【纪实】北斗人的路：不靠外人！8万人干了20多年

中国北斗，是继“两弹一星”之后的又一战略工程。豪情万丈的北斗人，用较短时间即形成覆盖亚太地区的区域服务能力。2017年下半年起，北斗系统开启全球组网大幕，预计年内将发射6颗左右卫星，2020年前将完成30颗卫星发射，形成全球运行服务能力。

卫星导航系统是大国强国的“标准配置”，也是核心利益所在。作为我国空间信息基础设施、国家战略设施，北斗卫星导航系统使我国摆脱了对国外卫星导航系统的依赖，掌握了时空基准控制权、国际规则制定话语权，为国家安全和现代国防提供了战略保障。

11月5日，西昌卫星发射中心，“北斗三号”第一、二颗卫星以“一箭双星”的方式发射升空，标志着北斗导航系统正式拉开全球组网序幕。

朝受命，夕饮冰

——“我们不能生活在某一天因为某种理由GPS可能关闭的危险之下”

从古至今，人类一直在孜孜追求导航的技术。从早期的司南定向，到航海时代的星盘、六分仪、航海钟，再到现代无线电导航，直至近几十年，随着科学技术的进步，尤其是航天技术的发展，人类进入到卫星导航的时代。

卫星导航系统简称为GNSS系统，在全球GNSS俱乐部中一共有4位VIP会员：美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的“伽利略”系统以及我国的北斗卫星导航系统。

GPS系统是最早建成并投入使用的。当GPS在欧洲开始推广应用时，欧洲空间局敏锐地意识到：“我们不能生活在某一天因为某种理由GPS可能关闭的危险之下。”由此，欧洲开始了建设“伽利略”卫星导航系统的漫漫征途。

的确，在涉及国家安全核心部位、核心数据、核心技术上，绝不会天上掉馅饼，尤其卫星导航系统，不管是军用、民用，不管是发展经济、还是维护国家安全，导航系统未来都具有越来越大的作用。

法国前总统希拉克曾感慨地说：“没有自己的卫星导航系统，欧洲将不可避免地成美国的附庸。”欧洲都不能幸免，其他国家就将是玩偶。只是建设这样一个庞大的系统，技术和资金如同太行、王屋两座大山，不是谁想搬走就能搬走的。

但中国必须得搬走。不是因为我们有“愚公”，而是因为作为一个大国，我们必须把命运掌握在自己的手里。

追赶世界高科技前沿，中国的起步其实并不晚。上世纪60年代，美国专为军队研制的一种子午仪卫星定位系统投入使用，这个系统就是GPS全球定位系统的前身，虽然在定位精度方面不尽如人意，但验证了由卫星系统进行定位的可行性。几乎同一时段，中国开始了自己的卫星导航系统设计，取名为“灯塔”。但是由于国家财力等原因工程搁浅。

1983年，“两弹一星”元勋陈芳允提出了双星定位设计方案。这在当时是公认的最优方案，科研人员开始积极立项论证，但因种种原因又搁置下来。

1991年爆发的海湾战争把中国人警醒了，美军的GPS在作战中应用非常成功。高层领导深刻意识到以后打仗没这东西是真的不行，双星定位方案启动。

1994年，美国完成GPS系统24颗卫星全部星座布局。这一年，党中央、国务院、中央军委作出独立自主研制北斗卫星导航系统的重大战略决策。“朝受命，夕饮冰；昼无为，夜难寐。”意气风发的北斗人，从四面八方汇聚在一起，朝着一个共同的目标奋勇攀登。

 基于我国国情，北斗建设者创造性提出“先区域、后全球，先有源、后无源”的建设思路，按照“三步走”发展战略推进，先建立双星定位试验系统，形成区域有源定位与导航服务能力；然后完成3种轨道10余颗卫星的发射，建成区域导航系统，形成区域无源服务能力，向亚太地区提供定位、导航、授时，以及短报文通信服务；最后建成由3颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成、覆盖全球的北斗全球卫星导航系统，形成全球无源服务能力。

300多次艰苦谈判

——“频率是国家战略资源，要像捍卫国土一样捍卫频率资源”

1994年，52岁的谭述森离开奋斗29载、功绩显赫的军事测绘战线，投身这项巨大的工程建设中。

摆在谭述森等科技人员面前的，是尚未起跑就已落后20多年的现状，以及还不够雄厚的经济实力、技术基础和人才的匮乏……

“在接受这项工作的时候，我就很清楚，‘北斗’的研发工作只能成功，不能失败。尽管技术储备薄弱，但我们必须要迎难而上。”正是在这样的条件下，谭述森和他的团队一起，开始了这项国家战略工程的起跑。对于卫星导航系统来说，导航频率资源是它的“生命线”，如同土地之于大树，没有频率，卫星导航系统无地“扎根”。

在卫星导航系统建设初始阶段，频率资源相对比较充沛，建设时间较早的GPS系统和GLONASS系统不存在频率资源的冲突问题。到了北斗系统和“伽利略”系统建设的时候，频率争夺战就非常明显了。

而当时“伽利略”系统提前申请了频率资源，并发射卫星占领了轨位。尽管后来欧洲出现经济危机，“伽利略”系统资金链断了，但根据国际电信联盟“先占先得”的规定，哪一个国家能够先把这颗卫星发射上去，并且卫星向下发射这个频率的信号，以后这个频率资源就是他的了。这就不可避免地遇到了卫星轨道和频率争夺的问题。

北斗系统尚未开始研发，发达国家就已经将卫星导航频率瓜分得所剩无几。争夺频率资源是北斗系统建设面临的第一座大山。“频率是国家战略资源，要像捍卫国土一样捍卫频率资源。”谭述森心急如焚。

作为北斗频率设计与国际协调首席专家，谭述森以和平利用太空为依据，经过复杂的频率设计与周密的干扰仿真计算，创造性地提出了卫星导航频谱共用与兼容性评估准则。经过与几十个国家300多次艰苦的谈判，“北斗”终于争取到了系统发展所必需的宝贵频率资源。

2007年4月17日，是北斗系统申报的频率资源的最后期限，要求北斗试验星必须提前发射。

卫星发射通常只有延迟，没有提前。为了争夺这个战略资源，经过各个部门的通力协作，截至4月14日长征三号甲火箭完成所有准备工作，在西昌卫星发射中心竖起等待发射。然而4月14日凌晨4点07分，现场又发现新的问题，火箭有一个连接器没有按照规定脱落，如果三分钟内不能解决这个问题的话，对火箭、卫星甚至发射场都会是灭顶之灾。

当时的发射指挥员在一分钟内下了7道指令，4点07分发现的问题，4点11分的时候，火箭带着北斗试验星成功升空。

4月14日发射北斗试验星，4月15日卫星实现变轨，4月16日卫星开始向下发送信号，在距离4月17日北斗申请的频率资源失效前24个小时内，中国正式启用了北斗申报的频率资源，标志着我国自主研制的北斗卫星导航系统进入新的发展建设阶段。

攻克核心技术

 ——“3个月内，我们一定拿出‘抗体’！”

与头发花白的谭述森相比，王飞雪实在太年轻。1994年北斗全面启动时，王飞雪23岁，正在国防科技大学攻读精确制导专业的研究生。

第二年，北斗系统建设遇到一个瓶颈问题——信号快速捕获。从海湾战争就已密切关注国际定位导航技术发展的王飞雪，在一次调研中知道此事，当晚彻夜未眠。他把以前掌握的资料和实验数据研究对比，另辟蹊径，从数学理论上寻找解决办法。

连续熬了几个通宵，反复推理论证，王飞雪提出了一个新的算法。当他红着眼睛把方案摆到时任系主任庄钊文的案头时，庄教授眼睛一亮。

这套“全数字化快速捕获信号与接收技术方案”，得到了陈芳允院士的高度关注，专门组织专家开会论证。

自此，王飞雪正式踏上北斗导航定位的逐梦之旅。他和同学雍少为、欧钢，在一个不到10平方米的仓库里，用东挪西凑的仪器设备做实验，经过3年不懈拼搏，难题成功破解。当显示器上脉冲闪耀，信号捕捉成功的一刻，业内20多位专家简直不敢相信自己的眼睛。

2006年，国家准备对北斗一号导航系统体制进行升级。当时，北斗一号已成功运行多年，系统运行稳定，大家一致主张，继续沿用原来的技术指标和基本参数，只需适当增强入站链路抗干扰能力、提升系统在某些特殊场合的稳健性即可。

在王飞雪眼里，这是一次北斗一号服务性能全面升级的绝佳机会。连续数十个晚上的挑灯夜战，王飞雪和团队大胆提出了一套最新的编码理论改造应用方案。经过论证后应用到北斗二号上，带动了整个北斗短消息服务系统效能的跃升：所有的终端设备功耗降低一半，抗干扰性能提升一倍，各项参数达到最优值。

2007年底，北斗二号试验星进入亚洲某一区域时，受复杂电磁干扰与地面失去联系。失去联系就意味着丧失功能、前功尽弃。如果这一难题不能解决，不但下一颗星不能发射，即将组网的十数颗卫星发射将无限期推迟。

王飞雪再次请战。“3个月内，我们一定拿出‘抗体’！”凭借着顽强的意志与惊人的战斗力，他和团队拿出了具有强大抗干扰能力的卫星载荷，使卫星抗干扰能力提升1000倍，避免了国家巨额损失。

结缘北斗的20多年，王飞雪和团队先后研制出世界领先的监测接收机、精密测距码模块及注入系统、主控站测量及通信系统、时间同步注入站、星载上行测距终端等，攻克了一系列北斗系统核心关键技术。

砍掉掐住北斗脖子的手

——“三天三夜不合眼，那种上眼皮如同坠了铅的感觉大家一开始很不适应，有了第二回、第三回后大家都习以为常了。”

卫星导航的原理，简单来说，就是卫星对地面发送含有时间基准和位置基准的导航定位信息，用户接收机接收信号。因此精确的时间基准和位置基准，就成了导航系统的关键。星载原子钟为卫星提供高稳定的时间基准信号，正是由于它的极端重要性，有人将其比作是导航卫星的“心脏”。

要建设全球卫星导航系统，首先得有星载原子钟。可现实却很残酷，在建设北斗之前我国原子钟技术非常薄弱，原子钟产品全靠进口。进口钟不仅价格昂贵，而且关键技术掌握在别人手里，将使北斗系统潜伏巨大安全隐患。能否突破原子钟技术关乎北斗系统建设成败。

原子钟工作原理涉及量子力学、电学、热学以及光学等学科，指标要求相当苛刻。中科院武汉物理与数学研究所、航天科技集团空间技术研究院、航天科工集团二院203所等单位对星载铷原子钟一系列关键技术开展攻关。北斗系统总师、“两弹一星”元勋孙家栋多次深入科研一线指导，他坚定地说：“我们自己的导航卫星一定要用我们自己研制的原子钟！”

攻关难度大，挑战异常艰巨。这是一项非常“熬人”的工作，为了保证24小时不间断地测试，科研人员经常是白天调试，晚上盯在测试仪器前，观察数据，一测就是一整夜。在日夜兼程进行调试的阶段，大家就像上了发条的“钟”一样连轴转。人的精力是有限的，但拼搏精神可以创造无限，“三天三夜不合眼，那种上眼皮如同坠了铅的感觉大家一开始很不适应，有了第二回、第三回后大家都习以为常了。”

为了搞定微波信号温度系数、伺服系统稳定性等技术难题，团队“白+黑”进行实验、验证；环境试验时，团队成员多班倒，日夜守护和记录数据。大家都有过这样的经历，做梦经常会梦到原子钟联调的情景：如何接线、如何搭电路、示波器上如何显示，如同真实的工作场景一般。有时，技术人员一觉醒来，立马翻身下了在办公室里的行军床，赶紧将梦中的情境记录下来，验证、调试，困扰多日的问题竟然解决了。

在项目攻关阶段，微波稳定性一调就是十几天，不停地仿真、试验论证、做温度试验，整个过程需要特别精细，不能容忍任何瑕疵。铷原子钟性能指标已经接近了极限，想再提高一点非常困难。他们将计算机仿真参数拿到电路系统上，看调试结果与仿真结果是否能达到预期效果，并在温度变化范围内鉴定稳定性，通过一遍又一遍摸索不断精益求精。

为了保障更多的工作时间，两任项目负责人李春景和杨同敏，都是从刚刚入住的宽敞明亮的新家，搬到单位附近的筒子楼，家人埋怨，他们顶住压力，坦然说道：“住得近方便，反正我经常加班，房子够她们娘俩住得了。”

2005年，203所交付了我国首批两台星载铷原子钟工程化初样鉴定机，标志着我国原子钟自主化迈出一大步。2007年我国自主研制的星载铷原子钟上天服役。

科技创新永无止境，奋斗拼搏永不停步。科研人员向更高的科技高峰不断攀登，让北斗成为世界上最精最准最稳的导航定位系统——15年的坚守与执著，他们为北斗系统交付的13个批次26台自主研制的原子钟，创造了所有批次零故障的运行纪录，实现了卫星关键部件的自主可控。

不靠任何外人，掐住北斗脖子的手被砍掉了！目前，我国已完全掌握了星载原子钟的研制技术，并达到了世界一流水平，摆脱了国外导航原子钟的束缚，扭转了核心技术受制于人的被动局面，实现了从跟跑者到领跑者的转变。

超越常规导航思路

——“八万多人干了20多年，我们走了一条绝无仅有的路。”

2014年3月8日，马航MH370失联，事件暴露出快速定位搜救能力不足，导航、定位与通讯功能结合的需求愈加凸显。第二年8月，美国在国际上提出建立航空器位置监视和搜救标准，要求各国使用“铱星(美国通信卫星)+GPS”的方案。不久，欧洲也宣布要实行“海事卫星+伽利略”的类似标准。

相比之下，中国的北斗，从北斗一代开始就独具一格，具备定位和通信功能。北斗一代创造性集定位、通信和授时三大功能于一体，丰富拓展了世界卫星导航理论实践，使我国仅用两颗卫星和地面高程数据库就实现了国土及周边地区的定位服务。而北斗二代独有的有源定位和短信服务，超越了常规卫星导航的发展思路。

对此，孙家栋院士说：“有源与无源两种体制的结合，是中国北斗的最大特色和亮点，也是中国北斗的优势所在。”“北斗是八万多人干了20多年，我们走了一条绝无仅有的路，别人都没走过的，我们走成了。”北斗二号总设计师助理郭树人说。

时下，北京大街小巷的公交站，候车乘客习惯性拿出手机查询到下一趟车的到站时间。而数千里之外的南海海域，外出作业的渔船主正在往家里通报情况。而这一切，都归功于北斗卫星导航系统。

随着北斗芯片及终端的小型化、低成本等技术的发展和车联网、物联网等产业快速兴起，北斗系统与大数据、云计算、移动互联网等信息技术融合发展，北斗导航产品正全面走向大众化应用，“高大上”的北斗系统与普通百姓的生活越来越紧密联系。

走出国门，北斗系统免费向亚太地区提供公开服务，定位精度优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于50纳秒，其定位精度等技术参数与GPS民用信号相当。贡献中国智慧，彰显中国担当，北斗正在获得越来越多国家和国际组织的认可，成为一张闪亮的“中国名片”。

在不得不说的军事领域，北斗应用战略意义非凡。作为精确武器制导和未来联合作战的关键技术保障，北斗系统确保了国家重要战略平台可靠的任务执行能力。在导弹制导方面，北斗系统可作用于机动式弹道导弹、远程巡航导弹、战略轰炸机及弹道导弹核潜艇等全程或某些特殊时刻的精确定位与位置校准。对于固定目标的打击，导弹可以根据北斗提供的坐标自动寻找和精准打击目标，精度达到几米，甚至更高。而在联合作战方面，北斗系统能够为所有陆上突击力量、海上打击平台、空中作战单元，以及所有参战人员提供导航和定位，通过数据链系统将它们全部联于一体，实现海陆空全谱系联合作战——北斗正在为我们构筑和开拓一个全新的战略边疆。

北斗的发展和应用，赢得了市场认可，得到了大众认同；反过来，市场的巨大推动力量，也在再塑北斗的未来。2015年4月，在莫斯科举行的第九届国际导航论坛上，俄罗斯导航产业界的领袖们在探讨全球四大导航系统发展水平时，一致把中国北斗排在俄罗斯GLONASS系统和欧盟“伽利略”系统之前。

星参北斗，位联全球。今年下半年北斗全球组网拉开大幕，计划2018年前后完成约18颗卫星发射，率先为“一带一路”沿线国家提供服务；2020年前后形成全球服务能力，建成世界一流的全球卫星导航系统。