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让“太空风筝”飞得更远

———记为嫦娥二号任务作出突出贡献的宇航中心团队

●记者 陈卓琬 程曦


  2010年10月1日18时59分57秒,我国长征三号丙火箭在西昌卫星发射中心点火升空,嫦娥二号卫星———探月二期工程的先导星搭载着我校宇航中心陆建华教授和他带领团队研制的星载低密度奇偶校验码(LDPC)编码器,踏上了漫漫奔月之旅。

  10月10日,作为嫦娥二号任务的六大工程目标和四大创新技术的核心内容之一,LDPC编码器和位于青岛、喀什的地面站译码遥测终端按照既定计划,参与了嫦娥二号任务创新技术试验,并获得成功。

  11月8日,探月工程嫦娥二号月面虹湾局部影像图揭幕仪式在北京举行。在全场热烈的掌声中,中共中央政治局常委、国务院总理温家宝走上揭幕台,为嫦娥二号月面虹湾局部影像图揭幕,宣告了嫦娥二号任务的圆满成功。此时,心中激动不已的还有为嫦娥二号任务作出突出贡献的我校宇航中心团队,以及许许多多为嫦娥二号项目劳心劳力、献计献策的清华人。

参与LDPC项目的宇航中心团队主要成员

  
  跻身国家重大工程项目

  卫星在太空飞行时,通过无线电信号与地面控制中心保持联系并传输数据,测控链路就像是牵着卫星的太空风筝线,其可靠性至关重要。卫星绕月飞行时,无线电信号的传输距离远大于地球卫星的通信传输距离,并且存在许多未知干扰。在卫星功率极其受限的条件下,如何保证遥测链路的可靠性成为核心瓶颈之一。LDPC编码技术性能好,具有接近理论极限的编码增益,是当前通信领域国内外研究前沿和热点。该技术应用于深空遥测链路,可提高链路余量,有效保障链路的传输可靠性。但由于编码实现复杂度高,目前还没有在深空探测中得到应用。

  早在2000年,在我校电子系吴佑寿院士指导下,结合国家973课题研究,陆建华课题组开始跟踪国际编码前沿技术研究,逐渐积累了一系列创新编码理论和技术,其中也包括了LDPC编码技术。

  2004年大年初二,陆建华向中国探月一期工程总指挥、我校兼职教授栾恩杰汇报了我校空天信息技术的最新进展,栾恩杰也流露出对我国探月卫星链路余量不足问题的担忧。初步了解了对方需求后,陆建华表示希望尝试用LDPC编码算法来提高链路余量,并表示将尽快做出原型系统以供测试。

  随后,在学校的关心和支持下,陆建华调集宇航中心相关研究人员,并协同电子系组织力量攻关。大年初五,一个包括年轻教师、博士后研究人员、研究生和实验技术人员的精干团队,以及一批关键的仪器设备集合到了宇航中心。不到3个月,陆建华和他的团队研发出LDPC编译码原型系统,并通过计算机仿真和半物理仿真,初步验证了LDPC编码的有效性和可靠性,得到探月卫星总体和测控总体部门的初步认可。

  经过近一年的反复试验和修改,2005年1月27日,嫦娥卫星应用LDPC编码实施方案最终获得一致同意,通过方案评审。

  方案评审的通过并不意味着新技术的工程立项。经过反复修改测试和推敲,2006年3月,国家探月与航天工程中心批复了LDPC研究项目的立项申请,五院总体部随即向我校下达了相关工程研制任务书,陆建华和他的团队才真正“师出有名”。自此,我校成为唯一与探月工程总体签订工程任务合同、参与国家探月工程嫦娥二号任务的高校。

  在项目研制过程中,项目组先后获得国家自然科学基金委深空通信重点项目及国防科工局探月专项课题资助。在国家和学校双方面的支持下,项目组在LDPC基础理论、关键技术及工程应用方面开展了更为系统化的研究,实现了低复杂度、低功耗LDPC编码技术的工程化;在五院总体部的支持和指导下,确定了星载LDPC编码器的实现方案。

  2007年,按照卫星总体单位的要求,项目组完成了星上LDPC编码器的产品化,并为卫星测试研制了配套的地面测试设备,为CE-1B卫星(后改名为嫦娥二号卫星)测试提供了技术保障。测试表明,我校研制的探月工程设备体积小、重量轻、功耗低,可使卫星测控通信的可靠性和传输数据速率得到较大提升,LDPC编码技术被确定为嫦娥二号任务四大创新技术的核心内容之一。2008年~2009年,按照地面测控总体单位的要求,项目组完成了深空测控站译码遥测终端设备的研制。2010年,该终端交付给青岛、喀什测控站。
  
  让年轻人担负起服务国家的使命

  在很多人眼里,“年轻”是这支参与国家重大工程项目的团队最显而易见的特点———团队中除了青年教师、博士后和博士外,还能看到硕士生的身影。为了更好地完成国家交托的任务,我校航院、电子系、信研院等相关院系都先后组织人员参与该项目的研发,并毫不吝惜地把本单位最优秀的青年人才调入该项目。

  项目组成员殷柳国是吴佑寿院士的博士生,陆建华担任其副导师,并带领他进行国际编码前沿技术的研究。当陆建华问及这位博士新生是否敢于参与如此前沿的研究时,殷柳国果断地回答:“敢做!”在随后的几年里,殷柳国潜心研究编码技术,在两位导师的指导下,提出多项原创思路与解决方案,巧妙地化解了制约LDPC编码航天应用的理论与技术难题,迅速成长为LDPC编码组的骨干,为嫦娥二号任务LDPC编译码器的研制作出了重要贡献。

  2004年加入团队的詹亚锋自小就将“献身国防,服务航天”作为自己的人生理想。在我校电子系就读期间,他参与了“清华一号”微小卫星应用系统的研制工作。刚一毕业,他就带着一股闯劲迅速投入到LDPC项目的研究之中,主要负责卫星地面测试设备、地面站译码遥测终端设备的研发和系统集成、安装和任务保障。在此期间,他成功解决了恶劣传输条件下可靠译码接收等工程实现难题,有效保障了LDPC编码技术的性能优势。2010年4月~10月,为了按期完成青岛和喀什地面站的设备集成与调试任务,詹亚锋过上了北京、青岛、喀什三点一线的生活。青岛和喀什相距5000多公里,单程飞行和转机时间就超过16小时。

  宇航中心高级试验师孙涤清在加入团队至今的近10年间,一直从事实验技术、项目管理和科研服务工作。多年来,LDPC项目始终激发着孙涤清的工作热情,从项目萌芽期联系安排我校领导拜访栾恩杰总指挥,项目初期每周一次的嫦娥卫星项目调度会,项目中期的设备检测、用户培训,直到项目后期的设备交付、试验计划安排、试验保障组织等,他一直默默地做着方方面面“穿针引线”的工作。孙涤清常说,清华有很多钻石,但制造王冠还需要连接支撑的金属。

  匡麟玲是团队中少有的“女将”,包括陆建华在内的多位团队成员都称她为 “不让须眉的巾帼英雄”。只要团队有需要,她总是尽可能地暂缓其他工作加以配合。她和信研院倪祖耀老师共同主持研发的“综合基带”硬件板为地面站译码遥测终端设备的研发打下了坚实的基础。

  航院的硕士生万增然非常珍惜在学生时期参与探月工程的宝贵机会。夏秋之交是他的“过敏季”,每年这个时候他就常常鼻塞、打喷嚏。2010年8月,他克服身体不适,坚持陪同导师远赴青岛、喀什测控站,为设备的集成测试发挥自己的力量。

  在陆建华的团队里,还有许多与他们年龄相仿的年轻人,王有政、裴玉奎、陈为刚……,他们来自不同院系,有着各自不同的专业背景和性格,最终成为了志同道合的工作伙伴。对这群年轻人而言,什么是苦,什么是难,什么是任务的压力,“喜欢”二字都足以抹煞。

  主楼10层是团队成员们经常“聚会”的地方。即使在最炎热的夏天,在蚊蝇的滋扰下,主楼10层的实验室里也总能看到大家的身影。多少个酷暑和严冬,这群年轻人为了调试过程中的某个问题,食不下咽、彻夜难眠;多少个节假日和家人的生日,这群年轻人仍在为了一次更完美的实验不眠不休。

  面对成功,作为项目组牵头人的陆建华用 “相互能融”和“素质高”两个关键词高度评价这支年轻的队伍。在陆建华的记忆里,近10年来,从未有任何一位团队成员因为个人薪资、奖金、加班费等问题向他提出过要求,每次评职称时,大家都相互谦让。良好的个人素质正是这一切表象的根源,也是他们参与服务国家重大工程项目的根本动因。

  顶天 立地 实干到底

  做工程项目不同于做理论研究,没日没夜地调试、加班加点地赶工,大家对这些都有着充分的心理准备,甚至乐于享受这种忙碌却充实的过程。对陆建华和他的团队而言,要切切实实走出校门、与外界的人和事打交道才是真正的考验,而迈出这第一步无疑是最困难的。

  记得第一次请工程单位人员来校参与测试的时候,也是在中央主楼,已有一定相关经验的LDPC项目组却发现教科书讲述的测试标准并不符合在场用户的现实需求,面对台下一席人员的疑惑和不满,大家一下子“蒙”了……自我感觉很好的东西被工程单位毫不留情地推翻,回忆起当时的处境,陆建华说:“是我们团队里这些优秀的年轻人沉得住气,我们整个团队沉得住气,我们才挺了过来。”自此以后,陆建华和他的团队放下架子,怀着待人以诚、与人结友、请人为师的心情走出校门,一头扎入社会这个大课堂。在不断争取、不断说服与被说服的社会交往过程中,他们学会了将理想化的理论研究成果与现实需求相结合,学会了进退有度、取舍有道之法……于是,这支团队一面扎根自主研发,一面立足合作攻关,在自我探寻和与人合作的双重过程中迅速成长起来。

  困难没有让他们退缩,项目的成功同样也没有使他们放慢向更深、更远处求索的步伐。为打破目前编码技术基本被国外垄断的现状,陆建华团队一直致力于将LDPC编码作为一项通用技术应用在更多领域,并制定相关的国际标准。在他们看来,此次LDPC技术在嫦娥二号任务、在深空通信领域的成功应用只是这个大事业中的小小一步,他们要做的事情还有很多很多……作为清华学子、清华教师,团队成员们在专注科研的同时,始终不忘为清华的学科发展、为清华建设世界一流大学作出力所能及的贡献。为此,宇航中心团队注重与校内其他院系的交流与合作。在此次LDPC项目中,陆建华所带领的宇航中心团队与航院、电子系、信研院密切交流,合作攻关。通过服务国家重大工程,团队成员们清楚地认识到:跨越单一学科的局限,大力发展综合交叉学科,在相关学科领域寻求新的协作点和发展点,是促进相关学科大踏步发展的有效途径。他们的理想是要将应用型的航天研究与清华传统的学科优势相结合,将综合学科的研究成果广泛应用于实际工程中。

  就这样,陆建华和他的团队一直在他们认准的道路上踏实前行、力求卓越。2008年,陆建华与电子系、信研院与宇航中心有关人员基于长期合作和互帮互补而组成的联合团队获评教育部长江发展计划创新团队;2009年,宇航中心被评为清华大学先进集体;2010年,陆建华带领的联合团队获得国家自然科学基金委创新研究群体项目资助……在这条道路上,他们边走边看,当看到世界上的一流大学大都有知名实验室———麻省理工学院有林肯实验室,伯克利加州大学有劳伦斯实验室,而这些知名实验室无不对所在大学的发展作出了重要贡献,他们的心里萌动起一个新的梦想———在清华,以现有优势学科为基础,搭建起一个深空通信研究基地,为清华跻身世界一流大学行列尽绵薄之力。

  2010年11月16日,我校举办庆祝嫦娥二号任务圆满成功暨深空通信创新技术研讨会。会上,指导项目组长达10年之久的电子系吴佑寿院士评价清华人有着“顶天、立地、实干到底”的传统。一路走来,陆建华和他的团队成员正以实际行动践行着这句朴实无华却充满力量的话语。

  来源:《新清华》2011-01-07

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2011-01-12]
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