——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
胡海鷹（中）與同事在車間討論型號研制問題。受訪者供圖
2021年3月19日，美國NOAA-17號氣象衛(wèi)星突然“解體”。盡管NOAA-17已退役，其原因不明的解體仍引人擔(dān)憂，且解體后的大小碎片也威脅到其他航天器。
今年年初，一顆編號為49863的空間碎片與我國清華科學(xué)衛(wèi)星“擦肩而過”，最近距離僅為14.5米，十分驚險(xiǎn)。
不久前，SpaceX提交給美國聯(lián)邦通信委員會的文件披露，去年俄羅斯進(jìn)行反衛(wèi)星試驗(yàn)，產(chǎn)生超過1500塊碎片云。為躲避碎片，星鏈衛(wèi)星進(jìn)行了多達(dá)1700次避讓。
隨著人們太空活動逐漸頻繁，航天器不斷增加，各種空間碎片、太空垃圾也呈指數(shù)級增長。為預(yù)防太空“交通事故”發(fā)生，確保航天器安全在軌工作，人們通常會避讓、拖拽或摧毀太空垃圾。但所有這些操作的前提是，能夠進(jìn)行精準(zhǔn)空間環(huán)境探測——要看到太空目標(biāo)靠近，并精準(zhǔn)計(jì)算其軌道。
提到空間環(huán)境探測，不能不說我國首個天基空間環(huán)境探測系統(tǒng)——試驗(yàn)六號衛(wèi)星系統(tǒng)和它的型號總設(shè)計(jì)師——中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長胡海鷹。
比“大海撈針”更難
在距我們3.6萬千米外的地球同步軌道上，一塊1米見方的衛(wèi)星碎片一閃而過。雖是電光石火的一瞬間，但試驗(yàn)六號衛(wèi)星系統(tǒng)已將其精準(zhǔn)“拿捏”。
“試驗(yàn)六號衛(wèi)星系統(tǒng)主要用于空間環(huán)境探測，從而保護(hù)航天器安全。”胡海鷹告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“這些目標(biāo)碎片就像海洋中的魚，我們首先要確保看得到，能區(qū)分出它們是什么，追蹤其行跡，然后計(jì)算、預(yù)測其軌道，才能將它們‘管’起來。”
伴隨著人類日益頻繁的太空探索活動，發(fā)射升空的各類航天器越來越多，在太空中留下了大量空間碎片。這些太空碎片飄移速度很快，十分危險(xiǎn)。比如，AK47步槍子彈出膛速度為710米/秒，彈頭重約8克，其動能足以在100米內(nèi)穿透1厘米厚的鋼板。而太空碎片的速度是7.5千米/秒，即使彈頭大小的太空金屬碎片也能輕松打穿衛(wèi)星。
一旦太空碎片撞上正在工作的衛(wèi)星、空間站，就是一場慘烈的太空“交通事故”。
“這些太空碎片不但速度很快，而且很小，只有一兩平方米，光線暗淡。”胡海鷹介紹，人類肉眼能看見最暗淡的星是6等星（恒星亮度類別，星等越大亮度越小），而在地球同步帶上，這些碎片暗淡到只有14至15等星。當(dāng)星等降到15等，亮度約是肉眼可見星的1/1000。
試驗(yàn)六號衛(wèi)星從低軌看地球同步帶的目標(biāo)，距離有3.6萬千米，其難度比“大海撈針”更大。
2008年，我國正式立項(xiàng)啟動“創(chuàng)新三號”衛(wèi)星研制，胡海鷹擔(dān)任衛(wèi)星總體副主任設(shè)計(jì)師。2013年，衛(wèi)星順利發(fā)射升空，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先，得到用戶廣泛好評。
一年后，年僅36歲的胡海鷹面向國家重大需求，出任試驗(yàn)六號衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師，提出由3顆星組成星座系統(tǒng)（試驗(yàn)六號衛(wèi)星系統(tǒng)），以實(shí)現(xiàn)對空間環(huán)境的更佳探測。2021年4月，試驗(yàn)六號03星發(fā)射升空并順利進(jìn)入預(yù)定軌道。我國不僅建成了首個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的天基空間環(huán)境探測系統(tǒng)，更有了太空邊疆的“安全衛(wèi)士”。
“太空中，中國的航天器不斷增多，它們的安全需要有人來戍衛(wèi)。”胡海鷹說，“戍衛(wèi)航天器的，不是普通戰(zhàn)士，而是擁有高技術(shù)的衛(wèi)星。戍守好天上邊疆，是航天人的職責(zé)所在。”
認(rèn)準(zhǔn)目標(biāo)干到底
將衛(wèi)星準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道是一項(xiàng)名副其實(shí)的“大系統(tǒng)工程”。各協(xié)作單位和團(tuán)隊(duì)之間的“協(xié)同”自然成為最大挑戰(zhàn)。
“我們搞總體工作，知道任務(wù)的需求在哪兒，然后提出一些方案，但工程實(shí)施中涉及時間上、技術(shù)上、接口上的協(xié)同，還有大家意識方面的協(xié)同。”胡海鷹說，“比如試驗(yàn)六號衛(wèi)星系統(tǒng)在研制過程中，配合單位有五六十家，各單位按方案進(jìn)行工作，但不同單位有不同的認(rèn)識和理解，所以要統(tǒng)一認(rèn)識、協(xié)同攻關(guān)，把所有工作集成起來進(jìn)行驗(yàn)證，然后送上天。”
各協(xié)作單位統(tǒng)一認(rèn)識后，將“想法變現(xiàn)”的過程依然困難重重。胡海鷹舉例說，在“天對天自動閉環(huán)跟蹤”方面，從原理設(shè)計(jì)到電腦仿真都非常順暢，包括大視場引導(dǎo)、小視場快速跟蹤在內(nèi)的理念“紙上得來”都很容易，但要把它送上天，實(shí)際工作中卻要克服很多具體困難。
2010年，胡海鷹等人終于完成單機(jī)協(xié)同，將方案變成樣機(jī)，又將工程樣機(jī)做成“正樣”。團(tuán)隊(duì)信心滿滿，開始外場實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時7天內(nèi)目標(biāo)有10次從天上劃過的機(jī)會，但“那個設(shè)備一動不動，軟件也沒反應(yīng)，10次自動跟蹤機(jī)會一次也沒跟上。整個實(shí)驗(yàn)完全失敗了”。
事后胡海鷹分析，跟蹤是個聯(lián)動過程，有不同設(shè)備之間的協(xié)作，也有軟硬件方面的匹配。一開始大家對困難預(yù)料不足，因?yàn)橄到y(tǒng)是多家單位做的，存在系統(tǒng)間的不匹配問題。
此后兩年，胡海鷹等人在系統(tǒng)匹配方面狠下功夫，改變跟蹤策略，優(yōu)化圖像處理，完善軟件算法，又在此基礎(chǔ)上做了10多次外場實(shí)驗(yàn)。2012年，團(tuán)隊(duì)終于在吉林白城場外實(shí)驗(yàn)中取得圓滿成功。
“我記得很清楚，同樣是7天10次機(jī)會，全部在軌實(shí)現(xiàn)了自動跟蹤。”回憶起10年前的成功實(shí)驗(yàn)，胡海鷹仍難掩興奮。
“最拼的那個人”
國家在召喚，唯有迎難而上。
胡海鷹作為型號總設(shè)計(jì)師簽下工程任務(wù)責(zé)任狀，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)過7年的摸爬滾打，對空間環(huán)境探測方法進(jìn)行了體系化的創(chuàng)新理論設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了高、低軌道衛(wèi)星構(gòu)成的多星組網(wǎng)方式，首次提出利用多手段聯(lián)合探測識別空間環(huán)境等8項(xiàng)核心技術(shù)，攻克了平臺與轉(zhuǎn)臺復(fù)合控制等6項(xiàng)“卡脖子”難題，終于建成我國首個天基空間環(huán)境探測系統(tǒng)——試驗(yàn)六號衛(wèi)星系統(tǒng)。
而胡海鷹本人，也被大家稱為團(tuán)隊(duì)中“最拼的那個人”。
扎根航天事業(yè)16年，胡海鷹先后完成了多個極具挑戰(zhàn)性的衛(wèi)星型號研制任務(wù)。為此，他一直奔波在路上，每年出差僅飛機(jī)就要坐130多趟。如果連續(xù)兩天出現(xiàn)在家里，女兒就會覺得奇怪：“爸爸，你怎么還不出差？”
不是出差，就是加班或開會，因?yàn)閱挝浑x家較遠(yuǎn)，胡海鷹經(jīng)常早出晚歸，很少陪伴孩子。所幸家人給予了足夠的理解和支持，甚至有點(diǎn)兒讓他覺得這種狀態(tài)“理所當(dāng)然”。
“這樣對孩子也有一定好處。”胡海鷹說，“孩子知道我在做什么，也明白大家資質(zhì)都差不多，如果自己不付出努力，憑什么會比別人做得好的道理。”
胡海鷹很“拼”。他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)里，每一個人都很“拼”。
“這實(shí)際上是一種傳承。這個領(lǐng)域競爭激烈，我們一直在衛(wèi)星研制前沿。在一個分得很細(xì)的領(lǐng)域深耕靠的就是積累和傳承，前輩航天人的言傳身教和科學(xué)家精神發(fā)揮了很強(qiáng)的引領(lǐng)作用。”胡海鷹說，“航天人尤其需要‘一旦認(rèn)準(zhǔn)方向、堅(jiān)持不懈地做，就一定能把它做出來’的信念。同時，團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神也必不可少。”
胡海鷹常常把“我們一起學(xué)習(xí)，把這個難關(guān)攻下來”等話掛在嘴邊。他搶時間、帶頭拼，向年輕人傳授經(jīng)驗(yàn)，更傳遞信念，在言傳身教中體現(xiàn)了新時代航天人的鮮明品格和時代擔(dān)當(dāng)。胡海鷹堅(jiān)信，航天精神會在同頻共振中一代接一代傳遞下去。
（原載于《中國科學(xué)報(bào)》 2022-09-22 第4版 人物）
