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追赶时间的人 我国星载被动氢钟实现完全自主可控——航天科工203所星载氢钟团队
【发布时间:2018年02月07日】 【来源:中国航天科工二院】

他们是追赶时间的人,作为国内时间频率标准的研发者,他们在五年时间里,以高度的政治责任感,夜以继日,攻坚克难,独立自主研制出首台国产星载氢钟,使得中国北斗导航卫星有了我们自己研制的氢钟,助力北斗精准定位,大幅提升卫星自主导航能力,这就是航天科工203所星载氢钟团队。

有了我们自主导航系统,我们才能骨头硬

2015年9月30日,北斗二代二期试验星,203所第一台氢钟上星;2016年2月1日,北斗二代二期第二颗试验星,203所第二台氢钟;2018年1月12日北斗三号组网一箭双星,203所第三台、第四台氢钟随之而上,助力精准定位。对于氢钟的发射时间,团队骨干王文明博士如数家珍,他笑着说道,这些时间对于我们来说是刻骨铭心的,比孩子的生日都记得清。  

新一代高精度铷原子钟虽然满足导航卫星在地面主控站不断同步校准下的指标要求,但无法满足导航系统中长期自主导航能力要求。星载氢原子钟拥有优异的中短期稳定度和低漂移率,这将不仅大幅提升导航系统的导航精度、授时水平,而且显著延长导航卫星自主导航时间,大幅降低北斗导航系统对地面的依赖程度,为非常时期的导航定位提供了保障。氢钟团队在国产星载氢钟的无人区,自主研发了中国人自己的氢钟。

氢钟团队拼出了国内领先,国际一流

产品技术攻关阶段曾有两年最为艰辛,氢钟团队的小伙子们几乎全年无休,只有过大年才放了三天假,出去吃饭的时候,街上冷冷清清,饭馆都关门了,大家才反应过来,这是过年了,人家都回家过年去了。在他们的脑海里,没有了过年的概念,只想着尽快把我们自己的钟研制出来。

如今,团队已累计为总体交付十余台星载氢钟,测试指标表明,星载氢钟实现了国内领先,国际一流。目前国际上氢钟研制有三个国家,俄罗斯、瑞士和中国,我国氢钟的各项指标已经与国际相当。

科研工作是精益求精的,不能心存侥幸

对于在轨服役的氢钟电离启辉问题,我们是有前车之鉴的,项目负责人李晶介绍道,伽利略系统的星载氢钟,就是因为氢钟电离泡启辉异常导致整钟报废了。所以我们必须保证我们的氢钟只要上天,就不能出现类似问题。

在攻克电离泡启辉的难题中,要把电离泡点亮,不仅要能亮,还要每次都亮,而且要一直亮,要精益求精不心存侥幸。通过改进电路形式,优化电路参数,增强震荡的稳定性,改进后的电路适用于国产化的元器件,这也是国内唯一同时能够适用于国产元器件和进口元器件的电离部件。通过大量的实验论证,保证了各种恶劣环境下的正常工作。

窥一斑而知全局,要细而又细

在进行鉴定件攻关的关键阶段,物理部分加电性能异常,而具体到每个部件的考核参数却又正常。团队就一个个组件进行排查,十余项,相互联动,互相影响,经常是动一发而牵全身,排查一个问题,却带来更多变量在变化,甚至会带来了新的问题。而问题的解决往往来源于偶然,甚至没有任何依据,也许这就是量变到质变的过程。王文明坚定地说道。当我们按照正向逻辑思维排查完每一处可能发生问题的部件时却一无所获,最终问题的发现竟源自于一次试验过程,在更换部件时偶然部件表面反光亮度不同而暴露出局部固化胶膜,分析原因是由于给一个螺丝点胶过程中,胶渗出到结构表面,影响了场的分布,如果不加电根本体现不出来,而钟在工作中又无法拆开观看,这给解决问题带来了很大的困难。谈起这次问题,文明说道,我们最初就是从机理着手进行排查,分析认为没问题的地方,最终问题恰恰在此。之后我们进行了举一反三,对工艺进行了改进,同时团队更加体会到工作中必须严谨细实,慎之又慎,杜绝类似看似无知的质量问题。

我们能想到的、想不到的甚至分析认为不可能的,也许都会出现问题。在星载氢钟攻关过程中,我们经历了诸多从无知到有知再到深知的过程。如今回头再看,我们处理的问题有的甚至是小儿科的问题,窥一斑而知全局,也许这就是从无到有必然的经历吧,只有过来人才能体会那种痛并快乐的过程,王文明叹息道。

可靠性问题多来源于变化的过程

为进一步提高二极管组件可靠性,团队订制了特殊的焊盘来连接两个孤立的导电柱,从而留出恰当的位置,放置二极管。可在实际应用中却发现测试异常,而单独排查每一个孤立部件均正常。回顾研制历程,团队意识到大多可靠性问题来源于变化,由变化的地方着手,仔细观察焊盘后分析认为焊盘周围由于孤立导体的存在带来了附加电容,恰恰影响变容二极管的压控特性,真可谓无巧不成书。

对于导航产品,总是强调可靠性是第一位的,技术指标是其次的,产品一旦定型,够用、能用便可,我们有时候甚至不理解总体单位,觉得某些胸有成竹的改进可以让产品更好用,而得到的却多是总体不近人情的回绝抑或各种无谓的论证报告。可有了上述的这些问题经历才更加让我们体会到可靠性的内涵以及对总体的些许理解。王文明介绍道。

谈起心爱的原子钟,李晶语重心长地说道:两方面来看这个问题吧!作为国家重大战略,任务来了,我们责无旁贷,必须要干,而且还要出色完成任务,这是使命感;作为一个专业,这需要发自内心的喜欢,徜徉于原子钟研制的海洋里如爱好一般不能自已。 畅想未来,他觉得原子钟的发展应以满足国家战略发展为使命;以专注市场需求为导向;坚持发展一代探索预研一代的理念,引领行业发展。

 

 

 

                                                                                                (王文明、吴巍)

 

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