前不久，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射第五十九、六十顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。該組衛(wèi)星是我國(guó)北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開(kāi)通后發(fā)射的第二組中圓地球軌道衛(wèi)星，也是北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最后一次發(fā)射。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“北斗系統(tǒng)”）是我國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，北斗系統(tǒng)已成為面向全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度定位、導(dǎo)航與授時(shí)服務(wù)的重要新型基礎(chǔ)設(shè)施。
從北斗一號(hào)、北斗二號(hào)到北斗三號(hào)，從雙星定位到全球組網(wǎng)，從覆蓋亞太到服務(wù)全球，自1994年工程立項(xiàng)，北斗系統(tǒng)已走過(guò)波瀾壯闊的30年。
30年來(lái)，全體北斗人秉承“自主創(chuàng)新、開(kāi)放融合、萬(wàn)眾一心、追求卓越”的新時(shí)代北斗精神，踐行“中國(guó)的北斗、世界的北斗、一流的北斗”發(fā)展理念，將北斗系統(tǒng)建設(shè)成為一張亮麗的“國(guó)家名片”。
“不管遇到什么困難，我都會(huì)咬牙堅(jiān)持到最后”
根據(jù)我國(guó)導(dǎo)航衛(wèi)星建設(shè)規(guī)劃，北斗一號(hào)覆蓋國(guó)內(nèi)區(qū)域，北斗二號(hào)擴(kuò)大到亞太區(qū)域，北斗三號(hào)走向全球。
2020年7月31日，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開(kāi)通。由我國(guó)建成的獨(dú)立自主、開(kāi)放兼容的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，從此開(kāi)啟了高質(zhì)量服務(wù)全球、造福人類的嶄新篇章。
回顧創(chuàng)新歷程，北斗三號(hào)能夠從區(qū)域走向全球，關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)之一，就是高效實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間的測(cè)量通信。
為此，我國(guó)科研人員大膽創(chuàng)新、獨(dú)辟蹊徑，提出星間鏈路技術(shù)。所謂“星間鏈路”，就是衛(wèi)星和衛(wèi)星之間的一條通信線路，是航天器與航天器之間具有數(shù)據(jù)傳輸和測(cè)距功能的無(wú)線鏈路，基于國(guó)內(nèi)布站條件提供全球運(yùn)行服務(wù)。有了這項(xiàng)技術(shù)，即使“看不見(jiàn)”在地球另一面的北斗衛(wèi)星，通過(guò)北斗衛(wèi)星的星間鏈路同樣能與它們?nèi)〉寐?lián)系，這是北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)的一大特色。
康成斌深度參與了星間鏈路的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。這位中國(guó)航天科技集團(tuán)五院通信導(dǎo)航部導(dǎo)航室主任，自2010年參加工作起，就全身心投入北斗系統(tǒng)的研制中。
實(shí)現(xiàn)“星連星”“太空架橋”難度極高?？党杀蠼榻B，北斗三號(hào)系統(tǒng)中衛(wèi)星與衛(wèi)星的距離最遠(yuǎn)達(dá)到7萬(wàn)公里，既要讓遙遙相望的兩顆衛(wèi)星仿佛近在咫尺，又要保證7萬(wàn)公里距離之間即使發(fā)生厘米級(jí)位置變化，都能被第一時(shí)間感知和測(cè)量，且星座中任意兩顆星都要建立起類似聯(lián)系，“這是一項(xiàng)巨大的技術(shù)跨越”。
“幾乎從零起步，團(tuán)隊(duì)壓力很大?！笨党杀笳f(shuō)，既要充分論證科學(xué)原理的正確性，還要開(kāi)展不計(jì)其數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證。
為了加快突破星間鏈路技術(shù)，不耽誤衛(wèi)星研制整體進(jìn)度，康成斌和團(tuán)隊(duì)成員們睡在試驗(yàn)場(chǎng)地，從早到晚、爭(zhēng)分奪秒開(kāi)展星間鏈路技術(shù)測(cè)試。
測(cè)試出現(xiàn)問(wèn)題，康成斌帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)沉著冷靜地推導(dǎo)、測(cè)算，直至把所有疑點(diǎn)都查找出來(lái)?！安还苡龅绞裁蠢щy，我都會(huì)咬牙堅(jiān)持到最后?！边@是支撐康成斌挺過(guò)難關(guān)的信念。令他動(dòng)容的是，其間，多位白發(fā)蒼蒼的總師院士、技術(shù)專家主動(dòng)來(lái)到場(chǎng)地，慷慨相助。
星間鏈路技術(shù)，讓北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“一星通，星星通”。從一片空白、奮力追趕，再到和世界領(lǐng)先的全球?qū)Ш较到y(tǒng)并肩而立，一代代科研人員自立自強(qiáng)、自主創(chuàng)新、拼搏超越，蹚出了一條獨(dú)具特色的衛(wèi)星導(dǎo)航探索之路。
“踮起腳尖去夠一夠最好的技術(shù)，才能確保先進(jìn)性”
北斗系統(tǒng)，匯集了全國(guó)400多家單位聯(lián)合攻關(guān)，凝聚了30多萬(wàn)名科研人員的汗水和智慧。其中，北斗三號(hào)的衛(wèi)星研制，由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院和中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院共同擔(dān)綱。
北斗三號(hào)最后一顆組網(wǎng)星打完后，中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員、北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)首席總設(shè)計(jì)師林寶軍收到一條短信，短信中說(shuō)，“這顆星終于成功了，我們完成了別人認(rèn)為不可能完成的事情”。
談及創(chuàng)新秘訣，林寶軍給出的答案是“理念創(chuàng)新”。
時(shí)間回到2015年3月30日，北斗三號(hào)全球系統(tǒng)首發(fā)試驗(yàn)星成功升空入軌，這是中國(guó)科學(xué)院抓總研制的第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。這顆試驗(yàn)星的新技術(shù)超過(guò)70%，運(yùn)行良好。
按照慣例，衛(wèi)星上的新技術(shù)比例一般不超過(guò)30%。為什么敢從30%變成70%？
林寶軍說(shuō)：“關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)一般需要10年，衛(wèi)星的壽命往往在10年以上，到衛(wèi)星運(yùn)行終結(jié)時(shí)，使用的已經(jīng)是20年前的技術(shù)了。因此，理念的創(chuàng)新性和前瞻性就顯得很重要，要勇敢突破一些傳統(tǒng)觀念的條條框框?！痹谒磥?lái)，在有成熟技術(shù)保底的基礎(chǔ)上，“踮起腳尖去夠一夠最好的技術(shù)，才能確保先進(jìn)性?！?
林寶軍將衛(wèi)星上的結(jié)構(gòu)、熱控等10多個(gè)分系統(tǒng)合并成電子學(xué)、控制、結(jié)構(gòu)、載荷四大功能鏈，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升了整體可靠性。例如，原來(lái)每個(gè)分系統(tǒng)都需要計(jì)算機(jī)，一顆衛(wèi)星上甚至要24臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，現(xiàn)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以完成整星計(jì)算。經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)選用成熟的元器件和工藝路線，確保創(chuàng)新技術(shù)落地，使衛(wèi)星整體技術(shù)領(lǐng)先。
這期間，有人質(zhì)疑：“我們能不能稍微穩(wěn)當(dāng)點(diǎn)？”頂住壓力，林寶軍率領(lǐng)這支平均年齡只有31歲的團(tuán)隊(duì)，不舍晝夜，終于研制出了性能優(yōu)異的衛(wèi)星。僅在2018年，團(tuán)隊(duì)就高密度研制發(fā)射了8顆北斗三號(hào)中圓地球軌道組網(wǎng)衛(wèi)星，為北斗三號(hào)建成基本系統(tǒng)作出了突出貢獻(xiàn)。
據(jù)介紹，北斗系統(tǒng)攻克了一大批關(guān)鍵核心技術(shù)，突破多種器部件國(guó)產(chǎn)化研制，實(shí)現(xiàn)北斗三號(hào)衛(wèi)星核心器部件國(guó)產(chǎn)化率100%。
“讓‘衛(wèi)星短信’走進(jìn)千家萬(wàn)戶”
龐大精密的北斗系統(tǒng)除了由衛(wèi)星構(gòu)成的空間段，還包括由測(cè)控系統(tǒng)、運(yùn)控系統(tǒng)等構(gòu)成的地面段，以及各類終端及應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成的用戶段。
鄭曉冬是中國(guó)電子科技集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)通信研究院的一名正高級(jí)工程師，從事北斗導(dǎo)航地面系統(tǒng)建設(shè)20余年，他率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出了獨(dú)具中國(guó)特色的北斗民用短報(bào)文通信平臺(tái)。
從功能看，其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)僅能無(wú)源定位，因而用戶只能知道“我在哪”。北斗用戶則不同，不但自己知道“我在哪”，還能告訴別人“我在哪”“在干什么”。當(dāng)遭遇突發(fā)地震、海上遇險(xiǎn)，在其他通信手段失效的情況下，北斗短報(bào)文通信可以成為人們傳遞求救信息、拯救生命的關(guān)鍵保障。
鄭曉冬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)相繼攻克了微弱信號(hào)捕獲及跟蹤、高精度同步等多項(xiàng)技術(shù)難題，取得一系列創(chuàng)新突破，使得北斗三號(hào)在全面兼容北斗二號(hào)系統(tǒng)短報(bào)文通信服務(wù)的基礎(chǔ)上，信息發(fā)送能力提升到一次1000個(gè)漢字，極大提升了短報(bào)文系統(tǒng)服務(wù)能力，為短報(bào)文的規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
“讓‘衛(wèi)星短信’走進(jìn)千家萬(wàn)戶。”為此，鄭曉冬團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)造性提出了將北斗短報(bào)文置入智能手機(jī)的理念。一臺(tái)手機(jī)，如何與太空中的衛(wèi)星直接建立連接？
“這需要產(chǎn)品在非常小的體積下還要具備大功率發(fā)射和高靈敏度接收的能力?！编崟远蛨F(tuán)隊(duì)攻克高靈敏度快速捕獲、射頻基帶一體化設(shè)計(jì)等核心技術(shù)，研制出全球首款低成本低功耗北斗短報(bào)文消費(fèi)終端芯片。
研發(fā)歷程并非一帆風(fēng)順。鄭曉冬回憶，有一次團(tuán)隊(duì)聯(lián)合手機(jī)廠商搭建手機(jī)測(cè)試環(huán)境，開(kāi)展實(shí)際測(cè)試時(shí)，調(diào)試始終不成功，大家非常焦慮。此時(shí)，團(tuán)隊(duì)核心成員王曉玲提出了一個(gè)想法——對(duì)多個(gè)城市進(jìn)行北斗衛(wèi)星信號(hào)測(cè)試，通過(guò)真實(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)分析問(wèn)題、優(yōu)化性能。這個(gè)思路得到團(tuán)隊(duì)認(rèn)可，大家克服困難，短短一個(gè)月內(nèi)就完成了百余個(gè)城市的北斗衛(wèi)星信號(hào)測(cè)試，依靠這些寶貴的測(cè)試數(shù)據(jù)，制定了整體解決方案，解決了所有問(wèn)題。
“如今，通過(guò)將短報(bào)文芯片置入手機(jī)，使手機(jī)能夠在沒(méi)有地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)情況下具備與外界緊急通信的能力，這樣的手機(jī)可以廣泛應(yīng)用在遇險(xiǎn)報(bào)警、應(yīng)急救援、災(zāi)害指揮、海上作業(yè)等場(chǎng)景。”鄭曉冬說(shuō)。
北斗遠(yuǎn)在天外，應(yīng)用近在身邊。目前，全國(guó)已有超過(guò)2500處水庫(kù)應(yīng)用北斗短報(bào)文通信服務(wù)水文監(jiān)測(cè)，搭載國(guó)產(chǎn)北斗高精度定位芯片的共享單車投放已突破1000萬(wàn)輛，支持北斗短報(bào)文通信功能的手機(jī)已發(fā)布。北斗系統(tǒng)正全力賦能各行各業(yè)，成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的時(shí)空基石和重要引擎。
根據(jù)中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室發(fā)布的規(guī)劃，要在2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系。瞄準(zhǔn)這個(gè)目標(biāo)，北斗人一直在路上。