8年16星闖出中國式自主導(dǎo)航之路——北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制歷程回顧

北京時(shí)間10月25日23時(shí)33分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號丙”運(yùn)載火箭，成功將第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空并送入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道。

闖出中國式自主導(dǎo)航之路——北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制歷程回顧

10月19日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心里很熱鬧、很忙碌。

距第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)施發(fā)射不到一個星期，這天下午，發(fā)射中心正在進(jìn)行最后一次星箭總檢查。聲聲指令中，長三丙火箭托舉著北斗衛(wèi)星矗立在塔架前，身披陽光，背靠藍(lán)天，英姿颯爽。

中國航天科技集團(tuán)五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星總指揮李長江站在不遠(yuǎn)處。他仰望著火箭頂端的北斗衛(wèi)星，眼睛瞇著，嘴角微微揚(yáng)起。“從2000年第1顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射起，每次北斗衛(wèi)星發(fā)射，我都在這。”他說。

10月25日晚，第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星順利升空。這標(biāo)志著我國北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)全面完成，將形成覆蓋亞太大部分地區(qū)的服務(wù)能力。浩渺的太空中，中國人布下了屬于自己的星座，從此定位、導(dǎo)航、授時(shí)不再受制于人。

回顧過去10余年的研制歷程，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)承擔(dān)著提高綜合國力的重大使命，自力更生、披荊斬棘，闖出了一條中國式自主導(dǎo)航之路。

“三步走”戰(zhàn)略確定，中國“北斗”起航

說到衛(wèi)星導(dǎo)航，大多數(shù)人首先會想到美國GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。多年來，衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域基本形成了GPS獨(dú)霸天下的格局。

其實(shí)，在提出利用衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航定位的設(shè)想方面，中國與世界同步。

上世紀(jì)60年代，GPS開始起步。幾乎同一時(shí)段，中國也開始了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)，取名為“燈塔”。但是由于國家財(cái)力等原因，工程擱淺。

1983年，“兩彈一星”元勛、中科院院士陳芳允提出了雙星定位設(shè)計(jì)方案?；诖朔桨福覈_始積極立項(xiàng)論證。1994年，經(jīng)國家批準(zhǔn)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的大幕正式拉開。

當(dāng)時(shí)，世界各大國都高度認(rèn)識到自主開發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要意義。除美國外，俄羅斯在開發(fā)格洛納斯系統(tǒng)，歐盟則致力于建設(shè)伽利略系統(tǒng)，印度、日本也在積極謀求建設(shè)獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。作為國家安全和社會發(fā)展不可或缺的信息基礎(chǔ)設(shè)施，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是大國地位和綜合國力的重要標(biāo)志。各國在空間領(lǐng)域的角力，成為了一場沒有硝煙的戰(zhàn)爭。

我國基于國情，創(chuàng)造性地提出了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的總體思路，先“區(qū)域”再“全球”，采取“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。李長江說，“三步走”的意思是，先建立北斗衛(wèi)星雙星定位試驗(yàn)系統(tǒng)，形成區(qū)域有源定位與導(dǎo)航服務(wù)能力;然后完成3種軌道10余顆衛(wèi)星的發(fā)射，建成區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，形成區(qū)域無源服務(wù)能力，向亞太地區(qū)提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù);最后建成由3顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成、覆蓋全球的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，形成全球無源服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、國際一流、具有中國特色北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)。

雙星定位，“快、好、省”地邁出自主導(dǎo)航第一步

北斗工程啟動后，中國航天科技集團(tuán)五院承擔(dān)起北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的研制工作。經(jīng)過數(shù)年攻關(guān)，北斗定位衛(wèi)星01星于2000年10月31日發(fā)射，11月6日成功定點(diǎn);同年12月21日，02星發(fā)射，12月26日成功定點(diǎn)。經(jīng)過近3年的調(diào)試、測試和試運(yùn)行，2003年12月15日，我國第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通運(yùn)行，成為繼美國的GPS和俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)之后，全球第三個建成并投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位試驗(yàn)系統(tǒng)具有鮮明的特色，利用兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ粚儆谑澜缡讋?chuàng)。李長江表示，該系統(tǒng)是個創(chuàng)新、實(shí)用且投資很少的初級起步系統(tǒng)，它的建立，解決了我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)有無的問題，“快、好、省”地邁出了我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的重要一步。

該系統(tǒng)具有三大功能，一是快速確定用戶所在的地理位置，向用戶及主管部門提供導(dǎo)航信息;二是為用戶與用戶、用戶與地面指揮中心之間提供雙向簡短報(bào)文通信服務(wù)，用戶可以一次傳送120個漢字的短報(bào)文信息;三是向用戶定時(shí)發(fā)播授時(shí)信息，為用戶提供時(shí)差修正值。

北斗試驗(yàn)系統(tǒng)建成后，對推動國防和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到了重要作用。2008年汶川地震，重災(zāi)區(qū)通信中斷。救援部隊(duì)持“北斗”終端設(shè)備進(jìn)入，利用其短報(bào)文功能突破通信盲點(diǎn)，與外界取得聯(lián)系。同時(shí)管理中心則通過位置報(bào)告功能，隨時(shí)掌握著每一個終端所處的位置。此外，該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、通信、電力、金融、氣象、海洋、水文監(jiān)測等各個方面，取得了顯著效益。

“北斗試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)之初，就被定位為一個驗(yàn)證技術(shù)、積累經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)性工程。”中國航天科技集團(tuán)五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星副總師王東表示，在該系統(tǒng)的建設(shè)中，進(jìn)行了大量的新技術(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證，從而使下一代導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)部署獲得了技術(shù)上的準(zhǔn)備。

8年16星，中國速度強(qiáng)勢追趕

北斗試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從無到有的突破，但也存在一些問題，如覆蓋范圍有限、用戶數(shù)量受限、定位精度不高、不適用于高速移動的用戶等。新一代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)迫在眉睫。

“其實(shí)在北斗試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)的同時(shí)，我國已從上世紀(jì)末開始了第二代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)。”王東說，與試驗(yàn)系統(tǒng)相比，新一代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由多顆衛(wèi)星組成，具備無源定位、測速和授時(shí)功能，同時(shí)也將雙向簡短數(shù)字報(bào)文通信、位置報(bào)告等功能保留了下來。

2004年，北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)工程正式立項(xiàng)，各項(xiàng)工作全面啟動。

2007年4月14日，該系統(tǒng)的第1顆衛(wèi)星發(fā)射成功，拉開了北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)的序幕。這是一顆中圓軌道衛(wèi)星，它以首顆“正式”北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的身份，有效驗(yàn)證了導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)、原理和體制;2009年4月15日，第2顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，也是北斗家族中首顆地球靜止軌道衛(wèi)星發(fā)射成功。這標(biāo)志著該系統(tǒng)正式進(jìn)入部署實(shí)施階段。

在2010年里，北斗系列衛(wèi)星連續(xù)密集發(fā)射，一共增加了5位“新成員”。當(dāng)2011年4月第8顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星入軌后，北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)形成了由3顆同步靜止軌道衛(wèi)星和3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星組成的“3+3”星座構(gòu)型，具備了向我國大部分地區(qū)提供初始服務(wù)的能力。隨著2011年7月27日和12月2日，第9、第10顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星“落戶”傾斜同步軌道，更是有效提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。是年12月27日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)言人宣布，該系統(tǒng)開始試運(yùn)行，向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的、免費(fèi)的導(dǎo)航定位和授時(shí)服務(wù)。

今年，北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)再次迎來密集發(fā)射期。隨著第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的成功發(fā)射，該系統(tǒng)完成了所有衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。至此，系統(tǒng)空間段由5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和4顆中軌道衛(wèi)星組成星座，標(biāo)志著我國全面完成區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)，形成了覆蓋亞太大部分地區(qū)的服務(wù)能力。

“在空間資源的角逐中，‘北斗’起步雖比GPS晚了20年，卻以強(qiáng)勁勢頭迎頭追趕。”談及此處，李長江頗為自豪。

厲兵秣馬，北斗積極備戰(zhàn)“巔峰對決”

在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)中，五院研制隊(duì)伍堅(jiān)持自主創(chuàng)新，攻克了10多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，填補(bǔ)了數(shù)十項(xiàng)技術(shù)空白。

“除了對各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，系統(tǒng)建設(shè)中還會不斷出現(xiàn)意想不到的難題。對此，我們必須逐一攻克，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。”王東介紹說，針對衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)暴露出的問題，參試人員按照“舉一反三”的原則，不斷對后續(xù)衛(wèi)星進(jìn)行改進(jìn)。一方面對單星技術(shù)加以完善，包括加強(qiáng)衛(wèi)星的穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力，增強(qiáng)其壽命等;另一方面也對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，包括規(guī)范運(yùn)行管理、優(yōu)化信號處理等。

伴隨著一次次攻堅(jiān)克難，北斗團(tuán)隊(duì)探索出一條科學(xué)組織航天器組批研制生產(chǎn)的新模式，為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和今后的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

同時(shí)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)憑借其獨(dú)有的導(dǎo)航、通信相結(jié)合的服務(wù)特色，在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了“邊建設(shè)、邊發(fā)展、邊應(yīng)用”的良好局面。經(jīng)過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位試驗(yàn)系統(tǒng)幾年的發(fā)展，再到北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的建成，其巨大的應(yīng)用潛力和作用逐步被國內(nèi)用戶所認(rèn)可。

此外，經(jīng)過十幾年來的工程實(shí)踐，大量的工程管理和技術(shù)人員得到了鍛煉，一個以中青年人為骨干的航天器工程研制生產(chǎn)和航天技術(shù)應(yīng)用人才隊(duì)伍活躍在導(dǎo)航衛(wèi)星研制和應(yīng)用的舞臺，為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的未來發(fā)展提供了雄厚的人才保障。

下一步我國將突破以星座組網(wǎng)、高精度時(shí)空基準(zhǔn)、星座自主運(yùn)行為主要特征的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)射多顆導(dǎo)航衛(wèi)星，于2020年建成北斗衛(wèi)星全球?qū)Ш较到y(tǒng)。屆時(shí)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)范圍將覆蓋全球，導(dǎo)航定位精度、系統(tǒng)安全性能繼續(xù)提高，短報(bào)文通信功能也將進(jìn)一步改善。

創(chuàng)新贏得制高點(diǎn)

北斗二號第16顆衛(wèi)星一飛沖天，開啟了中國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的新時(shí)代，中國人終于在浩瀚太空中布下了自己的衛(wèi)星星座系統(tǒng)，在衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)了重要的一席之地。8年16顆衛(wèi)星、打造覆蓋亞太地區(qū)的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，北斗二號的成功不僅意味著中國已經(jīng)位居世界衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)強(qiáng)國之列，也意味著全世界近1/3人口有機(jī)會享受更加優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航服務(wù)。這是自主創(chuàng)新的又一次成功實(shí)踐，也是中國科技發(fā)展對亞太地區(qū)、對世界的巨大貢獻(xiàn)。

回顧北斗衛(wèi)星導(dǎo)航項(xiàng)目立項(xiàng)之初，我們的技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。衛(wèi)星導(dǎo)航是國家安全不可或缺的戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施，也是能夠服務(wù)社會、帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施。在這樣一個關(guān)系國計(jì)民生的戰(zhàn)略領(lǐng)域，無法指望從發(fā)達(dá)國家直接獲取技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，自主創(chuàng)新是我們的必然選擇。十幾年來，北斗人發(fā)憤圖強(qiáng)，協(xié)力攻關(guān)，填補(bǔ)了銣原子鐘等數(shù)十項(xiàng)技術(shù)空白，設(shè)計(jì)出適合我國技術(shù)特點(diǎn)的獨(dú)特星座結(jié)構(gòu)，破解了衛(wèi)星姿態(tài)精確控制和精密測距等一系列技術(shù)難題。從當(dāng)年定位、導(dǎo)航、授時(shí)受制于人，到如今成為衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域中重要的一極，北斗短短十幾年的發(fā)展說明，自主創(chuàng)新不是能不能的問題，而是敢不敢的問題。

8年16顆衛(wèi)星，歷經(jīng)十幾年完成了兩代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)和建設(shè)，這是令世界驚嘆的“中國速度”?？焖賲s穩(wěn)健的步伐背后，是科學(xué)高效的管理體系，是產(chǎn)學(xué)研用的協(xié)同創(chuàng)新，充分體現(xiàn)了舉國體制的巨大優(yōu)勢。衛(wèi)星導(dǎo)航是典型的系統(tǒng)工程?？傮w設(shè)計(jì)是工程成敗的核心，各子系統(tǒng)、各研發(fā)團(tuán)隊(duì)之間的密切配合是保證系統(tǒng)高效推進(jìn)的基礎(chǔ)。項(xiàng)目論證階段，北斗人便創(chuàng)造性地提出了“三步走”這一符合我國技術(shù)特點(diǎn)和基本國情的發(fā)展戰(zhàn)略。系統(tǒng)研發(fā)和建設(shè)階段，包容開放的大局意識和總體意識深入北斗人的骨髓?？梢哉f大到每一顆衛(wèi)星，小到每一個產(chǎn)品，無不體現(xiàn)著協(xié)同創(chuàng)新的巨大力量。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星之所以8年16顆連戰(zhàn)連捷，是優(yōu)秀科技人才競相集聚和優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新資源高效利用的直接結(jié)果。而“中國速度”的背后，是中國特色自主創(chuàng)新所獨(dú)有的集中力量辦大事的制度優(yōu)勢。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)過程中，“人才第一”始終是項(xiàng)目管理理念中重要的一條。北斗項(xiàng)目充分發(fā)揮老一代科技工作者的領(lǐng)頭作用和中青年優(yōu)秀人才的骨干作用，堅(jiān)持以導(dǎo)航系統(tǒng)研制項(xiàng)目為平臺，建立了科學(xué)合理的用人機(jī)制，最大限度地激發(fā)科技人員的創(chuàng)新激情和創(chuàng)造活力。在北斗的人才隊(duì)伍中，既有運(yùn)籌帷幄、布局謀篇的領(lǐng)軍大將，也有迅速成長、擔(dān)當(dāng)重任的青年才俊。北斗十幾年拼搏，造就了一支站在前沿、勇于創(chuàng)新、善打硬仗的高素質(zhì)人才隊(duì)伍。他們是北斗成功的關(guān)鍵，也是北斗形成的最寶貴財(cái)富。

天翻地覆誰得知，如今正南看北斗。在十幾年的發(fā)展歷程中，科研人員緊抓歷史機(jī)遇，志存高遠(yuǎn)，勇?lián)姑?，?shí)現(xiàn)了我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)建設(shè)的重大跨越，以優(yōu)異成績譜寫出自主創(chuàng)新的華美篇章。