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我和我的祖国 | 大家这样创造“北斗奇迹”
发布时间:2019/03/06

      北斗人用20年的努力走完了美国、俄罗斯40年的历程,向世界证明了中国时间、中国方案和中国精度。



       1994年,一首《好汉歌》红遍了中国大江南北。自此,“天上的星星参北斗”妇孺皆知。为什么要“参北斗”?因为你“找不到北”时,抬头看北斗七星就可以了。然而,并不是每次抬头都能如此幸运。


      幸运的却是,那一年,北斗一号系统工程已经立项,我国卫星导航系统开启了与世界卫星导航系统跟跑的征程。2012年底,历经磨练的北斗二号系统建成并向亚太地区提供服务,具备了与世界并跑的能力,北斗三号则直接实现了并肩超越。北斗人用二十年的努力走完了美国、俄罗斯四十年的历程,向世界证明了中国时间、中国方案和中国精度。

      在北京一个阳光明媚的午后,《中国报道》记者采访了北斗卫星导航系统总设计师杨长风,听他将北斗卫星导航系统的艰难发展历程和成功背后的艰辛娓娓道来。


      “大家需要自己的时空基准”


       中国北斗诞生之初,世界上已有两大全球卫星导航系统:美国GPS、俄罗斯格洛纳斯。已经有其他导航系统了,大家为什么还要下大力气建设北斗呢?

       “需要!”杨长风果断地说,“大家需要自己的时空基准,用自己的卫星系统来描述自己的时空位置,这样在关键时刻才不会受制于人。”

      杨长风告诉《中国报道》记者,在北斗工程诞生之前,我国也曾在卫星导航领域积极摸索。1970年,我国成功建造了第一颗卫星“东方红一号”,自此,中国航天事业开始起步发展。在卫星导航方面,先后研究过“灯塔一号”等技术探索试验系统,但均未建成正式系统。1983年,以陈芳允院士为代表的专家学者创造性地提出“用两个卫星定位一个目标”,虽然它的区域不是很大,但是能够在中国区域内解决,而且精度比较高,花钱也不太多。

      “正是由于利用通信卫星进行定位,这就是大家的导航系统有了独特的短报文功能。”杨长风回忆道。

      据了解,为了验证“双星通信导航一体化”的设计,相关研究人员联合了13家测控系统和通信系统单位,在全国几个卫星测控站之间往返试验。1989年的一天夜里,正在做试验的研究小组第一次凭借双星快速定位通信系统实现了精度30米的定位,这个试验结果远远高于当时的技术能力预期。大家一遍一遍互相问:“实现了吗?”都不敢相信自己的眼睛。

      “按照现在看来,这个30米的定位精度不高,但在当时的条件下是相当不错的。最关键的是,这一核心技术取得突破后,才有立项的资格。随后,科研人员马上提出建设双星导航定位系统的立项申请。”杨长风如是说。

      终于,在1994年1月10日,国家批准北斗一号工程立项。

      “立项之后,卫星团队全面展开研制工作,这期间的压力很大。”杨长风告诉《中国报道》记者,“一是核心技术比较欠缺,二是当时国家经济基础比较薄弱,经费非常有限。为了保证北斗一号系统工程的顺利推进,主管机关想尽了各种办法‘挤’经费,最终保住了这一工程。”

      “北斗一号最值得一提的就是它解决了有无的问题。”杨长风总结道,“1993年初,航天五院提出卫星总体方案,初步确定了卫星技术状态和总体技术指标。经过艰苦卓绝的关键技术攻关,终于在2000年底建成北斗一号系统,使我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。”

      “双星定位系统建成后,北斗系统是像世界其他卫星导航系统一样一步跨到全球组网,还是分阶段走,又引发了争议。”杨长风说。最终,“先区域、后全球”的思路被确定,“三步走”的北斗之路由此铺开。“全球组网需要大量的时间和经费,现在回过头看,当时制定的‘三步走’方案更符合中国国情,更为世界提供了一种中国方案。”


4小时期限下
成功拿到频率资源合法权益


      卫星空间轨道位置和无线电的频率是一种有限的自然资源。根据国际规则,如果不在国际电联内合法登记,或在登记后的七年里没有使用该频率,你的卫星就无法合法地使用该频率资源。

      2000年,正在筹划全球导航系统的中国和欧盟,在当年召开的世界无线电大会上向国际电联提出了扩展卫星导航频率的呼吁。2000年4月18日,国际电联批准了中国申报的全球导航卫星的频率和轨道,中国的北斗系统进入了国际电联的频率总表,正式取得合法地位,只等卫星发射,成功启用。

      “一颗卫星的研制周期一般是五年,而北斗二号立项的时间是2004年,这就意味着留给北斗二号的时间只有3年。时间紧、任务重、责任重大。”杨长风感慨道,“但是没有什么可以阻挡北斗人前进的步伐。立项后,北斗人争分夺秒,自定‘白加黑’‘5+2’的干法,最终在2007年4月初,卫星伴随着运载火箭到了发射中心,本以为万事俱备只欠发射了。”然而,让杨长风万万没想到的是在发射阵地进行第三次总检查的时候,卫星应答机出现了异常,信号不稳定。

      “这个应答机相当于大家的手机,是天上和地下进行联系的传输工具。”杨长风说明道,“当时可谓进退两难,把问题彻底地解决,时间可能来不及;要不解决,卫星上去后,可能拿不到信号。最终决定还是要彻底解决问题,把应答机从卫星上拿下来处理。但拿下来又面临着两大难点,一是要在50米高的发射塔架上面给卫星开肠破肚,万一有一点闪失,就会造成整个任务的失败;第二个难点是取出应答机后大家要归零,要把出现的问题找出来。整个过程要进行大量的试验,但研制应答机的单位在上海,大家在西昌。当时归零只给了三天时间,三天往返上海和西昌是不可能的。专家们研究后决定,找附近具有这种试验能力的单位。通过协调,大家在成都找了一个研究所。”

      讲到此时,还能明显感受到杨长风的紧张和激动。“当时大家负责归零工作的同志,抱着应答机沿盘山公路颠簸了五个多小时赶到成都。整整三天,通过各种各样的试验,最终把问题解决了。回来的路上,大家的同志像抱初生的婴儿一样一路把应答机抱在手上,回到发射中心。”

      2007年4月14日,我国第一颗首发的北斗二号卫星成功地发射了。经过三天的在轨测试,在2007年4月17日晚上8点钟,在频率只有四个小时的期限下,大家的接收机收到了卫星发射的信号,并得到了国际电联的官方认定,我国正式合法拥有了所申报空间位置和频率资源。

      “当时大家在一个大草坪上等待信号,在十几家单位的接收机同时收到信号的那一刻,大家都激动地跳了起来,哭着相互拥抱……”讲到此时,杨长风眼角泛起了泪花。“这承载着整个系统的希翼,终于实现了,在那一刻压力释放了。可以说,没有这一次的背水一战,就没有如今的北斗系统。这一切都是北斗人用敢想敢干的工作作风以及团结协作的精神来保证的。”


“国产化我骄傲,国产化我心跳”


      除了成功拿到频率资源合法权益,北斗二号背后还有着很多令人震撼的故事。其中,最值得一提的非星载原子钟莫属。

      卫星导航要实现精确的时间测量,前提是要有精确的时间基准,简单地说,就是要有高精度的时钟,也就是原子钟,它是卫星导航系统的核心。北斗卫星研制初期,原子钟主要从国外进口。

      “2004年,北斗二号工程批准以后,大家一开始考虑继续采取国际合作,从国外引进原子钟。”杨长风说,“在和国外企业谈判的整个过程中一切都很顺利,但万万没想到的是,到最后签协议的时候,国外企业突然变了脸,不给大家提供原子钟,怎么办?北斗人决定自己干!”

      “中国人的脊梁不能靠外国人顶着,建立独立自主的北斗卫星导航系统,必须核心在手!”如今回忆起来,杨长风依旧充满了激情。

      在这种信念的支撑下,2005年,北斗人组织了三支队伍你追我赶进行攻关,仅仅用了2年时间就实现了从无到有,从有到精,性能指标不断提高的铷原子钟,填补了国内空白。

      “当中国宣布星载原子钟研制成功后,国外的原子钟厂商马上就主动找上门来,条件出奇的好,价格也一降再降,但为时已晚,中国已经决定用自己的原子钟建设北斗系统。”杨长风自豪地说,“从那以后,大家更加坚定了北斗的关键器部件一定要百分之百的国产化。”

      据了解,北斗人有句戏称:“国产化我骄傲,国产化我心跳”。所谓“国产化我骄傲”,就是我国自主技术已经涉及北斗系统建设的各个方面。“国产化我心跳”则是北斗人对北斗系统的高要求——系统连续稳定、可靠运行。“不同于部分国外成熟的技术,我国国产化是在不断摸索、不断归零中提升的。天不怕、地不怕,就怕半夜来电话。航天人最怕夜里接到出现故障的电话,因为不知道要面对哪些新的问题,出现的问题有多严重。”杨长风说,“北斗的质量就是大家的生命,这是每个北斗人对高可靠要求、高质量服务的庄严承诺。”



一年成功发射10箭19星

靠的是把细节做到极致


      北斗三号系统一年内完成10箭19星的发射,且100%成功,创下了世界卫星导航系统建设和我国同一型号航天发射的新纪录。

      “一年发射10箭19星,这个目标绝不单单是‘多’的概念,高密度发射、在轨测试、快速组网等都需要大家做大量的工作,而且每一个细节都必须做到极致,才能确保万无一失。”杨长风说,“2018年底向世界宣布北斗三号基本系统建成,提供全球服务,这是大家对世界的承诺。”

      为了实现这个目标,作为北斗卫星导航系统工程总设计师,杨长风承受着一般人难以承受的压力。在这一年里,他的神经几乎每天都是紧绷的,每一次发射他都亲临发射现场。“每发一颗星,不到最后一刻,我的心都落不了地。过去一年,我和我的很多同事一样,整整一年基本没有休息过。我已经60岁了,有时候也感觉特别疲乏,但只要任务一来,依旧能够迎难而上,北斗事业是我毕生奋斗的方向。”

      据悉,在自主创新方面,北斗三号创新使用了更先进的技术为世界提供更优质服务,形成了星星组网、星地组网的复杂系统,极大提升系统的一体化水平,为世界提供了“中国方案”。

      “北斗系统建设有300多家单位10万余人共同协作完成。2018年,北斗系统密集发射,有些一线主要技术人员在发射基地出差达到200多天。正是由于万人一杆枪的努力,才创造了北斗三号组网密集发射的‘中国速度’。”杨长风如是说。

      虽然北斗三号工程组网时间紧、任务重,但是在完成密集组网发射任务的同时,北斗人仍不断追求卓越,比肩世界一流卫星导航系统,各项指标均达到世界领先水平,定位精度不断提升,在亚太地区从10米提升至5米,体现了“中国精度”。

      杨长风如此感慨道:“上述成绩的取得,靠的是北斗精神,即‘自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越’。北斗精神是‘两弹一星’精神的延续与传承,在当年那么艰难的条件下,大家都可以创造奇迹。如今,大家更有信心在北斗精神的激励下,通过技术创新、集智攻关、群策群力,创造‘北斗奇迹’。”




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