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

北京時間10月25日23時33分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號丙”運載火箭，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)星實施發(fā)射不到一個星期，這天下午，發(fā)射中心正在進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，背靠藍天，英姿颯爽。

中國航天科技集團五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星總指揮李長江站在不遠處。他仰望著火箭頂端的北斗衛(wèi)星，眼睛瞇著，嘴角微微揚起。“從2000年第1顆北斗導(dǎo)航試驗衛(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獨霸天下的格局。

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

上世紀60年代，GPS開始起步。幾乎同一時段，中國也開始了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計，取名為“燈塔”。但是由于國家財力等原因，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)計方案。基于此方案，我國開始積極立項論證。1994年，經(jīng)國家批準，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的大幕正式拉開。

當(dāng)時，世界各大國都高度認識到自主開發(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、授時以及短報文通信服務(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，實現(xiàn)獨立自主、開放兼容、技術(shù)先進、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。

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;同年12月21日，02星發(fā)射，12月26日成功定點。經(jīng)過近3年的調(diào)試、測試和試運行，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)航定位試驗系統(tǒng)具有鮮明的特色，利用兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星實現(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文通信服務(wù)，用戶可以一次傳送120個漢字的短報文信息;三是向用戶定時發(fā)播授時信息，為用戶提供時差修正值。

北斗試驗系統(tǒng)建成后，對推動國防和國民經(jīng)濟建設(shè)起到了重要作用。2008年汶川地震，重災(zāi)區(qū)通信中斷。救援部隊持“北斗”終端設(shè)備進入，利用其短報文功能突破通信盲點，與外界取得聯(lián)系。同時管理中心則通過位置報告功能，隨時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。

“北斗試驗系統(tǒng)建設(shè)之初，就被定位為一個驗證技術(shù)、積累經(jīng)驗的試驗性工程。”中國航天科技集團五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星副總師王東表示，在該系統(tǒng)的建設(shè)中，進行了大量的新技術(shù)的試驗驗證，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)上的準備。

8年16星，中國速度強勢追趕

北斗試驗系統(tǒng)實現(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。

“其實在北斗試驗系統(tǒng)建設(shè)的同時，我國已從上世紀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、測速和授時功能，同時也將雙向簡短數(shù)字報文通信、位置報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，各項工作全面啟動。

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。這標志著該系統(tǒng)正式進入部署實施階段。

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)開始試運行，向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的、免費的導(dǎo)航定位和授時服務(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，五院研制隊伍堅持自主創(chuàng)新，攻克了10多項關(guān)鍵技術(shù)，填補了數(shù)十項技術(shù)空白。

“除了對各項關(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，實現(xiàn)目標。”王東介紹說，針對衛(wèi)星在軌運行時暴露出的問題，參試人員按照“舉一反三”的原則，不斷對后續(xù)衛(wèi)星進行改進。一方面對單星技術(shù)加以完善，包括加強衛(wèi)星的穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力，增強其壽命等;另一方面也對系統(tǒng)進行改進，包括規(guī)范運行管理、優(yōu)化信號處理等。

伴隨著一次次攻堅克難，北斗團隊探索出一條科學(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)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

同時，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)憑借其獨有的導(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)用戶所認可。

此外，經(jīng)過十幾年來的工程實踐，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)、高精度時空基準、星座自主運行為主要特征的關(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，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，短報文通信功能也將進一步改善。

創(chuàng)新贏得制高點

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)強國之列，也意味著全世界近1/3人口有機會享受更加優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航服務(wù)。這是自主創(chuàng)新的又一次成功實踐，也是中國科技發(fā)展對亞太地區(qū)、對世界的巨大貢獻。

回顧北斗衛(wèi)星導(dǎo)航項目立項之初，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)濟效益的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施。在這樣一個關(guān)系國計民生的戰(zhàn)略領(lǐng)域，無法指望從發(fā)達國家直接獲取技術(shù)經(jīng)驗，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，協(xié)力攻關(guān)，填補了銣原子鐘等數(shù)十項技術(shù)空白，設(shè)計出適合我國技術(shù)特點的獨特星座結(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)計是工程成敗的核心，各子系統(tǒng)、各研發(fā)團隊之間的密切配合是保證系統(tǒng)高效推進的基礎(chǔ)。項目論證階段，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”始終是項目管理理念中重要的一條。北斗項目充分發(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，堅持以導(dǎo)航系統(tǒng)研制項目為平臺，建立了科學(xué)合理的用人機制，最大限度地激發(fā)科技人員的創(chuàng)新激情和創(chuàng)造活力。在北斗的人才隊伍中，既有運籌帷幄、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)人才隊伍。他們是北斗成功的關(guān)鍵，也是北斗形成的最寶貴財富。

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遇，志存高遠，勇?lián)姑瑢崿F(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。