北斗三号卫星

　　中国航天科技集团有限公司供图

一

滴答、滴答

中国在等待你的回答

你的夜晚更长

你的星星更多

你把时间无限细分

你让速度不断压缩

三年一腾飞，十年一跨越

当第五十五颗吉星升上太空，

北斗，照亮中国人的梦

这是“感动中国2020年度人物”组委会，给北斗三号工程副总设计师、卫星系统首席总设计师谢军的颁奖词。

从2017年开始，在32个月内，共发射了30颗北斗三号组网卫星和两颗备份星，中国创造了百分之百成功率的新纪录。

据报道：由于长期连续工作，谢军经常几天几夜不休不眠，曾经三次晕倒在卫星发射现场。

有人告诉我，“两弹一星”功勋、北斗三号工程总设计师孙家栋，也曾好几次在发射现场或指挥中心晕倒，原因是过于操劳和高度紧张。

看来，航天事业是高风险事业，航天行业里的总设计师，也是高危职业。

我在荧屏上多次听过谢军的演讲，他给我的印象是：睿智、低调、朴实。我有些不太满足，想象中的卫星首席总设计师，仰望星空，脚踏大地，似乎应该更“科学家”一些，甚至还带着几分“艺术家”的范儿。

在航天五院采访谢军，他一身航天工装，国字脸上戴着一副无框眼镜，头发已经花白。依然是睿智、低调、朴实。

我问他：“卫星总设计师是一种高危职业吗？”

谢军没想到我会提这么个问题，他想了想，说：“是不是高危职业，我没与其他职业比较，但总设计师压力太大，倒是不争的事实。”

“压力非常之大？”

谢军点了点头，“以北斗工程为例，北斗工程六大系统，后来又加了个星间链路运行管理系统。每个系统都极其复杂，可以说是每个元器件、每个螺钉、每根连线，都牵连着整个型号任务的成败。作为这个系统的总设计师，事无巨细，出了问题，最后都必须找总师去解决，压力怎能不大？”

“举个例子，北斗三号星上有一台非常重要的时频设备，在测试时，发现偶尔会出现1纳秒的跳动，1纳秒是10的负9次方秒的概念，假如一只时钟，每天变化1纳秒，300万年之后，才会变化1秒，对我们日常生活来讲，1纳秒比瞬间一刹那还要短得多。但对于高精度的导航，1纳秒对应的星上参数，就会有0.3米的偏差，这个偏差带到用户那里，可能就变成20米30米了。如果每颗星都有这个问题，整个系统的服务，就会大大打折扣。为了解决这个问题，我们费了很大的精力去查找，经过反复排查，发现是地面上测试设备测试方法的问题，导致了偶尔1纳秒的跳动。”

谢军告诉我：“作为北三卫星首席总师，我差不多有一半精力花在元器件和部件产品的国产化上。”

关键元器件100%国产化。部件星上产品100%国产化。两个100%，像是一副重担压在谢军肩上。

我问：“这件事非常重要？”

“北斗卫星导航系统作为国家重要的经济和军事基础设施，为实现自主可控的目标，中国空间技术研究院确立了元器件国产化替代进口、升级技术、提高质量、应用验证、完善体系的发展思路和‘成熟一项、应用一项’的原则。其实在这之前，孙家栋总师对国产化就已经表明了自己鲜明的态度。而且，慢慢地，大家都形成了这么一种共识。”谢军语气肯定。

有人说，看见谢军对关键元器件国产化孜孜不倦的追求，发现他的身上隐隐约约带着孙家栋的作风。这或许是航天队伍的一种特色，优良作风、优秀品质的传承，在一代一代总师的身上体现得最充分。

谢军，出生于陕西西安一个铁路职工家庭。1978年，他以优异成绩考入国防科技大学电子技术系。当时，他不知道入学后两个月，美国成功发射了世界上第一颗导航卫星。他更不会想到，26年后，自己会作为总设计师打造中国的导航卫星。毕业时，他选择了中国空间技术研究院504所，从此踏上航天科研征程。

我问他：“从学校走进研究所，航天这个团队最初给你的印象是什么？”

谢军回忆说：“刚到所里，我分到了天线技术研究室。干的第一个活是卫星上的，叫波导同轴转换设备。当时调节测试驻波的仪器设备非常简陋，靠手一点点垫模片，一次次地进行测试，模片垫得合适了，指标才会满足要求。这些看似单调枯燥的工作，对我们这些刚刚走出校门的大学生理解课本上的基础理论非常有帮助。通过反复试验验证的原理，一辈子都不会忘记。那时候，天线测试也非常简单。测试天线要爬到野外一个很高的测试塔架上，有些像是高压线的塔架。我不知道自己有恐高症，第一次上塔架，爬到一半就眩晕了，浑身没劲，差不多是被师傅架下来的。之后，师傅再也不让我上塔架了，我就在地面负责转动转台上的天线，靠手转一度，测一下，一次次地记录数值和参数。无论刮风下雨，一蹲就是一天。不久，又赶上天线产品缩比试验，要加工一个抛物面。为了赶进度，我们没去找加工厂，而是自己在场区地上，挖出一个凹透镜状的土坑，然后拿一块铝板放上去，用木槌一槌一槌地敲打，直到敲出光滑无比的抛物面，表面的形状和精度必须符合试验要求。师傅告诉我，任何简单的零部件，都一定要做到极致。后来，我慢慢理解，这就是航天精神追求卓越的一种表现吧。”

东方红二号甲通信卫星、风云二号气象卫星、海洋一号卫星、北斗工程……在504所工作的22年，谢军创造了很多纪录：最年轻的高工、最年轻的研究员、最年轻的副所长。经过30多年几个型号的摸爬滚打，谢军已经成长为航天科技领域一名领军人物。

2003年国庆节前一天，44岁的谢军，被任命为北斗二号卫星总设计师。

二

如何当好总师，谢军想请教孙家栋这位“大总师”，好几次拿起电话，却又放下了。他知道孙家栋的脾气，决不会给你讲一套大道理，而是逼着你到实践中去学习、去体会。

北斗二号试验星一共有4台原子钟，早期的设计方案是3台进口，一台上国产的。就上这么一台，还有人感到不放心，怕到时候国产钟万一出问题，影响进口钟工作。

谢军向孙家栋报告，孙家栋反问他：“国产钟为什么就不行，从欧洲进口的钟，不是也没上过天吗？”

孙家栋带着谢军到北京大学、航天504所、武汉物数所了解原子钟的研制情况。

北斗二号试验星发射前，西方对我核心技术封锁日益加剧，原子钟进口大门彻底关闭。谢军对孙家栋说：“孙老，逼上梁山了，试验星4台原子钟我们决定都上国产钟了。”

孙家栋问：“你是卫星总师，你对国产钟信心如何？”

“504所、武汉物数所、203所等家研制单位的产品，各有特点，经过多次的验证，基本符合技术要求。”

孙家栋说：“只要基本达到技术要求，就上。首先要把地面试验做充分，但真正考验在天上。我们应该允许国产钟有个验证的过程，有个不断提高的过程。”

4台国产铷钟随试验星上天后，谢军与研制团队人员定期进行遥测和参数的判读。功夫不负有心人，4台国产铷钟在轨表现优良。

北斗三号工程立项后，谢军全力执行工程“两总”定下的研制目标：所有星载产品百分之百国产化。

当时，卫星系统王平总师向谢军提出一个建议，先对北斗二号的器部件进行梳理，对北斗二号采用进口器部件改成国产的可行性进行分析。谢军非常赞同，说：“先把我们的家底和我们的能力摸清楚。”

经过初步摸查，将需要进行国产化元器件分成4类：第一类是已经有国产化器部件，研制基础比较好，可以直接选用；第二类是已经开始研制，但还没有完成鉴定，或不适合北斗卫星在轨使用条件，还要进一步验证；第三类是国内有研制基础条件，可以研制，但还没有研制；第四类是国内暂时没有研制基础。分成4类后，导航卫星项目办开始调研国内的厂家，确定能够对接这4类元器件的厂家。对于一些核心元器件进行规范与统一，都统一到国产元器件上来。

CPU是北斗三号卫星的关键，各个分系统核心处理器和控制器件都要用到CPU。在工程准备阶段，针对CPU选用专门形成一个论证报告，结论是国产的都不太成熟，建议选用进口的697。

谢军问王平：“您对772所最了解，他们的产品到底行不行？”

“772所生产的BM3808芯片，已经完成了鉴定。”

“哦，结论呢？”

“总体表现不错，就是缺少单机的使用验证。”

谢军分析说：“这样的产品，假如研制过程要走一百步的话，厂家过去已经走了八九十步了。这时候，我们不去使用，把他们否了，等于人家几年辛辛苦苦白忙乎，前面的八九十步白走了。我们应该支持他们一下，大胆地在设计上采用，全面安排使用验证，他们再努把力，就能把最后的一二十步走完，走到终点。遇到问题，我们要和厂家共担风险，共同解决；不行还可以改进嘛，改到行为止。”

为此，五院卫星总体坚持推行BM3808，航天772所不负众望，终于攻下了CPU这个坚固的“堡垒”。

控制分系统的动量轮、红外地球敏感器、太阳翼驱动机构，在北斗二号阶段已经实现了国产化，经过了在轨的考核和验证，达到国际水平。北斗三号继续采用没有异议。但当时其它的几个关键单机，北斗二号都是采用进口产品，到了北斗三号，是继续进口还是推进国产化，存在争议。比如行波管放大器、大功率微波开关等。

初期，有人建议采用一半进口一半国产的策略，逐步推动国产化进程。但在北斗三号飞行试验星研制阶段，国外开始对我国实施进口限制，行波管放大器交货时间普遍推迟。卫星处在三万六千公里和两万一千公里的高度上，无线电信号在传播过程中，衰减非常厉害，为了保证用户能收到信号，必须用行波管放大器，将星上的导航信号进行放大，因此它是星上一个重要的器部件。

在卫星分系统总师会上，谢军说：“在进口关键产品这件事上，我们的前辈吃尽了苦头，所以，历史一次次告诫我们：核心技术买不来，等不来，只有靠自己。现在表面看，行波管放大器是推迟交货时间，但对方要是一拖再拖，那不是把北斗给拖垮了。”

卫星系统总指挥迟军态度坚决：“此事我看凶多吉少，它不按时交货，趁早退了拉倒。”

谢军和迟军带领专家，多次到国内所有研制行波管放大器的厂家走访研讨，发现中科院电子所、中电科12所和南京772厂三家都有科研和生产能力。更可喜的是他们都有一种“国产化”的决心和情结。

中科院电子所行波管攻关团队是由一群年轻人组成的，尽管缺乏航天空间产品研制经验，却有着强烈的事业心和责任感。他们基本是每周7天24小时、高强度连续奋战。2013年9月第一批正样产品顺利通过出所试验，但在产品验收时，由于螺流参数超差被全部拒收。究其原因是研制中重点关注地面的性能，没有将螺流当作关键指标。这次打击，让年轻的设计团队，对航天产品特殊的质量要求有了更深刻的理解。为解决问题，他们倒排研制管理流程，精确到小时，工艺师和操作人员对每个设计环节和操作步骤进行仔细核对，制定出最合理的操作方案；同时，生产人员压缩用餐、休息时间，装配一气呵成，轻易不出净化间。

那些日子，谢军、王平几乎每晚都去电子所测试现场，了解产品调试进展情况，协助提供前期的产品数据进行对比分析。经过两个月的艰苦努力，行波管的螺流从原来大于5mA的超差状态，优化至2.5mA，保证了充分的可靠性余量。后来，谢军又组织论证，与哈工大等高等院校联合，专门安排了可靠性专项试验，对它进行加速的12年、15年、18年的考核，证明改正后的产品，完全满足在轨工作寿命的要求。

使用国产化器部件，既要顶着各种压力，还要担着风险。北斗MEO某星使用的一种部件，由于研制过程中多次反复，到了时间节点，却交付不了。那些日子，厂家急，主管设计师、主任设计师、总设计师更急。

有人劝谢军：“买个进口件吧，少多少麻烦。”谢军却坚持：“买进口件，或许减少了麻烦，但不经过一番磨砺，国产件永远没出头日子。”

交付时间推迟，导致整星发射推迟。牵一发而动全身。此时，其他系统的运转都要按下“暂停键”。

谢军告诉我：“搞卫星就是这样，它是个集体项目，大到总体设计，小到每颗螺丝钉，哪个地方、哪个细小的零部件出问题，都会影响到全局。卫星发射是有时间节点的，各分系统都按照这个时间节点运转，你卫星系统按下暂停键，其他各分系统也要跟着按暂停键。而且这种暂停键不是说按就能按的，比如说，许多卫星发射时，远望号测控船必须到大洋里跟踪测控，船已经出发了，你卫星却发射不了，人家是在海上等待，还是返航？这时候，各种矛盾都集中到卫星总师身上。”

“压力很大？”

“一个‘很’字，岂可概括？”谢军说：“运动员参加世界级的比赛，万众瞩目，一个球之争，关系到能否为祖国拿金牌，能否升国旗、唱国歌，那种压力是常人所体会不到的。航天也是这样，卫星发射举世瞩目，不允许有一丝一毫的疏忽。面对各种压力，你必须有一种韧性，有个成语不是叫百折不挠吗？就是要百折不挠！”

“所以说，航天总师是一种高危职业。”

谢军说：“如果从这个角度看，我还是同意的。反正，从当上总师的那一天起，这颗卫星没有顺利送上天，我便没有睡过一个安稳觉，没踏踏实实休息过一个节假日，心永远吊在半天空。”

北斗三号卫星对星上产品的质量提出了更苛刻的要求，整个系统的理念是：“先于故障发现问题、先于问题发现苗头、先于苗头解决问题。”某一产品在轨的工作温度是正负10度范围，对同类产品同样设计生产状态，要进行加严到20度、25度实验；某一产品是40度的工作范围，地面要做到60度，而且是全寿命周期来做。有一些产品的疑点问题，就是通过这种方法来解决的。

三

那一年，孙家栋带着李祖洪、杨长风、谢军等一拨总师到504所，调研原子钟的研制情况。原子钟总设计师贺玉玲，见来了这么多的“大咖”，汇报时有些紧张。

等大家谈得差不多时，孙家栋没有谈具体意见，只是说：“小贺啊，你们的原子钟要是不过关，卫星是绝对不能上天的。”

贺玉玲一听，急了，“哎呀，孙老，您这一说，我们的压力更大了，我真怕因为我们，拖了整个工程的后腿。”

孙家栋满脸严肃：“拖不拖后腿另说，谁叫你们承担的是北斗工程的关键部件，关键部件过不了关，卫星怎能上天？”

贺玉玲表态：“孙老，我们会尽百分之百的努力，争取不拖后腿。”

孙家栋笑了，“好啊，小贺终于下决心了。不过，不是争取，而是一定！”

几年后，原子钟攻关成功了。谢军有次与孙家栋交谈时，提起了当年的西安之行。谢军说：“您平时特别随和，可那天口气那么严厉，丝毫没有商量的余地。别说人家一个女同志，就是我们这些经常被您敲打的‘厚脸皮’，也会感到压力太大了。”

孙家栋打量着谢军，问：“谢军，你说总师是干什么的？”

谢军一愣：“孙老，这个您比我清楚啊？”

孙家栋说：“我不清楚，想听你说说。”

谢军想了想，只好说：“您不是说过吗，总师一要决策，二要协调，还有……是不是还要服务？”

“好，你先说说决策。原子钟这件事，你要是我这个角色的话，应该怎么决策？”

谢军说：“西方卡咱们，靠买是买不来的，自古华山一条路，只能靠自主研制。”

孙家栋接过话茬：“哟，你对‘自古华山一条路’记得挺熟的，这不就得了。北斗二号当时还可以到西方去买，到了北斗三号卫星，这条路走不通了，必须全部靠自己了。这时候当总师的头脑得特别清醒，决策要特别坚定。不能含糊其辞，要让所有人都丢掉幻想。如果这时候还‘再考虑考虑’，‘再争取争取’，那就真不知道要拖到猴年马月了。长痛不如短痛，当时虽然严厉一些，让他们几天几夜睡不着觉，过后，他们马上会醒悟的。”

末了，孙家栋又说：“当总师，有些事情可以妥协，唯独关键器部件国产化这件事不能妥协。可以一步一个台阶上，一个一个去攻关，但不允许不干，还幻想着去国外买。如果不是我们吃了亏后，狠抓这件事，还会有今天的北斗吗？”

抓关键器部件国产化，谢军像孙家栋和北斗三号工程接任总设计师杨长风一样，踏石留印，抓铁有痕。

杨长风在《开讲啦》告诉电视观众：“关键的器部件一定是要百分之百的国产化，关键的核心东西，必须掌握在自己的手上。我们的北斗终端第一批出来后，外国人把他们的芯片价格马上由1000元降到500元，第二代终端出来后，他们将500元降变成200元，我们用5年时间，生产出5个新的一代，他们的价格从200、100、50元，现在降到1美元。我们北斗人把自己的芯片做到了极致。”

2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京人民大会堂举行。这是中国科技创新的重大事件。作为世界上第三个建成的全球卫星导航系统，北斗三号在导航精度、授时精度、稳定性、可靠性方面堪称世界一流，特有的短报文功能更是独步天下，“北斗”一词已经成为世界流行语之一。

追求卓越，就是追求极致。

谢军发自内心地说：“时代选择了我，责任选择了我，所以我不敢怠慢，不能怠慢，必须玩命干！”