“北斗”詩畫

□ 包東喜

三月漢江的春風(fēng)，五月長江的浪花，老漢口的糖葫蘆的叫賣聲，爺爺預(yù)言“我孫子就是個干大事的”……

乙巳七夕來臨，82歲的劉經(jīng)南院士，在武漢廣埠屯的辦公室里，緩緩地靠在沙發(fā)上，伴著君子蘭的悠悠清香，向筆者講述“北斗”詩畫歲月。

5歲的娃兒，大搖大擺地上了軍艦

竹床陣?yán)铮鐾强眨毙屈c(diǎn)點(diǎn)，北極星尤其閃亮，北斗星的“斗”會轉(zhuǎn)動方向……

暑熱之中，漢口竹床陣的夏日記憶，在劉經(jīng)南院士的腦海里閃爍了80年。

“這是銀河，天上的河，旁邊最亮的星是織女星……”奶奶搖著大蒲扇，媽媽在一旁帶著小經(jīng)南納涼。

牛郎織女的愛情故事吸引了小經(jīng)南，但更吸引他的是浩瀚的銀河，有那么多未知的、有意思的領(lǐng)域等著他去探究——“我想學(xué)天文的根就是那時候扎下的！”

“爺爺從來就是見人就夸我‘我孫子是一個干大事的人’……”如今，院士暮年回味在漢口度過的童年時光，別有韻味。

5歲那年，小經(jīng)南干了有生以來的第一件大事，早飯后不久他從家里溜出來，一個人從漢口一元小路獨(dú)自溜達(dá)到江邊。此時，江邊停靠著一艘裝備齊全、十分壯觀的中國軍艦。在好奇心驅(qū)使下，他大搖大擺地悄然上了軍艦。

艦船上，穿著整齊的士兵不僅沒有趕他走，帶他在軍艦上東摸摸西瞧瞧，還留他吃了晚飯……這一天，他的家里可鬧翻了天，一家人走街串巷四處尋找“走失”的孩子。夜色漸濃，一家人著急忙慌之際，吃得飽飽的小經(jīng)南對往來方向記得牢，徑自開心地回來了。

媽媽拿起笤帚，狠狠地朝他屁股上揮舞，奶奶第一次沒有阻攔，嘴里念叨著“打得好，就要長點(diǎn)記性！”

這次挨打，他記了一輩子：不是因?yàn)閭模潜患胰说胗浀臏嘏?/p>

但好奇心就此扎根心間，伴隨著他從幼年到成年，直至世人皆知的“北斗院士劉經(jīng)南”。

“測繪，不僅僅只是技術(shù)”

“衡岳峨峨，湘流浩浩，神秀啟文明；蓮溪通書，船山思問，湘學(xué)夙揚(yáng)名……”這是長沙百年名校明德中學(xué)校歌。

這位少年在這里開啟了“為中華之崛起而讀書”的征程——其間，他擔(dān)任學(xué)校圖書管理員，六年里屢屢“升級”，直至先后擔(dān)任長沙市和湖南省圖書館的業(yè)余管理員。

在這里，他博覽群書，練就了一目十行之技。

“中國人得了諾貝爾獎！”1957年，李政道、楊振寧獲得諾貝爾物理學(xué)獎的消息，傳到了學(xué)校。

癡迷數(shù)學(xué)和物理的經(jīng)南，產(chǎn)生了當(dāng)科學(xué)家的夢想：“我也要當(dāng)科學(xué)家，拿諾貝爾獎。”

“我這一輩子受兩位大科學(xué)家影響很大，一個是楊振寧，一個就是錢學(xué)森！”劉經(jīng)南后來回憶時常如是說。

高考時，劉經(jīng)南被錄取到武漢測繪學(xué)院天文大地測量專業(yè)。

上大學(xué)報到后，初來乍到的他感覺，學(xué)量尺子、量距離、量角度……這些太簡單了，沒有什么科學(xué)含量。

彼時，傳說剛從國外回來的著名專家在一次全國科學(xué)規(guī)劃會議上講“測繪不是科學(xué)，是技術(shù)”。他這一說法影響著很多人的認(rèn)知。“聽說測繪不是科學(xué)，頓時我心里感到‘拔涼拔涼’的。”一度喪失學(xué)習(xí)熱情的劉經(jīng)南，在老師和家人勸說下才堅(jiān)持了下來。

到了大二，接觸到更多測繪專業(yè)基礎(chǔ)課后，他發(fā)現(xiàn)測繪專業(yè)也有很多探索性和挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，逐漸對本專業(yè)產(chǎn)生了興趣。

宋代理學(xué)家張載云：“在可疑而不疑者，不曾學(xué)；學(xué)則須疑。”

懷疑是創(chuàng)新的起點(diǎn)、進(jìn)步的開始。從懷疑出發(fā)，探求事物本質(zhì)，敢于獨(dú)辟蹊徑，劉經(jīng)南走上了別人不敢走的路——

多年以后，他以“北斗”科學(xué)實(shí)踐，證明“測繪也是地球科學(xué)中的基礎(chǔ)之一，而不僅僅只是技術(shù)”。

工程思維的魅力

“文革”期間，那段特殊的日子里，劉經(jīng)南做“逍遙派”卻不逍遙，他閱讀《參考消息》，追蹤美國阿波羅登月計(jì)劃的研究和發(fā)射進(jìn)展，買來英文版的《毛主席語錄》學(xué)習(xí)英語。

大學(xué)畢業(yè)，他被分配到了湖南野外地質(zhì)勘探隊(duì)，肩扛標(biāo)尺在山野里搜尋煤田，在煤油燈下整理著既有用又瑣碎的測量數(shù)據(jù)和圖表。

采用大學(xué)學(xué)習(xí)的“過濾噪聲”測量算法，一項(xiàng)曾被權(quán)威機(jī)構(gòu)持否定態(tài)度的湘西高等級測繪成果，經(jīng)劉經(jīng)南論證和權(quán)威機(jī)構(gòu)確認(rèn)，瞬間變廢為寶。為此，他成為測量隊(duì)離不開的后生。

任務(wù)出色完成，勘探隊(duì)獲得全國先進(jìn)集體榮譽(yù)，全隊(duì)開顏歡笑。

“搞科研特別是科學(xué)工程，一定要有工程思維！”正是這段野外工程實(shí)踐，讓工程思維在劉經(jīng)南腦子里扎根。多年后，他負(fù)責(zé)清江隔河巖大壩衛(wèi)星定位形變監(jiān)測重大項(xiàng)目期間，安裝在大壩上的衛(wèi)星接收機(jī)入夏后常常不定時發(fā)生停機(jī)故障，困擾了項(xiàng)目組一個多月，出差回來的劉經(jīng)南聽說后，經(jīng)過調(diào)研，很快發(fā)現(xiàn)根源在于相關(guān)計(jì)算機(jī)上小小裸露的光電轉(zhuǎn)換器件質(zhì)量問題，難題一下解決了，讓多學(xué)科的學(xué)者和工程師們嘆服不已。

1979年金秋，劉經(jīng)南從野外勘探工地考取碩士研究生，回到闊別已久的母校。

黃葉悠然飄落，童話般的校園里，他當(dāng)科學(xué)家的夢想被徹底點(diǎn)燃。

3年后，他畢業(yè)到湘潭礦業(yè)學(xué)院任教，7年后調(diào)回母校，從此深耕于衛(wèi)星大地測量和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System,GPS）技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，推開了測繪科學(xué)通向高新技術(shù)的大門。

1982年，為了國家石油勘探，他作為導(dǎo)師的助手深入俗稱“死亡之海”的塔里木盆地石油勘探項(xiàng)目，開展數(shù)據(jù)處理研究——

一望無際的戈壁黃沙，開著美國生產(chǎn)的大輪胎沙漠汽車，沖進(jìn)塔克拉瑪干沙漠無人區(qū)，用世界上第一代衛(wèi)星多普勒定位系統(tǒng)，架好儀器和天線，然后在炙熱之中堅(jiān)守著一堆儀器，等待1個多小時，獲得觀測數(shù)據(jù)后，再開車立刻沖出來，沖回駐地……“這還不是最難的，最難的‘?dāng)r路虎’是如何將美國定的‘全球坐標(biāo)系統(tǒng)’獲取的地心坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成我們需要的中國地面大地坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。”

當(dāng)時，這是全世界范圍內(nèi)的一個學(xué)術(shù)難題，又是亟須解決的現(xiàn)實(shí)問題。美國衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，石油部門沒有人能處理。而年輕的劉經(jīng)南正好精通這種數(shù)據(jù)處理。

國際上關(guān)于衛(wèi)星測量基準(zhǔn)的地心坐標(biāo)與地面大地坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換存在三個模型，孰優(yōu)孰劣，大家爭論了十幾年也未見分曉。

劉經(jīng)南琢磨了三個模型，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時人們受認(rèn)知和技術(shù)的限制，忽略了某些重要因素。“其實(shí)把這些忽略掉的要素加進(jìn)去后，三個模型形式雖不一樣，但可以互相轉(zhuǎn)化，本質(zhì)上一模一樣！我找到了轉(zhuǎn)換模型，把前人因技術(shù)受限忽略的要素加進(jìn)來，證明三個模型精度也一模一樣。為這個國際前沿學(xué)術(shù)之爭畫上了一個句號吧。”

據(jù)此，劉經(jīng)南修正了衛(wèi)星定位的數(shù)據(jù)，解決了石油勘探的難題，有關(guān)方法被繼續(xù)應(yīng)用于石油勘探。

大壩監(jiān)測系統(tǒng)立功“九八”抗洪

從空中俯瞰，蜿蜒穿行在鄂西峽谷的一條碧色飄帶，就是畫廊一般的長江支流清江。

1995年，湖北清江隔河巖電站水庫大壩要搞大壩蓄水變形自動化監(jiān)測，劉經(jīng)南團(tuán)隊(duì)采用GPS衛(wèi)星技術(shù)，在大壩和山體上，設(shè)計(jì)構(gòu)建了基準(zhǔn)站和GPS衛(wèi)星接收機(jī)的全球首個無人值守大壩變形監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對大壩形變監(jiān)測的測量精度，要求優(yōu)于1毫米。

一座150多米高的鋼筋混凝土大壩，如同一座龐然大物，要精準(zhǔn)測量它僅僅1毫米的變化幅度，是多么困難！國際上測量精度一般1至2厘米，最理想環(huán)境可達(dá)2毫米。

精準(zhǔn)檢測、全自動化……計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)實(shí)時處理、光纖與無線電通信，連成一個“大腦”智慧系統(tǒng)，經(jīng)過一點(diǎn)一點(diǎn)摸索，團(tuán)隊(duì)最終開創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)，還首次實(shí)現(xiàn)了全自動化監(jiān)測。

實(shí)物組網(wǎng)模型反復(fù)試驗(yàn)后，才安裝到大壩真實(shí)場景測試，運(yùn)行穩(wěn)定后，1996年底正式驗(yàn)收運(yùn)行。在1997年夏季洪水高水位蓄水實(shí)際考驗(yàn)中，大壩監(jiān)測系統(tǒng)首次測出了超高水位蓄水下大壩經(jīng)受住位移達(dá)16毫米的大變形，且泄洪后仍然能保持彈性回到原位，說明大壩是健康堅(jiān)韌的。

1998年，特大洪水肆虐長江，千里長江干堤飽受浸泡考驗(yàn)，一場分洪與否的艱難決定擺在黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人面前。

在得知1997年清江夏季洪峰時隔河巖大壩超高水位蓄水，大壩形變?nèi)栽诎踩秶鷥?nèi)運(yùn)行后，中央領(lǐng)導(dǎo)決定讓隔河巖水庫超高水位蓄洪，讓清江洪峰與長江第六次洪峰錯峰，以盡量不分洪來保護(hù)荊江大堤。因此，決定在隨時準(zhǔn)備荊江大堤炸堤泄洪的同時，只要隔河巖大壩變形還在安全范圍內(nèi)，荊江大堤就不泄洪。隔河巖大壩衛(wèi)星自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，也要求由每2小時改為1小時上報一次。結(jié)果，隔河巖大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)不負(fù)眾望，測出了大壩在清江洪峰到達(dá)后最高水位蓄水時，大壩最大形變位移雖達(dá)18毫米，但仍在彈性安全之內(nèi)，堅(jiān)持到長江第六次洪峰消退，中央最終決定撤銷分洪指令，保住了長江大堤和近百萬人的家園和財(cái)富。

北斗，游弋在太空

定位、導(dǎo)航、授時……從鉆研GPS的數(shù)據(jù)分析，到負(fù)責(zé)建成我國第一個GPS永久跟蹤站（武漢）的建立運(yùn)行維護(hù)，劉經(jīng)南像一名田徑賽場的專注奔跑運(yùn)動員，從跟跑、并跑到領(lǐng)跑。

“衛(wèi)星定位是測量領(lǐng)域的哥德巴赫猜想……”40多年里，劉經(jīng)南就奔著這一猜想“霸蠻”地堅(jiān)持，吃得苦也耐得煩。在晨鐘暮鼓里，分析數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)模型，他很多次因?qū)Ｗ⒂谒伎迹呗窌r撞上樹、撞上人，春節(jié)除夕夜曾一個人被反鎖在實(shí)驗(yàn)樓里，靠鉆一樓煙氣窗跳下崴了腳一拐一溜回家……趣聞不斷。

大地測量、空天衛(wèi)星測量，再到天地一體……劉經(jīng)南將美國最初故意干擾后的GPS精度從80米提升到5米，如今北斗導(dǎo)航精確度可從米級到分米級、厘米級。

1994年，正值盛年的劉經(jīng)南應(yīng)邀參與了北斗一號靜止衛(wèi)星有關(guān)方案論證——是否引入發(fā)播對GPS廣域差分修正信號的方案。作為最早在該領(lǐng)域的研究者，他堅(jiān)持開展試播示范。2003年，北斗一號系統(tǒng)建成，并為國內(nèi)提供定位、導(dǎo)航與授時服務(wù)，當(dāng)時只有三顆衛(wèi)星——“意義非凡，這是屬于我們中國自己的系統(tǒng)，是世界范圍內(nèi)繼美國、俄羅斯之后第三個擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。”

夜觀北斗，到建用“北斗”，劉經(jīng)南仰望星空，在浩渺的銀河里，拋出了一個人類時空智能思考的成果。

他與“北斗”如此癡纏：參與了“北斗”第一代的廣域差分增強(qiáng)系統(tǒng)研究；參與了第二代的地基增強(qiáng)系統(tǒng)總體論證、實(shí)施和衛(wèi)星精密定軌研究；參加北斗三號的總體方案論證的主要過程有地基鏈路及星間鏈路聯(lián)合精密定軌的項(xiàng)目研究。

“北斗三號獨(dú)有的全球搜救功能，集雙向通信和定位于一體，在亞太地區(qū)可以發(fā)送1000個漢字短信，供1000萬用戶同時使用，依靠星間鏈路自主測距和數(shù)據(jù)通信，哪怕衛(wèi)星意外失去地面支持，也能在太空至少自主運(yùn)控90天。”劉經(jīng)南對“北斗”如數(shù)家珍，“未來，北斗本領(lǐng)不一般，有望擁有納秒級別的時間同步精度和穩(wěn)定度，與5G結(jié)合后人類時空信息感知和體驗(yàn)的獲得感更加提升。”

長江邊的遐想

金秋十月，長江邊，仰視湛藍(lán)的天空，俯瞰滾滾遠(yuǎn)去的江水，他遐思無限——

燕子為何準(zhǔn)時歸巢銜泥、大雁為何南飛北遷、江豚為何逐灣而棲息？

《周易》云：“觀乎天文，以察時變。”遐思隨著歲月流淌。

近日，劉經(jīng)南在《人民日報》發(fā)文，論及智能時空：“生物有感知和認(rèn)知時空位置的能力，鳥類能感知地球磁場和太陽偏振光，從而確定自己的位置、方向和時間，以便在不同的季節(jié)遷徙到合適的地方。”

這些遐思，成為他如今最沉醉的研究領(lǐng)域——他率先提出了智能時代的低空經(jīng)濟(jì)用“北斗+5G-A”做數(shù)字底座，以確保安全飛行和全低空域的智能運(yùn)行管控。

如今，他從放飛風(fēng)箏的快樂里，尋找著天空300米、500米……3000米以下，無數(shù)無人機(jī)盤旋的場景里，實(shí)現(xiàn)著一個科學(xué)家的未來暢想，“那將是一個新的萬億產(chǎn)業(yè)，造福著人類生活”。