終于，中國(guó)人迎來(lái)了這個(gè)屬于夢(mèng)想的高光時(shí)刻，由我國(guó)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(guó)第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，即北斗三號(hào)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(pán)。至此，30顆北斗組網(wǎng)衛(wèi)星全部到位。

從1994年北斗一號(hào)系統(tǒng)工程立項(xiàng)，到如今北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)完成，中國(guó)北斗人用20多年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了55顆衛(wèi)星的研制發(fā)射。其間，中國(guó)北斗人走過(guò)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(wèn)”

“高精度的太空燈塔如何建立起來(lái)?”“我們自己的位置誰(shuí)來(lái)測(cè)?”“中國(guó)北斗怎么保持穩(wěn)定?”“中國(guó)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(shí)，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院北斗三號(hào)工程副總設(shè)計(jì)師、北斗三號(hào)衛(wèi)星首席總設(shè)計(jì)師謝軍說(shuō)，他自己經(jīng)常被問(wèn)到這樣的問(wèn)題，有的北斗人還將其稱(chēng)之為“北斗靈魂四連問(wèn)”。

謝軍告訴記者，“四連問(wèn)”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(gè)方面，國(guó)產(chǎn)化之路，步履艱難，通過(guò)三代北斗系統(tǒng)的探索與實(shí)踐，中國(guó)航天人終不負(fù)時(shí)光，交出了一份閃亮答卷。

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

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

北斗三號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師陳忠貴告訴記者，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)面向國(guó)家安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活，提供時(shí)間基準(zhǔn)、空間位置基準(zhǔn)，對(duì)國(guó)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(lái)?”陳忠貴說(shuō)，比如當(dāng)前的熱點(diǎn)新基建，將是我國(guó)建設(shè)發(fā)展下一階段的重要方向，時(shí)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(hào)衛(wèi)星，秉承北斗研制一直堅(jiān)定走國(guó)產(chǎn)化道路的思想，在國(guó)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(guó)建成北斗一號(hào)系統(tǒng)，解決了衛(wèi)星最基本的問(wèn)題，諸如供配電的太陽(yáng)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(dòng)機(jī)構(gòu)，“這些核心產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化，讓北斗衛(wèi)星的身體有了一副‘中國(guó)體格’”。

2012年年底，我國(guó)建成北斗二號(hào)系統(tǒng)。謝軍說(shuō)，北斗二號(hào)打破了國(guó)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，讓衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“心臟”跳動(dòng)出“中國(guó)心率”。

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

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

北斗“三步走”之路

事實(shí)上，早在北斗工程誕生之前，我國(guó)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(shí)踐方面都開(kāi)展過(guò)相關(guān)工作。據(jù)陳忠貴介紹，作為先驅(qū)者，立項(xiàng)于上世紀(jì)60年代末的“燈塔計(jì)劃”，雖然最終因技術(shù)方向轉(zhuǎn)型、財(cái)力有限等原因終止，但它卻如同黑夜中的一盞明燈，為后來(lái)者積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。

那時(shí)，中國(guó)北斗人經(jīng)歷過(guò)一個(gè)艱難的抉擇。

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

“接下來(lái)的北斗路，是一步跨到全球組網(wǎng)，還是分階段走?”陳忠貴說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題在當(dāng)時(shí)引發(fā)不小的爭(zhēng)議。

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

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

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

中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)以原子鐘為例，這是北斗二號(hào)的核心器部件，研制初期，相關(guān)人員打算從國(guó)外引進(jìn)，但由于外方原因，最終沒(méi)能實(shí)現(xiàn)合作。國(guó)外的技術(shù)封鎖，成為當(dāng)時(shí)制約北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程建設(shè)的最大瓶頸。

“沒(méi)有核心的東西，我們的系統(tǒng)，我們整個(gè)的研制工程就要受阻。我們北斗人堅(jiān)定信念，一定要拿出自己的原子鐘來(lái)。”楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)。

后來(lái)，中國(guó)北斗團(tuán)隊(duì)僅僅用了兩年時(shí)間，就攻克了原子鐘這個(gè)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(lái)講是10萬(wàn)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(wàn)年差一秒。

“再后來(lái)，我們就擁有了更多自主知識(shí)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(guó)產(chǎn)化率達(dá)到100%，核心技術(shù)可控是中國(guó)空間事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵，這也是強(qiáng)國(guó)路上北斗人最赤誠(chéng)的獻(xiàn)禮。”陳忠貴說(shuō)。

中國(guó)北斗的傳奇，未完待續(xù)

談起北斗二號(hào)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(hào)衛(wèi)星研制攻關(guān)的關(guān)鍵時(shí)刻。根據(jù)國(guó)際電聯(lián)的規(guī)則，頻率資源是有時(shí)限的，過(guò)期作廢。

楊長(zhǎng)風(fēng)記得，當(dāng)時(shí)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(wèn)題上天，研制團(tuán)隊(duì)重新打開(kāi)了整流罩。

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

沒(méi)有片刻的喘息，緊接著就是200個(gè)小時(shí)不間斷的加電測(cè)試。這一次，院士、型號(hào)老總和技術(shù)人員一起排班，共同排除險(xiǎn)情。

終于，2007年4月14日凌晨4時(shí)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(yàn)星獲得清晰信號(hào)，此時(shí)距離空間頻率失效僅剩不到4個(gè)小時(shí)。

“接到這個(gè)信號(hào)后，我們高興、激動(dòng)得跳了起來(lái)，大家的眼淚都出來(lái)了。”楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)，通過(guò)整個(gè)團(tuán)隊(duì)的努力，中國(guó)的軌道頻率資源保住了。

2012年，我國(guó)成功建成國(guó)際上首個(gè)混合星座區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，至此，我國(guó)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(hào)正式提供區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)前，北斗三號(hào)全球?qū)Ш较到y(tǒng)的論證驗(yàn)證工作拉開(kāi)序幕，并明確了研制要求，確定了建設(shè)獨(dú)立自主、開(kāi)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(kāi)始了。

“北斗是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，中國(guó)的北斗，世界的北斗，中國(guó)發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是為全人類(lèi)提供時(shí)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(guó)航天科技集團(tuán)五院北斗三號(hào)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(guó)家和社會(huì)的正常運(yùn)行會(huì)受到很大的影響，因此，科技人員對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航的可靠性、連續(xù)性提出了苛刻設(shè)計(jì)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(hào)衛(wèi)星采取了多項(xiàng)可靠性措施，使衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命達(dá)到12年——比肩國(guó)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(kāi)始，中國(guó)北斗人加速?zèng)_刺，并在2018年成功實(shí)現(xiàn)一年19星發(fā)射，在太空中再次刷新了“中國(guó)速度”。如今，北斗三號(hào)全球系統(tǒng)星座部署全面完成，“三步走”的戰(zhàn)略路徑，從“夢(mèng)想在望”變成“夢(mèng)想在握”。

楊長(zhǎng)風(fēng)透露，下一步，我國(guó)計(jì)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(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系。中國(guó)北斗的傳奇，未完待續(xù)。