从“埋头追赶”到“昂首领跑”,从“受制于人”到“自主可控”

   中国北斗突围之路

   终于,中国人迎来了这个属于梦想的高光时刻,由我国自主研制的全球卫星导航系统——北斗,在6月23日完成了全球卫星导航系统星座部署。

   当天,我国第55颗北斗导航卫星,即北斗三号最后一颗全球组网卫星从西昌卫星发射中心奔赴天疆,在北斗全球组网“大棋局”中落子定盘。至此,30颗北斗组网卫星全部到位。

   从1994年北斗一号系统工程立项,到如今北斗三号组网卫星发射任务完成,中国北斗人用20多年的时间实现了55颗卫星的研制发射。其间,中国北斗人走过了从“埋头追赶”到“昂首领跑”,从“受制于人”到“自主可控”,从“区域服务”到“全球指路”的艰辛历程。

   “北斗灵魂四连问”

   “高精度的太空灯塔如何建立起来?”“我们自己的位置谁来测?”“中国北斗怎么保持稳定?”“中国北斗多颗卫星如何能够安全、可靠地工作?”

   在接受记者采访时,中国航天科技集团五院北斗三号工程副总设计师、北斗三号卫星首席总设计师谢军说,他自己经常被问到这样的问题,有的北斗人还将其称之为“北斗灵魂四连问”。

   谢军告诉记者,“四连问”涉及从卫星本体构造、导航总体技术、核心单机研制、自主创新突破4个方面,国产化之路,步履艰难,通过三代北斗系统的探索与实践,中国航天人终不负时光,交出了一份闪亮答卷。

   “我们也经历过关键单机和元器件被一些国家‘卡脖子’的挫折,但始终没有动摇走自主可控道路的决心。”谢军说,北斗人深知北斗是国之重器,事关国防现代化建设和国民经济发展。

   “关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。”从某种程度上说,这句话就是我国自主研制北斗卫星导航系统的一个重要原因。

   北斗三号卫星总设计师陈忠贵告诉记者,北斗导航系统面向国家安全、社会经济发展、人民生活,提供时间基准、空间位置基准,对国家的重要性和人民生活的影响非常大。

   “关键核心技术如果由别人提供,安全感何来?”陈忠贵说,比如当前的热点新基建,将是我国建设发展下一阶段的重要方向,时间基准和空间位置基准就是至关重要的基础,“北斗导航系统是新基建的基建,基础的基础”。

   作为北斗全球导航系统的收官之星,此次发射的北斗三号卫星,秉承北斗研制一直坚定走国产化道路的思想,在国产化方面也是集大成之作。

   据陈忠贵介绍,2000年年底,我国建成北斗一号系统,解决了卫星最基本的问题,诸如供配电的太阳帆板,是为卫星提供由光转为电的部件,以及控制系统的转动机构,“这些核心产品的国产化,让北斗卫星的身体有了一副‘中国体格’”。

   2012年年底,我国建成北斗二号系统。谢军说,北斗二号打破了国外的技术封锁,攻克了以导航卫星总体技术、高精度星载原子钟等为代表的多项关键技术,让卫星导航系统“心脏”跳动出“中国心率”。

   北斗三号更是一马当先,开始了从并跑到领跑的征程。谢军说,中国北斗人率先提出国际上首个高中轨道星间链路混合型新体制,形成了具有自主知识产权的星间链路网络协议、自主定轨、时间同步等系统方案,填补了国内空白。

   “更值得一提的是,我们建立了器部件国产化从研制、验证到应用一体化体系,彻底打破了核心器部件长期依赖进口、受制于人的局面!”谢军说,至此,北斗导航系统铸造了“中国灵魂”。

   北斗“三步走”之路

   事实上,早在北斗工程诞生之前,我国就曾在卫星导航领域苦苦摸索,在理论探索和研制实践方面都开展过相关工作。据陈忠贵介绍,作为先驱者,立项于上世纪60年代末的“灯塔计划”,虽然最终因技术方向转型、财力有限等原因终止,但它却如同黑夜中的一盏明灯,为后来者积累了宝贵的工程经验。

   那时,中国北斗人经历过一个艰难的抉择。

   1983年,以陈芳允院士为代表的专家学者提出一个设想,即利用2颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标,后来通过大量理论和技术上的研究工作,这一被称作“双星定位系统”的概念逐步明晰。

   “接下来的北斗路,是一步跨到全球组网,还是分阶段走?”陈忠贵说,这个问题在当时引发不小的争议。

   最终,“先区域、后全球”的思路被确定下来,“三步走”的北斗之路由此铺开。

   然而到20世纪90年代,一些国家对我国采取技术封锁,国内的部件厂家尚未成熟,北斗一号研制只能在摸索中起步。据中国工程院院士、中国航天科技集团五院北斗一号总设计师范本尧回忆,国产化从北斗一号的太阳帆板做起,当时很多卫星都不敢上,北斗是第一个“吃螃蟹”的,只好硬着头皮上。

   之后的国产化攻关更为艰苦,不论是东方红三号平台的横空出世,还是影响长寿命的关键部件,都成了摆在中国北斗人面前的一道道难题。

   中国北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风以原子钟为例,这是北斗二号的核心器部件,研制初期,相关人员打算从国外引进,但由于外方原因,最终没能实现合作。国外的技术封锁,成为当时制约北斗卫星导航系统工程建设的最大瓶颈。

   “没有核心的东西,我们的系统,我们整个的研制工程就要受阻。我们北斗人坚定信念,一定要拿出自己的原子钟来。”杨长风说。

   后来,中国北斗团队仅仅用了两年时间,就攻克了原子钟这个最大技术瓶颈。更让人惊叹的是,星载原子钟的精度指标通俗来讲是10万年差一秒,而如今,北斗系统星载原子钟的精度,已经提升到每300万年差一秒。

   “再后来,我们就拥有了更多自主知识产权和核心技术,北斗导航卫星单机和关键元器件国产化率达到100%,核心技术可控是中国空间事业创新发展的关键,这也是强国路上北斗人最赤诚的献礼。”陈忠贵说。

   中国北斗的传奇,未完待续

   谈起北斗二号8年激情燃烧的研制岁月,很多北斗人记忆犹新。

   2007年,正是首颗北斗二号卫星研制攻关的关键时刻。根据国际电联的规则,频率资源是有时限的,过期作废。

   杨长风记得,当时这颗卫星已经伴随着火箭进入发射塔架,等待发射,有技术人员却发现卫星的应答机出现异常,为了不让卫星带着问题上天,研制团队重新打开了整流罩。

   “时间不等人!”谢军记得,当时卫星团队争分夺秒完成了前期所有研制,为节省时间,所有参试人员进驻发射场后又大干3天体力活儿,搬设备、扛机柜、布电缆。

   没有片刻的喘息,紧接着就是200个小时不间断的加电测试。这一次,院士、型号老总和技术人员一起排班,共同排除险情。

   终于,2007年4月14日凌晨4时11分,火箭成功发射,卫星准确进入预定轨道。两天后,北京从飞行试验星获得清晰信号,此时距离空间频率失效仅剩不到4个小时。

   “接到这个信号后,我们高兴、激动得跳了起来,大家的眼泪都出来了。”杨长风说,通过整个团队的努力,中国的轨道频率资源保住了。

   2012年,我国成功建成国际上首个混合星座区域卫星导航系统,至此,我国北斗导航“三步走”战略顺利完成前面两大步,蹄疾而步稳。

   就在北斗二号正式提供区域导航定位服务前,北斗三号全球导航系统的论证验证工作拉开序幕,并明确了研制要求,确定了建设独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的发展目标,自此,新征程开始了。

   “北斗是一个开放的系统,中国的北斗,世界的北斗,中国发展卫星导航技术是国民经济的重要基础设施,也是为全人类提供时间坐标和空间坐标的基础设施,服务的连续性和稳定性十分重要。”中国航天科技集团五院北斗三号卫星总指挥迟军告诉记者,就像停水停电影响城市生活一样,卫星导航服务一旦中断,国家和社会的正常运行会受到很大的影响,因此,科技人员对卫星导航的可靠性、连续性提出了苛刻设计的要求。

   据他介绍,为了提高卫星在轨服务的可靠性,北斗三号卫星采取了多项可靠性措施,使卫星的设计寿命达到12年——比肩国际导航卫星的先进水平,为北斗系统服务的连续、稳定提供了基础保证。

   从2009年12月开始,中国北斗人加速冲刺,并在2018年成功实现一年19星发射,在太空中再次刷新了“中国速度”。如今,北斗三号全球系统星座部署全面完成,“三步走”的战略路径,从“梦想在望”变成“梦想在握”。

   杨长风透露,下一步,我国计划到2035年,建成以北斗系统为核心,更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。中国北斗的传奇,未完待续。(邱晨辉)

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