在以重大科學(xué)產(chǎn)出為己任的國家空間科學(xué)中心，有這樣一群仰望星空、銳意進(jìn)取、無私奉獻(xiàn)的工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)，他們來自中國科學(xué)院復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
自2013年獲批成立至今，中國科學(xué)院復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（簡稱復(fù)雜航天重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）已走過五個年頭。五年來，復(fù)雜航天重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室始終面向復(fù)雜航天系統(tǒng)發(fā)展趨勢和任務(wù)需求，在努力打造國內(nèi)一流、國際知名科研平臺、人才平臺和學(xué)術(shù)交流平臺的同時，多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)成果為我國空間科學(xué)、國防和民用航天領(lǐng)域多項(xiàng)重大型號任務(wù)提供了強(qiáng)有力的智能化航天電子信息關(guān)鍵技術(shù)支撐。
六十年輝煌創(chuàng)業(yè)路 與中國航天事業(yè)共成長
復(fù)雜航天重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的前身是中科院空間中心一部，該部門六十年來一直與空間中心共同發(fā)展，創(chuàng)造了中國航天發(fā)展史上很多輝煌的第一次：
“東方紅一號”
研制了我國首顆人造衛(wèi)星的多普勒測速定軌系統(tǒng)，為我國航天測控系統(tǒng)建設(shè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，1978年獲全國科學(xué)大會獎。
“實(shí)踐五號”
在1999年發(fā)射的“實(shí)踐五號”科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星上，國內(nèi)首次在軌應(yīng)用并驗(yàn)證了1553B總線技術(shù)、基于國際空間數(shù)據(jù)委員會（CCSDS）的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，開創(chuàng)了我國有效載荷標(biāo)準(zhǔn)化管理的先河，為載人航天的正式應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；研制了我國首套遙科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，成功支持了中科院力學(xué)所胡文瑞院士主導(dǎo)的空間微重力流體遙科學(xué)實(shí)驗(yàn)；國內(nèi)首次開展了太陽同步軌道上的大規(guī)模單粒子效應(yīng)試驗(yàn)研究，為我國航天電子器件防護(hù)技術(shù)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。
載人航天工程
在神舟飛船上首次成功在軌實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時國內(nèi)最高碼速率（8.448Mbps）和RS信道編碼的數(shù)傳通信系統(tǒng)；突破了基于1553B總線的分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等多項(xiàng)達(dá)到國際先進(jìn)水平的新技術(shù)，首次在國內(nèi)航天器上采用國際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會（CCSDS）高級在軌系統(tǒng)（AOS）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，圓滿實(shí)現(xiàn)了神舟系列飛船的有效載荷公用設(shè)備分系統(tǒng)任務(wù)。
探測1號、二號衛(wèi)星
在探測1號、二號衛(wèi)星中，采用在線監(jiān)測、多策略控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了星上有效載荷的自主管理；針對多次穿越內(nèi)外輻射帶的惡劣空間環(huán)境，采用了主被動相結(jié)合的系統(tǒng)防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了有效載荷數(shù)管系統(tǒng)長期在軌無故障運(yùn)行；采用測試控制語言（controlfile），在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了有效載荷集成測試與在軌運(yùn)控流程的自動控制，支持自動指令編碼、組幀上行、參數(shù)判斷和異常處理，實(shí)現(xiàn)了天地大回路衛(wèi)星的運(yùn)控自動管理。
探月工程
在探月工程嫦娥系列衛(wèi)星中，突破了在體積、重量、功耗嚴(yán)苛條件下的系統(tǒng)可重構(gòu)、可復(fù)用技術(shù)，圓滿支持了嫦娥系列衛(wèi)星多種類復(fù)雜有效載荷的集成和數(shù)據(jù)管理。
瞄準(zhǔn)航天強(qiáng)國目標(biāo) 開啟創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展新征程
縱觀全世界的空間探索活動，有近1/3是開展空間科學(xué)研究的，而我國空間科學(xué)才剛剛起步，面臨激烈的國際競爭。“空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)只有第一、沒有第二，具有重大前沿性，這就對各項(xiàng)原創(chuàng)性的關(guān)鍵技術(shù)提出了更高要求。”復(fù)雜航天重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、仿真室主任楊震告訴《科學(xué)新聞》。
為此，復(fù)雜航天重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室瞄準(zhǔn)國家戰(zhàn)略需求，大力加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，圍繞星上信息處理技術(shù)、分布式空間系統(tǒng)技術(shù)、復(fù)雜系統(tǒng)仿真技術(shù)等主要研究方向，組織多個創(chuàng)新小分隊(duì)，持續(xù)開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
“萬戶”芯片攻關(guān)群體
為實(shí)現(xiàn)航天電子信息核心芯片的自主可控，以安軍社副主任為首的“萬戶”芯片攻關(guān)群體多年埋頭苦干，克服重重難關(guān)，成功研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“萬戶”系列星上高性能計算機(jī)SOC芯片（WH1770、WH2770）和微控制器MCU芯片（WH1771、WH2771），該芯片以“龍芯”為基片，實(shí)現(xiàn)了1553B總線、Spacewire總線、CAN總線、ADOC接口、PCM、PPC、PWM等功能的高密度數(shù)字單片集成，有效打破了國外封鎖，目前在軌飛行應(yīng)用的萬戶芯片數(shù)量已突破百片，實(shí)現(xiàn)了真正的“中國芯”。
“Σ團(tuán)隊(duì)”——空間科學(xué)任務(wù)分析與設(shè)計團(tuán)隊(duì)
作為總體性的研究機(jī)構(gòu)，空間中心需要負(fù)責(zé)論證很多具有原始創(chuàng)新性的空間科學(xué)任務(wù)，遴選出技術(shù)成熟度比較高、科學(xué)意義重大、經(jīng)費(fèi)可控的項(xiàng)目來組織實(shí)施，“在這個過程中就需要很多系統(tǒng)工程方面的支持，所以我們打造了‘Σ團(tuán)隊(duì)’——空間科學(xué)任務(wù)分析與設(shè)計團(tuán)隊(duì)，來支持重大項(xiàng)目論證。”楊震說，“我們的理想是匯聚全國之智、引領(lǐng)科學(xué)創(chuàng)意、成就空間夢想。”
其中以鄭建華研究員、李明濤研究員為帶頭人的軌道動力學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，在國內(nèi)率先開展了星際超級公路、借力飛行、小推力、太陽帆等多項(xiàng)先進(jìn)的深空節(jié)能軌道設(shè)計技術(shù)研究，研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的拉格朗日點(diǎn)節(jié)能軌道設(shè)計、借力飛行等軟件，在“嫦娥二號”日地拉格朗日點(diǎn)拓展試驗(yàn)任務(wù)中得到驗(yàn)證，連續(xù)三次獲得全國軌道設(shè)計競賽冠軍；自主提出的地磁天文組合自主導(dǎo)航算法經(jīng)衛(wèi)星實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證定位精度達(dá)到百米量級。
空間分布式探測重點(diǎn)培育方向
圍繞宇宙黑暗時代等重大科學(xué)目標(biāo)和國家戰(zhàn)略需求，由鄧麗、武林、周莉、王竹剛等一群年輕人組成的“分布式空間系統(tǒng)重點(diǎn)培育方向”創(chuàng)新小組提出了非共面基線大視場成像算法、空間物理場立體探測、分布式被動微波高分辨對地觀測等多項(xiàng)創(chuàng)新性的空間分布式探測機(jī)理與處理方法，突破了線性編隊(duì)三維觀測基線設(shè)計優(yōu)化、小尺度立體探測編隊(duì)分離部署與構(gòu)型控制、星間測距、時間同步、通信一體化、星間相對姿態(tài)測量與協(xié)同控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，成功應(yīng)用于嫦娥四號中繼星搭載月球軌道編隊(duì)超長波天文觀測微衛(wèi)星任務(wù)中，其中基于月球圓軌道線性呼吸編隊(duì)的超長波天文干涉成像探測方案由于其創(chuàng)新性和重大科學(xué)意義已入選空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)背景型號項(xiàng)目。
瞄準(zhǔn)定量輻射的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)新小組
瞄準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)從視覺仿真向定量輻射延伸發(fā)展的技術(shù)趨勢，孟新研究員為首的創(chuàng)新小組提出了“數(shù)字靶場”概念，突破了一系列基于高精度三維建模和全鏈路定量輻射計算的光學(xué)成像仿真關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)星地同步比對試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，構(gòu)建起了連接虛擬世界與真實(shí)世界的“橋梁”，和定量化標(biāo)定虛擬世界的“尺子”。
星上高可靠高性能并行處理科研團(tuán)隊(duì)
卞春江研究員帶領(lǐng)一群80后的年輕人敢啃硬骨頭，數(shù)年如一日不懈攻關(guān)，攻克了面向復(fù)雜目標(biāo)檢測算法的星上實(shí)時并行處理芯片設(shè)計和面向多路海量圖像數(shù)據(jù)處理的高性能實(shí)時處理系統(tǒng)設(shè)計難題，處理算法軟件具備在軌完全重構(gòu)功能，圓滿完成了高可靠長壽命信息處理載荷研制，在國家重大型號任務(wù)中得到在軌應(yīng)用驗(yàn)證。
先進(jìn)空間測量技術(shù)創(chuàng)新群體
圍繞先進(jìn)空間測量技術(shù)方向，涌現(xiàn)出翟光杰、李保權(quán)、劉雪峰等為首的一批銳意進(jìn)取的創(chuàng)新群體，突破了時間分辨單光子多維光譜成像方法、微像素質(zhì)心定位、X射線嵌套聚焦、柔性碳纖維伸桿等一系列核心技術(shù)，基于這些創(chuàng)新技術(shù)研制的光譜儀、納型高精度星敏感器、11層拋物面嵌套聚焦鏡等部件技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
仰望星空無私奉獻(xiàn) 我們的征途是星辰大海
“雖然我們不是科學(xué)家，但希望通過系統(tǒng)工程的工作和關(guān)鍵技術(shù)支持，能支撐科學(xué)家實(shí)現(xiàn)他們的夢想，這是我們最大的心愿。”楊震樸實(shí)的話語，令人動容。
正是憑借著這種無私的服務(wù)與奉獻(xiàn)精神，一批卓越的科研工作人員數(shù)年如一日，為空間科學(xué)發(fā)展無怨無悔地貢獻(xiàn)著力量。
2018年5月21日，我國嫦娥四號中繼通信衛(wèi)星“鵲橋號”和搭載的兩顆微衛(wèi)星（龍江一號、龍江二號）在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空。
龍江一號、龍江二號攜帶超長波干涉儀有效載荷，其目標(biāo)是在軌驗(yàn)證超長波干涉測量關(guān)鍵技術(shù)。肩負(fù)重任的超長波干涉儀設(shè)計是由空間中心所承擔(dān)，而其背后則是來之不易的機(jī)遇和一群有理想、肯奉獻(xiàn)的年輕隊(duì)伍。
超長波射電觀測是目前已知的唯一直接觀測宇宙黑暗時代的手段，該波段也是電磁頻譜中最后一個空白，這一研究具有極其重要的價值。由于地球電離層的影響和地球的射頻干擾，30MHz以下的超長波探測在地面和地球軌道都很難開展，歷史研究表明月球軌道是最佳觀測位置，但月球軌道一直是一項(xiàng)稀缺資源。國際主要研究機(jī)構(gòu)雖提出多個任務(wù)概念，但均未實(shí)現(xiàn)。
正是由于任務(wù)的重要性、前沿性和挑戰(zhàn)性，當(dāng)?shù)弥隙鹚奶栔欣^通信衛(wèi)星有搭載機(jī)會時，空間中心載荷團(tuán)隊(duì)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)積極果斷地抓住了這次難得的機(jī)會，力爭在超長波射電研究領(lǐng)域跨出具有劃時代意義的第一步。
沒有經(jīng)費(fèi)，風(fēng)險自負(fù)，是載荷團(tuán)隊(duì)首先需要面臨的挑戰(zhàn)。還不止如此，研制周期短、技術(shù)約束多更是讓很多人望而卻步。
從初樣到正樣，常規(guī)的衛(wèi)星任務(wù)周期需要3年，而該任務(wù)不到1年半。搭載的微衛(wèi)星分配的重量不超過50kg，載荷重量僅3.4kg。這小小的3.4kg包含了載荷的探測天線、數(shù)據(jù)處理單元、雙星通信測距和時間同步單元等等。
面對巨大的挑戰(zhàn)，非但沒有讓載荷團(tuán)隊(duì)畏懼退縮，反而更激發(fā)了成員們勇往直前的斗志。隨即，復(fù)雜航天重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微波遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同成立了一支“超能隊(duì)伍”：在時任空間中心主任吳季、復(fù)雜航天重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任安軍社等組成“跨室協(xié)作指揮組”的引領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)成員迅速組成“沖鋒小分隊(duì)”“突擊小分隊(duì)”“保障小分隊(duì)”投入緊張的戰(zhàn)斗中。
從載荷設(shè)計、投產(chǎn)到開展戶外試驗(yàn)，再到配合衛(wèi)星總體聯(lián)試……載荷團(tuán)隊(duì)硬是靠著自己的摸索，攻克了一個又一個的技術(shù)難題。
2018年5月21日清晨，龍江一號、龍江二號隨著中繼星順利升空。遺憾的是龍江一號在奔往月球的轉(zhuǎn)移軌道中失去聯(lián)系，幸運(yùn)的是龍江二號順利進(jìn)入預(yù)定目標(biāo)軌道，運(yùn)行正常。
5月26日，龍江二號有效載荷首次加電開機(jī)，各項(xiàng)遙測參數(shù)均正常。5月29日，第一階段天線展開成功，有效載荷開始進(jìn)行在軌測試，初步獲取了月球軌道不同位置的頻譜數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析表明，月球有效遮擋了來自于地球的射頻干擾，為1-30MHz宇宙射電信號探測提供了理想的電磁環(huán)境。
談及這支團(tuán)隊(duì)，楊震的話語中難掩驕傲：團(tuán)隊(duì)里年輕的“80后”耐得住寂寞、不計較個人得失的奉獻(xiàn)精神以及參與國際競爭、搶占國際前沿的擔(dān)當(dāng)讓他倍感自豪。
“等待是為了厚積薄發(fā)”這句話用在載荷團(tuán)隊(duì)身上可謂再合適不過。如今，這群具有使命感和大局意識的最可愛的空間科學(xué)人已開始投入新的戰(zhàn)斗中：有效載荷將執(zhí)行第二階段天線展開任務(wù)，并開展各類掩月探測實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證有效載荷關(guān)鍵技術(shù)，為未來探索宇宙黑暗時期奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。■