天河漫漫 北斗璀璨——北斗導航衛(wèi)星背后的研發(fā)故事

光明日報記者 張蕾 光明日報通訊員 潘晨

2018年12月27日，北斗三號基本系統(tǒng)正式向“一帶一路”及全球提供基本導航服務(wù)，中國北斗距離全球組網(wǎng)的目標邁出了實質(zhì)性一步。

回首來路，穿越激蕩的四十年，中國北斗蹚出了一條獨特的探索道路，在導航領(lǐng)域成就了一段波瀾壯闊的東方傳奇。北斗之路，貴在何處？光明日報記者采訪了“北斗大本營”中國航天科技集團五院的部分專家，請他們講述北斗導航衛(wèi)星背后的研發(fā)故事。

“小步快跑”刷新中國速度

北斗工程誕生之前，我國曾在衛(wèi)星導航領(lǐng)域苦苦摸索，在理論探索和研制實踐方面開展了卓有成效的工作。作為先驅(qū)者，立項于20世紀60年代末的“燈塔計劃”雖然最終因技術(shù)方向轉(zhuǎn)型、財力有限等原因而終止，卻如同黑夜中的一盞明燈，為后來上馬的北斗工程積累下寶貴的經(jīng)驗。

中國導航衛(wèi)星究竟走什么樣的道路？在國際導航競技場上，中國又一次站在了十字路口。

1983年，以陳芳允院士為代表的專家學者提出了利用2顆地球同步軌道衛(wèi)星來測定地面和空中目標的設(shè)想，通過大量理論和技術(shù)上的研究工作，雙星定位系統(tǒng)的概念逐步明晰。

接下來，是一步跨到全球組網(wǎng)，還是分階段走？這在當時引發(fā)了不小的爭議。“系統(tǒng)一下建那么大(全球組網(wǎng))，需要大量的時間和資金。當時剛剛開放，用戶還是集中在國內(nèi)、周邊，因此‘先區(qū)域、后全球’的技術(shù)途徑符合中國國情。”參與了技術(shù)路線討論的北斗一號衛(wèi)星總設(shè)計師范本堯院士說。

于是，“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。

先解決有無。作為“第一步”，北斗一號要“花小錢，辦大事”，驗證系統(tǒng)設(shè)計思想的正確性。1993年初，五院提出衛(wèi)星總體方案，初步確定了衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)和總體技術(shù)指標。1994年，北斗一號系統(tǒng)工程立項，組建衛(wèi)星團隊全面展開研制工作。經(jīng)過艱苦卓絕的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和重大故障的成功排除搶修，終于在2003年建成北斗一號系統(tǒng)，使我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。

面對快速增長的應用需求，在保留北斗特色的同時，北斗二號邁出了提升性能的“第二步”。2004年，北斗二號正式立項研制，并于2006年成為國家16個重大科技專項之一。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)面向亞太區(qū)域提供服務(wù)，成為國際衛(wèi)星導航系統(tǒng)四大服務(wù)商之一。

站在前兩代星座的肩膀上，北斗的“第三步”邁得自信而堅定。立項于2009年12月的北斗三號開始嘗試沖刺和領(lǐng)跑，并于2018年完成10箭19星發(fā)射，創(chuàng)下世界衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設(shè)的新紀錄，在太空中再次刷新了“中國速度”。星間鏈路、全球搜救載荷、新一代原子鐘……伴隨著這些新“神器”閃耀登場，北斗導航系統(tǒng)的整體性能大幅提升。

把發(fā)展的主動權(quán)掌握在自己手中

“北斗的研制，是中國人自己干出來的?！奕恕瘜ξ覀兗夹g(shù)封鎖，不讓我們站在肩膀上。唯一的辦法，就是自己成為巨人。”北斗一號衛(wèi)星總指揮李祖洪說。

作為國之重器，自主創(chuàng)新是北斗工程的必由之路。秉承“探索一代，研發(fā)一代，建設(shè)一代”的創(chuàng)新思路，中國北斗始終把發(fā)展的主動權(quán)牢牢掌握在自己手中。

北斗一號原創(chuàng)性地提出雙星定位的衛(wèi)星實現(xiàn)方法，打破了國外技術(shù)壟斷，建立起國際上首個基于雙星定位原理的區(qū)域有源衛(wèi)星定位系統(tǒng)——北斗導航衛(wèi)星試驗系統(tǒng)。

北斗二號突破了區(qū)域混合導航星座構(gòu)建、高精度時空基準建立的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)星載原子鐘國產(chǎn)化，在國際上首次實現(xiàn)混合星座區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)。區(qū)域系統(tǒng)建成后，各項技術(shù)指標均與GPS等國際先進水平相當。

北斗人至今還記得研制首顆北斗二號衛(wèi)星那段“激情燃燒的歲月”。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。時間不等人！在爭分奪秒完成前期所有研制任務(wù)后，為節(jié)省時間，所有參試人員進駐發(fā)射場后大干了3天體力活，搬設(shè)備、扛機柜、布電纜，接下來又是200小時不間斷地加電測試……這一次，院士、型號老總和技術(shù)人員一起排班，很多人因為水土不服而拉肚子、發(fā)燒，但大家都帶病堅持在崗位上，經(jīng)受住了次次險情和種種考驗。2007年4月16日，在成功發(fā)射的兩天后，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下不到4個小時——正是這次壯舉，有效地保護了我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的頻率資源，拉開了北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)的序幕。

在北斗三號全球組網(wǎng)建設(shè)中，五院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；研發(fā)出國內(nèi)首個適于直接入軌一箭多星發(fā)射的“全桁架式衛(wèi)星平臺”，實現(xiàn)了衛(wèi)星自主監(jiān)測和自主健康管理；成功應用星載大功率微波開關(guān)、行波管放大器等關(guān)鍵國產(chǎn)化元器件和部組件，打破核心器部件長期依賴進口、受制于人的局面，為全球快速組網(wǎng)建設(shè)鋪平道路。

每顆北斗衛(wèi)星都有強大的幕后團隊

“這是一項團隊工程，沒有個人英雄，航天事業(yè)的成功是一個團隊的成功。”北斗三號工程副總設(shè)計師、衛(wèi)星首席總設(shè)計師謝軍說。

的確，每一顆北斗衛(wèi)星都有著強大的幕后團隊，牽動著衛(wèi)星、運載火箭、運控、應用、測控、發(fā)射場等各大系統(tǒng)。以衛(wèi)星系統(tǒng)為例，總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)機械、熱控制、綜合電子、控制與推進、載荷等眾多分系統(tǒng)，以及測試、總裝等環(huán)節(jié)的北斗人，盡管身處不同崗位、面臨不同挑戰(zhàn)，但大家總是心往一處想、勁兒往一處使，共同推動北斗工程一步步穩(wěn)健地向前邁進。

即便是團隊中的泰斗和“明星”人物，也不愛“藏著掖著”。他們相信“教會徒弟才能解放師傅，一代更比一代強”，從而熱心地推進知識轉(zhuǎn)移和人才培養(yǎng)，摸索出“自我學習，自我提高”的自助、“以老帶新，傳承經(jīng)驗”的幫助、“專業(yè)培訓，注重實效”的輔助和“專業(yè)互補，共同進步”的互助這樣一個“四助”策略。

創(chuàng)業(yè)階段，老北斗人用藥盒和大頭針制作出簡易的衛(wèi)星模型向新員工細細講解；后來，他們采用“共享筆記本”等形式，你一句、我兩行地記錄研制經(jīng)驗和心得；后來，他們設(shè)立了督導師制度，手把手地助推青年成長，編著出總體設(shè)計指南以及各分系統(tǒng)的設(shè)計/工作手冊作為傳授寶典，以《航天器總體設(shè)計禁忌》詳解設(shè)計中的“清規(guī)戒律”；再后來，創(chuàng)新開展的虛擬衛(wèi)星培訓項目漸漸成為北斗新人們的必修課，大家分工協(xié)作，用不到一個月的時間設(shè)計一顆“麻雀雖小，五臟俱全”的虛擬衛(wèi)星，通過考核后才能走上工作崗位……現(xiàn)在，他們又有了“科研生產(chǎn)一體化管控平臺”等數(shù)字化工具，顯著提升了設(shè)計制造能力。

給力的傳幫帶，加上密集組網(wǎng)的工程歷練，大大縮短了北斗人才成長的周期。如今，北斗研制形成了一支平均年齡38歲、老中青結(jié)合的團隊，先后走出了中國工程院院士范本堯以及10余名衛(wèi)星總設(shè)計師/總指揮、20余名副總設(shè)計師/副總指揮等領(lǐng)軍人才，為我國航天事業(yè)的發(fā)展錘煉出一個寶貴的“明星”陣容。

探尋北斗導航衛(wèi)星研制的背后故事，也就領(lǐng)悟到自主創(chuàng)新、團結(jié)協(xié)作、攻堅克難、追求卓越的北斗精神。天河漫漫，北斗璀璨，浩渺的星河從未離我們?nèi)绱酥?/p>

《光明日報》( 2019年01月03日 10版)

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。