)時(shí)刻非常精確，誤差僅有200毫秒。正是由于這一精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)，搜救人員僅用12分鐘就趕到了返回艙落點(diǎn)。
但李恒年仍不滿足，“能不能把落點(diǎn)誤差再縮小些，讓搜救隊(duì)員到達(dá)再快一些。”作為工作人員之一的李晶非常清楚，這就好比一百米比賽跑進(jìn)10秒后，要再把成績提高1毫秒一樣，難度太大了。李晶勸他：“12分鐘已經(jīng)是極限了，再發(fā)起挑戰(zhàn)會(huì)異常艱難。”可李恒年卻輕描淡寫地說：“攻克難題不就是我們存在的價(jià)值嗎？”
李恒年常說：“一個(gè)科研工作者，如果沒有幾個(gè)問題始終占據(jù)著頭腦，很難有多少成就。”一旦有了想法，他就會(huì)立即著手付諸行動(dòng)。在神舟七號(hào)任務(wù)中，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)做了大量的建模與仿真分析，開發(fā)了飛船姿態(tài)新型計(jì)算軟件，并進(jìn)行了高空氣象風(fēng)對(duì)返回艙控制與落點(diǎn)預(yù)報(bào)精度的影響研究。最終，返回艙落點(diǎn)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測(cè)只差374米。
李恒年在宇航動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)青年科研人員
20年“死磕”衛(wèi)星機(jī)動(dòng)軌道精度
在許多人眼里枯燥乏味的數(shù)據(jù)、模型，李恒年卻像朋友一樣對(duì)待它們。 李晶和李恒年是從1996年開始一起工作，那時(shí)李恒年正在著力解決“東方紅3號(hào)”衛(wèi)星軌道機(jī)動(dòng)難題。2013年，李恒年出版了專著《衛(wèi)星機(jī)動(dòng)軌道確定》，李晶翻閱時(shí)驚奇地發(fā)現(xiàn)，雖然時(shí)隔近20年，但李恒年一直沒有放棄對(duì)這一問題的跟蹤研究。
李恒年認(rèn)為，當(dāng)年雖然解決了算法的收斂問題，但收斂速度緩慢且精度有限。經(jīng)過5年研究，李恒年提出了第二代方案，解決了快速收斂問題，但仍存在跟蹤滯后。又經(jīng)過5年持續(xù)跟進(jìn)，他提出了第三代方案，部分解決了濾波滯后和跟蹤精度問題，但軌道精度仍然達(dá)不到他的標(biāo)準(zhǔn)。大約5年后，他在2010年提出了第四代解決方案，收斂速度和軌道精度均得到了大幅提高。
“20年，對(duì)于一個(gè)科研工作者來說不算短，如果沒有咬定青山不放松的韌勁，很難想象20年是如何堅(jiān)持下來的。”李晶說。
宇航動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李恒年
學(xué)生眼中的他：鼓勵(lì)別人否定自己
神舟飛船返回艙落點(diǎn)預(yù)報(bào)是李恒年職業(yè)生涯中濃墨重彩的一筆。從“神一”到“神七”，飛船返回艙落點(diǎn)預(yù)報(bào)精度由10公里精確到300多米，一步步鑄就了李恒年的“金字招牌”，也留給年輕科研人員一個(gè)幾乎不可跨越的高峰。但就是這樣一塊飽含他無數(shù)心血和巨大榮譽(yù)的里程碑，他也鼓勵(lì)別人去挑戰(zhàn)。
博士錢山是李恒年的得意門生，在他眼中，李sir不僅敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)，而且勇于否定自己，甚至鼓勵(lì)別人否定自己。
2010年12月，錢山開始參與神舟八號(hào)飛船返回控制和落點(diǎn)預(yù)報(bào)任務(wù)準(zhǔn)備。在逐漸學(xué)習(xí)掌握了飛船返回控制和落點(diǎn)預(yù)報(bào)相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)后，錢山發(fā)現(xiàn)李sir采用的三自由度落點(diǎn)預(yù)報(bào)模型仍有改進(jìn)空間。
“但他既是權(quán)威，更是老師。”在說與不說之間，錢山猶豫不決。當(dāng)錢山鼓足勇氣給李恒年遞了一份報(bào)告并做了簡(jiǎn)要闡述后，李恒年一時(shí)間沒什么反應(yīng)，只是專注地看著報(bào)告。屋里的氣氛有點(diǎn)尷尬，錢山趕緊解釋說：“這只是我從理論上做了一些分析。實(shí)際上，現(xiàn)在的算法已經(jīng)使落點(diǎn)預(yù)報(bào)精度達(dá)到幾百米，完全可以保證搜救飛機(jī)與返回艙同時(shí)落地，應(yīng)該沒有再改動(dòng)的必要。”但李恒年很快就表達(dá)了堅(jiān)定的支持意見：“科研無止境，發(fā)現(xiàn)問題就要解決。”
之后，在李恒年的指導(dǎo)和支持下，錢山和某高校科研團(tuán)隊(duì)合作，將三自由度動(dòng)力學(xué)模型改進(jìn)為更加精確的六自由度動(dòng)力學(xué)模型，在神舟八號(hào)后續(xù)任務(wù)中進(jìn)行了驗(yàn)證和應(yīng)用，結(jié)果表明：氣象風(fēng)漂移修正量精確度提高了30%，落點(diǎn)預(yù)報(bào)精度的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。
“相比李sir之前里程碑式的進(jìn)步，這點(diǎn)改進(jìn)是在是微不足道。”錢山說。但李恒年卻看得很重，他說：“創(chuàng)新不分大小，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)創(chuàng)新，都很可貴。”
2009年宇航動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立，李恒年被任命為實(shí)驗(yàn)室副主任。他以“培養(yǎng)超過自己的人”為己任，將更多的精力投向了科研學(xué)術(shù)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)。現(xiàn)在，同事們都說，李恒年像個(gè)開“獵頭公司”的，看到有本事的年輕人，就像遇到了寶貝。外出參加學(xué)術(shù)會(huì)議遇上科研苗子，也會(huì)動(dòng)員人家加入航天測(cè)控大軍。在李恒年看來，實(shí)驗(yàn)室絕對(duì)不能走“快餐文化”路線，而是要按照“百年老店”的品牌來經(jīng)營。
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