510所里的“北斗人”
2020-06-26 07:35:08 来源: 甘肃日报
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    原标题:510所里的“北斗人”

    6月23日,第55颗北斗导航卫星成功发射,随着该星在北斗三号全球组网“大棋局”的落子定盘,北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。从国家布局北斗导航系统工程至今,已经悄然走过了20余个年头,北斗的一步步成长最离不开的,是那些始终坚守如初的“北斗人”。中国航天科技集团五院510所就有这样一个群体,他们接续奋斗,勇担重任,为北斗任务的顺利收官贡献了510所的科研力量。

    “航天工匠”

    510所崔敬忠研究员,是最早从事北斗关键产品——国产铷钟物理部分研制工作的首席专家。

    2004年年底,崔敬忠便开始负责铷钟物理部分的研制工作。星载铷原子钟物理部分从无到有、从有到多、从多到精,都是崔敬忠和他的团队以技术过硬保质量过硬的丰硕成果。

    2004年,北斗导航定位系统核心单机——星载铷原子钟引进受阻,崔敬忠作为铷原子钟物理部分的技术负责人,临危受命,利用所学量子物理知识及真空技术,结合长期从事预研工作的经验进行艰难的技术攻关。通过对北京大学铷原子钟物理部分原理样机的改进设计,采取有效方法、采用关键材料、优化工艺参数,在短时间内攻克了多项关键技术,完成了铷钟物理部分的研制,配合总体单位形成了我国自研的星载铷原子钟,确保了试验星和正样星计划的顺利实施。这使得我国彻底摆脱了国外进口限制、国内研制困难的尴尬局面。星载铷原子钟物理部分的研制成功及在轨稳定运行,标志着我国该项技术达到了国际先进水平,保证了北斗导航系统的建设按计划节点进行。

    铷钟物理部分研制成功后,崔敬忠和他的团队面临着新的课题——如何将铷钟物理部分由单台研制转换成批量生产。作为铷钟物理部分产品首席专家,崔敬忠与团队成员精心策划,建立了基于小批量生产的产品工艺方案。同时,他深入研究影响产品性能的物理因素,全面实施可靠性设计,验证环境适应性,解决了铷还原、铷灯泡的长寿命等难题,提高了信噪比、降低温度系数等关键技术。通过固化产品基线和产品定型等措施使得交付的产品质量稳定,工作可靠,为北斗导航系统的建设提供了有力的保障。

    在抓好型号研制生产的同时,他瞄准未来发展,开展高精度及甚高精度铷钟物理部分的研制,培育发展后劲。面向北斗三号新需求,他创新性地提出了三泡——单控温的物理部分构型。通过优化设计,大幅度提高了铷钟物理部分的技术指标。与导航一期相比,星载铷原子钟整机稳定度指标提高了一个数量级,设计寿命由8年提高到12年,达到了北斗三号的目标要求。

    工匠精神是一种心无旁骛、志如磐石、锲而不舍的技术追求,也是一种敢于创新、精益求精、追求卓越的精神品格。崔敬忠就是这样一名航天工匠,十几年时间里他倾尽心血做好了一件事,那就是研制星载铷原子钟物理部分。

    “冰火魔术师”

    当年为什么要把“北斗”的核心部件——铷钟物理部分的研制交给510所呢?因为510所是研究真空起家的,所以对于铷钟物理部分中最重要的铷灯泡制作有着深厚的技术基础。在铷灯泡研制的攻关历程中,刘苏民在其中写下了浓墨重彩的一笔。

    刘苏民于1958年在中科院近代物理研究所开始从事科研工作,510所成立后,刘苏民在所里先后完成了多项产品研发、研制工作。2000年以后,基于对玻璃电真空方面技术工艺的积累,刘苏民开展了二代导航卫星铷钟物理部分铷泡产品的研制、金属铷真空蒸馏提纯装置的研制,完成了铷还原和铷提纯工艺改进研究、星载铷钟铷泡充制、铷量控制技术研究等,为铷原子钟的顺利研制和在轨飞行成功奠定了基础。

    在铷灯泡制作过程中,刘苏民优化了铷灯泡坯的真空退火工艺,大范围消除泡坯的残余加工应力,使铷泡结构强度大大增强,增加了玻璃耐高低温变化的能力。在真空烘烤过程中,他提出了惰性气体热冲洗及间断排气法,提高了受流导限制的铷灯泡的本底真空度,对后续工作起了推动作用。

    铷原子钟物理部分所用的原子气室封接在细长排气管上,由于受流导限制,采用常规的抽真空加热排气的方法,即使采用36小时连续加热真空抽气,原子气室内的真空度亦很难提高至规定的高真空,有害残余气体及杂质也难以排除。为提高铷原子气室的真空度,减少有害气体含量,刘苏民提出了一种针对小流导、大管阻的真空抽气方法,即热冲洗间断排气技术。真空热冲洗间断排气技术的应用有效提高了小流导、大管阻的原子气室和玻璃集成器的极限真空度,缩短了排气时间,降低了有害气体成分,提高了原子气室的老化筛选合格率。该工艺方法还解决了长期以来原子气室连续烘烤除气劳动强度大、设备负荷重、系统故障率高的难题。

    刘苏民认为,在科研中往往需要一些“运气”,但这种“运气”是通过不断尝试、不断积累而成的。作为一名“老北斗人”,他寄语年轻的科研工作者,要善于思考,不要害怕犯错,在课题攻关和推进中提高自己的创新思维与科研成就感,无论是在北斗任务还是在其他项目中,皆应如此。

    “金手指”

    北斗任务中的铷钟物理部分产品,是研制出来的,也是调试出来的,其生产周期长达3-4个月,从铷泡生产到老化结束,从产品装配到调试结束,从产品测试到交付用户,每一个环节都很重要,尤其让人关注的就是铷灯调试环节,而调试铷灯的人员,也就是行内所说的“金手指”,张金海就是其中之一。

    硕士毕业后,怀抱着对祖国航天事业的热爱,张金海成为了510所一名普通的设计师。工作之初,正值国产铷原子钟在导航一期卫星中表现良好,国家需要更高精度的原子钟提高导航系统的定位精度,要求星载铷原子钟的短期稳定度在原来的基础上提高三倍,万秒稳定度提高一个数量级。这是一项很难完成的任务,国外技术封锁,国内无人可供参考,想要梳理出一条技术路线都很困难。作为项目组的一员,张金海积极投入到了这项工作中来。他翻阅了大量国内外文献资料,和同事一起设计了多种试验,反复摸索氙灯的工作参数。经过不懈努力,终于研制出了满足指标要求和空间环境使用的高精度铷原子钟物理部分,顺利通过项目验收。

    随后,张金海遇到了新的问题——批量化生产的一致性问题。为寻求获得产品一致性的途径,他严格按照质量控制“人、机、料、法、环”这五个要点逐一排查,最终将问题锁定在铷泡的加工工艺上。经过三个月、上千次的试验验证,他找出了铷泡最佳配比。后续交付的高精度铷钟物理部分配合整机的天稳定度指标均进入了E-15量级,一致性良好。

    随着产品质量的提升,星载铷原子钟的年产任务也随之增加。如何在提升产能的同时,保证产品质量?作为产品生产部经理的张金海又面临着新的挑战。为了保证产品一致性,张金海梳理了星载铷原子钟物理部分的生产调试环节,编写了《高精度星载铷钟物理部分精细化调试细则》,成为同事在生产调试中的“模板”和规则。

    除了他们三位,510所为北斗任务提供的铷钟物理部分、星载二次电源、贮箱气瓶产品、表面工程产品的背后,还有来自量子频标事业部、二次电源事业部、压力容器事业部、表面工程事业部的多位“北斗人”,正是他们的坚守与付出,才有了今天的荣耀与自豪。

    新甘肃·甘肃日报记者李满福 通讯员潘颖

责任编辑: 宋燕

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