從“埋頭追趕”到“昂首領(lǐng)跑”，從“受制于人”到“自主可控”

中國北斗突圍之路

終于，中國人迎來了這個屬于夢想的高光時刻，由我國自主研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗，在6月23日完成了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署。

當(dāng)天，我國第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，即北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心奔赴天疆，在北斗全球組網(wǎng)“大棋局”中落子定盤。至此，30顆北斗組網(wǎng)衛(wèi)星全部到位。

從1994年北斗一號系統(tǒng)工程立項，到如今北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)完成，中國北斗人用20多年的時間實現(xiàn)了55顆衛(wèi)星的研制發(fā)射。其間，中國北斗人走過了從“埋頭追趕”到“昂首領(lǐng)跑”，從“受制于人”到“自主可控”，從“區(qū)域服務(wù)”到“全球指路”的艱辛歷程。

“北斗靈魂四連問”

“高精度的太空燈塔如何建立起來?”“我們自己的位置誰來測?”“中國北斗怎么保持穩(wěn)定?”“中國北斗多顆衛(wèi)星如何能夠安全、可靠地工作?”

在接受記者采訪時，中國航天科技集團(tuán)五院北斗三號工程副總設(shè)計師、北斗三號衛(wèi)星首席總設(shè)計師謝軍說，他自己經(jīng)常被問到這樣的問題，有的北斗人還將其稱之為“北斗靈魂四連問”。

謝軍告訴記者，“四連問”涉及從衛(wèi)星本體構(gòu)造、導(dǎo)航總體技術(shù)、核心單機(jī)研制、自主創(chuàng)新突破4個方面，國產(chǎn)化之路，步履艱難，通過三代北斗系統(tǒng)的探索與實踐，中國航天人終不負(fù)時光，交出了一份閃亮答卷。

“我們也經(jīng)歷過關(guān)鍵單機(jī)和元器件被一些國家‘卡脖子’的挫折，但始終沒有動搖走自主可控道路的決心。”謝軍說，北斗人深知北斗是國之重器，事關(guān)國防現(xiàn)代化建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的。”從某種程度上說，這句話就是我國自主研制北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一個重要原因。

北斗三號衛(wèi)星總設(shè)計師陳忠貴告訴記者，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)面向國家安全、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活，提供時間基準(zhǔn)、空間位置基準(zhǔn)，對國家的重要性和人民生活的影響非常大。

“關(guān)鍵核心技術(shù)如果由別人提供，安全感何來?”陳忠貴說，比如當(dāng)前的熱點新基建，將是我國建設(shè)發(fā)展下一階段的重要方向，時間基準(zhǔn)和空間位置基準(zhǔn)就是至關(guān)重要的基礎(chǔ)，“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是新基建的基建，基礎(chǔ)的基礎(chǔ)”。

作為北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)的收官之星，此次發(fā)射的北斗三號衛(wèi)星，秉承北斗研制一直堅定走國產(chǎn)化道路的思想，在國產(chǎn)化方面也是集大成之作。

據(jù)陳忠貴介紹，2000年年底，我國建成北斗一號系統(tǒng)，解決了衛(wèi)星最基本的問題，諸如供配電的太陽帆板，是為衛(wèi)星提供由光轉(zhuǎn)為電的部件，以及控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，“這些核心產(chǎn)品的國產(chǎn)化，讓北斗衛(wèi)星的身體有了一副‘中國體格’”。

2012年年底，我國建成北斗二號系統(tǒng)。謝軍說，北斗二號打破了國外的技術(shù)封鎖，攻克了以導(dǎo)航衛(wèi)星總體技術(shù)、高精度星載原子鐘等為代表的多項關(guān)鍵技術(shù)，讓衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“心臟”跳動出“中國心率”。

北斗三號更是一馬當(dāng)先，開始了從并跑到領(lǐng)跑的征程。謝軍說，中國北斗人率先提出國際上首個高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的星間鏈路網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、自主定軌、時間同步等系統(tǒng)方案，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

“更值得一提的是，我們建立了器部件國產(chǎn)化從研制、驗證到應(yīng)用一體化體系，徹底打破了核心器部件長期依賴進(jìn)口、受制于人的局面!”謝軍說，至此，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)鑄造了“中國靈魂”。

北斗“三步走”之路

事實上，早在北斗工程誕生之前，我國就曾在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域苦苦摸索，在理論探索和研制實踐方面都開展過相關(guān)工作。據(jù)陳忠貴介紹，作為先驅(qū)者，立項于上世紀(jì)60年代末的“燈塔計劃”，雖然最終因技術(shù)方向轉(zhuǎn)型、財力有限等原因終止，但它卻如同黑夜中的一盞明燈，為后來者積累了寶貴的工程經(jīng)驗。

那時，中國北斗人經(jīng)歷過一個艱難的抉擇。

1983年，以陳芳允院士為代表的專家學(xué)者提出一個設(shè)想，即利用2顆地球同步軌道衛(wèi)星來測定地面和空中目標(biāo)，后來通過大量理論和技術(shù)上的研究工作，這一被稱作“雙星定位系統(tǒng)”的概念逐步明晰。

“接下來的北斗路，是一步跨到全球組網(wǎng)，還是分階段走?”陳忠貴說，這個問題在當(dāng)時引發(fā)不小的爭議。

最終，“先區(qū)域、后全球”的思路被確定下來，“三步走”的北斗之路由此鋪開。

然而到20世紀(jì)90年代，一些國家對我國采取技術(shù)封鎖，國內(nèi)的部件廠家尚未成熟，北斗一號研制只能在摸索中起步。據(jù)中國工程院院士、中國航天科技集團(tuán)五院北斗一號總設(shè)計師范本堯回憶，國產(chǎn)化從北斗一號的太陽帆板做起，當(dāng)時很多衛(wèi)星都不敢上，北斗是第一個“吃螃蟹”的，只好硬著頭皮上。

之后的國產(chǎn)化攻關(guān)更為艱苦，不論是東方紅三號平臺的橫空出世，還是影響長壽命的關(guān)鍵部件，都成了擺在中國北斗人面前的一道道難題。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計師楊長風(fēng)以原子鐘為例，這是北斗二號的核心器部件，研制初期，相關(guān)人員打算從國外引進(jìn)，但由于外方原因，最終沒能實現(xiàn)合作。國外的技術(shù)封鎖，成為當(dāng)時制約北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程建設(shè)的最大瓶頸。

“沒有核心的東西，我們的系統(tǒng)，我們整個的研制工程就要受阻。我們北斗人堅定信念，一定要拿出自己的原子鐘來。”楊長風(fēng)說。

后來，中國北斗團(tuán)隊僅僅用了兩年時間，就攻克了原子鐘這個最大技術(shù)瓶頸。更讓人驚嘆的是，星載原子鐘的精度指標(biāo)通俗來講是10萬年差一秒，而如今，北斗系統(tǒng)星載原子鐘的精度，已經(jīng)提升到每300萬年差一秒。

“再后來，我們就擁有了更多自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星單機(jī)和關(guān)鍵元器件國產(chǎn)化率達(dá)到100%，核心技術(shù)可控是中國空間事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵，這也是強(qiáng)國路上北斗人最赤誠的獻(xiàn)禮。”陳忠貴說。

中國北斗的傳奇，未完待續(xù)

談起北斗二號8年激情燃燒的研制歲月，很多北斗人記憶猶新。

2007年，正是首顆北斗二號衛(wèi)星研制攻關(guān)的關(guān)鍵時刻。根據(jù)國際電聯(lián)的規(guī)則，頻率資源是有時限的，過期作廢。

楊長風(fēng)記得，當(dāng)時這顆衛(wèi)星已經(jīng)伴隨著火箭進(jìn)入發(fā)射塔架，等待發(fā)射，有技術(shù)人員卻發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星的應(yīng)答機(jī)出現(xiàn)異常，為了不讓衛(wèi)星帶著問題上天，研制團(tuán)隊重新打開了整流罩。

“時間不等人!”謝軍記得，當(dāng)時衛(wèi)星團(tuán)隊爭分奪秒完成了前期所有研制，為節(jié)省時間，所有參試人員進(jìn)駐發(fā)射場后又大干3天體力活兒，搬設(shè)備、扛機(jī)柜、布電纜。

沒有片刻的喘息，緊接著就是200個小時不間斷的加電測試。這一次，院士、型號老總和技術(shù)人員一起排班，共同排除險情。

終于，2007年4月14日凌晨4時11分，火箭成功發(fā)射，衛(wèi)星準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。兩天后，北京從飛行試驗星獲得清晰信號，此時距離空間頻率失效僅剩不到4個小時。

“接到這個信號后，我們高興、激動得跳了起來，大家的眼淚都出來了。”楊長風(fēng)說，通過整個團(tuán)隊的努力，中國的軌道頻率資源保住了。

2012年，我國成功建成國際上首個混合星座區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，至此，我國北斗導(dǎo)航“三步走”戰(zhàn)略順利完成前面兩大步，蹄疾而步穩(wěn)。

就在北斗二號正式提供區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)前，北斗三號全球?qū)Ш较到y(tǒng)的論證驗證工作拉開序幕，并明確了研制要求，確定了建設(shè)獨立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的發(fā)展目標(biāo)，自此，新征程開始了。

“北斗是一個開放的系統(tǒng)，中國的北斗，世界的北斗，中國發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是為全人類提供時間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性十分重要。”中國航天科技集團(tuán)五院北斗三號衛(wèi)星總指揮遲軍告訴記者，就像停水停電影響城市生活一樣，衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)一旦中斷，國家和社會的正常運行會受到很大的影響，因此，科技人員對衛(wèi)星導(dǎo)航的可靠性、連續(xù)性提出了苛刻設(shè)計的要求。

據(jù)他介紹，為了提高衛(wèi)星在軌服務(wù)的可靠性，北斗三號衛(wèi)星采取了多項可靠性措施，使衛(wèi)星的設(shè)計壽命達(dá)到12年——比肩國際導(dǎo)航衛(wèi)星的先進(jìn)水平，為北斗系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)、穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)保證。

從2009年12月開始，中國北斗人加速沖刺，并在2018年成功實現(xiàn)一年19星發(fā)射，在太空中再次刷新了“中國速度”。如今，北斗三號全球系統(tǒng)星座部署全面完成，“三步走”的戰(zhàn)略路徑，從“夢想在望”變成“夢想在握”。

楊長風(fēng)透露，下一步，我國計劃到2035年，建成以北斗系統(tǒng)為核心，更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導(dǎo)航授時體系。中國北斗的傳奇，未完待續(xù)。(邱晨輝)

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