中國(guó)北斗全球夢(mèng)圓

李國(guó)利 鄧孟

北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成暨開(kāi)通儀式7月31日上午在北京舉行。中共中央總書(shū)記、國(guó)家主席、中央軍委主席習(xí)近平出席儀式，宣布北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開(kāi)通并參觀北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展成果展覽展示，代表黨中央向參與系統(tǒng)研制建設(shè)的全體人員表示衷心的感謝、致以誠(chéng)摯的問(wèn)候。中國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，開(kāi)啟了高質(zhì)量服務(wù)全球、造福人類(lèi)的嶄新篇章。

萬(wàn)眾一心彰顯制度優(yōu)勢(shì)

2017年11月，北斗三號(hào)全球組網(wǎng)雙星首次發(fā)射。不到3年時(shí)間，中國(guó)北斗就比原定計(jì)劃提前半年成功實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)，讓全世界領(lǐng)略到社會(huì)主義中國(guó)集中力量辦大事的硬核實(shí)力。

北斗系統(tǒng)是黨中央親自決策實(shí)施的國(guó)家重大科技工程，是我國(guó)迄今為止規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、服務(wù)性能最高、與百姓生活關(guān)聯(lián)最緊密的巨型復(fù)雜航天系統(tǒng)。

“北斗是黨和國(guó)家調(diào)動(dòng)千軍萬(wàn)馬干出來(lái)的，是工程全線幾十萬(wàn)人團(tuán)結(jié)一心拼出來(lái)的，是廣大人民群眾堅(jiān)定支持共同托舉起來(lái)的?！敝袊?guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程啟動(dòng)以來(lái)，在全國(guó)范圍內(nèi)先后調(diào)集了400多家單位、30余萬(wàn)名科技人員參與研制建設(shè)。

國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)領(lǐng)域企事業(yè)單位數(shù)量在14000家左右，從業(yè)人員數(shù)量超過(guò)50萬(wàn)。

每次發(fā)射，無(wú)論白晝黑夜還是酷暑嚴(yán)寒，無(wú)論頂風(fēng)冒雪還是大雨滂沱，發(fā)射首區(qū)和火箭殘骸落區(qū)多地的數(shù)十萬(wàn)人民群眾都自覺(jué)服從大局，積極進(jìn)行疏散。

每逢重要節(jié)點(diǎn)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的公安干警、警衛(wèi)人員和通信、電力、氣象、交通、醫(yī)療等行業(yè)員工堅(jiān)守各自崗位，共同筑起堅(jiān)固的安全保障……

堅(jiān)如磐石的群眾基礎(chǔ)，是北斗自信走向全球的最大底氣所在和不竭動(dòng)力之源。

北斗系統(tǒng)由衛(wèi)星、火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控、運(yùn)控、星間鏈路、應(yīng)用驗(yàn)證等七大系統(tǒng)組成，是跨部門(mén)、跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨地域的復(fù)雜系統(tǒng)工程。

“將總體設(shè)計(jì)部思想貫穿研制建設(shè)全過(guò)程，建立起科學(xué)完善的組織管理體系，這是北斗取得成功的重要經(jīng)驗(yàn)。”中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其說(shuō)。

在頂層，國(guó)家有關(guān)部門(mén)聯(lián)合成立領(lǐng)導(dǎo)小組，并設(shè)立管理辦公室，具體承擔(dān)國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域主管機(jī)構(gòu)職能，對(duì)北斗系統(tǒng)建設(shè)、應(yīng)用產(chǎn)業(yè)、國(guó)際合作實(shí)施歸口管理。

工程上下堅(jiān)持把推進(jìn)重大航天工程治理體系和治理能力現(xiàn)代化作為重要任務(wù)，不斷優(yōu)化管理和技術(shù)“兩條線”，形成“橫向到邊、縱向到底”的矩陣式組織管理模式。

在加強(qiáng)統(tǒng)一管理的同時(shí)，面向全系統(tǒng)遴選總設(shè)計(jì)師、副總設(shè)計(jì)師，工程總體和各大系統(tǒng)均選強(qiáng)配齊總師班底，建立總師聯(lián)席會(huì)議制度。重大任務(wù)期間，成立聯(lián)合工作組，相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)合成立發(fā)射場(chǎng)區(qū)指揮部，確保統(tǒng)一指揮、聯(lián)合行動(dòng)、高效實(shí)施。

實(shí)踐證明，在這個(gè)龐大的工作體系里，從總體層到系統(tǒng)層，從管理線到技術(shù)線，從建設(shè)口到應(yīng)用口，從設(shè)計(jì)方到施工方，不同類(lèi)型、不同隸屬的單位之所以能有機(jī)融為一體，得益于高效有力的總體設(shè)計(jì)部，以及與之匹配的體制機(jī)制和文化傳承。

“我們常說(shuō)，北斗是‘五千萬(wàn)工程，調(diào)動(dòng)了千軍萬(wàn)馬，經(jīng)歷了千難萬(wàn)險(xiǎn)，付出了千辛萬(wàn)苦，要走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，將造福千秋萬(wàn)代?！睏铋L(zhǎng)風(fēng)說(shuō)。

建設(shè)全球系統(tǒng)與區(qū)域系統(tǒng)相比，不是簡(jiǎn)單的規(guī)?！皵U(kuò)容”，而是全面的整體“升級(jí)”，對(duì)工程全線尤其是衛(wèi)星系統(tǒng)帶來(lái)空前挑戰(zhàn)。事前據(jù)專(zhuān)家論證測(cè)算，以當(dāng)時(shí)的研制能力，如果仍由一家單位抓總研制，很難在2020年底前完成30顆衛(wèi)星的研制生產(chǎn)。

為如期“交卷”，工程全線通過(guò)強(qiáng)化產(chǎn)品多家布局，特別是采取衛(wèi)星“雙總體”，讓兩個(gè)衛(wèi)星總體單位分別組織隊(duì)伍、同步抓總研制，為確保北斗三號(hào)全球系統(tǒng)快速高效組網(wǎng)發(fā)揮了重要作用。

今年北斗收官發(fā)射正值疫情防控吃勁階段，多支試驗(yàn)隊(duì)伍、數(shù)百名科技人員齊聚發(fā)射場(chǎng)，任務(wù)實(shí)施過(guò)程又一波三折。面對(duì)特殊嚴(yán)峻的形勢(shì)，總體層面精心做“統(tǒng)法”，統(tǒng)籌資源、統(tǒng)籌力量、統(tǒng)籌工作;各試驗(yàn)隊(duì)一再做“減法”，把現(xiàn)場(chǎng)人員壓到最少、工作流程調(diào)到最簡(jiǎn)、各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)控到最小;發(fā)射場(chǎng)全力做“加法”，加強(qiáng)防控措施、加大保障力度、加緊解決困難，齊心協(xié)力、共渡難關(guān)，有效確保了發(fā)射任務(wù)和場(chǎng)區(qū)防疫“雙勝利”。

2017年11月到2020年6月，我國(guó)成功發(fā)射30顆北斗三號(hào)組網(wǎng)星和2顆北斗二號(hào)備份星，成功率100%，以月均1顆星的速度，創(chuàng)造世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)發(fā)射新紀(jì)錄。

追求卓越闖出特色之路

在北斗系統(tǒng)研制建設(shè)過(guò)程中，工程全線克服種種困難，探索出一條從無(wú)到有、從有到優(yōu)、從有源到無(wú)源、從區(qū)域到全球的中國(guó)特色發(fā)展道路，憑著追求卓越的精神實(shí)現(xiàn)了“彎道超車(chē)”。

同樣是建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，美、俄和歐盟選擇搞“一步建全球”。我國(guó)起步晚、底子薄，明智選擇分步走，先解決有無(wú)、滿(mǎn)足急需，切實(shí)做到“把每個(gè)銅板都用在刀刃上”。

1983年，“863計(jì)劃”倡導(dǎo)者之一陳芳允院士，創(chuàng)造性地提出“雙星定位”構(gòu)想。這一方案，能以最小星座、最少投入、最短周期實(shí)現(xiàn)“從無(wú)到有”。

后來(lái)，北斗系統(tǒng)首任工程總設(shè)計(jì)師孫家棟院士，進(jìn)一步組織研究提出“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，決定先建試驗(yàn)系統(tǒng)，然后再建區(qū)域系統(tǒng)，最后建成全球系統(tǒng)。

行穩(wěn)致遠(yuǎn)、進(jìn)而有為。2000年建成北斗一號(hào)試驗(yàn)系統(tǒng)，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。2012年建成北斗二號(hào)區(qū)域系統(tǒng)，為亞太地區(qū)提供服務(wù)。2020年建成北斗三號(hào)全球系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)人孜孜以求的“全球夢(mèng)”。

奮斗沒(méi)有休止符，追夢(mèng)永遠(yuǎn)在路上：2035年左右，我國(guó)將建成以北斗系統(tǒng)為基礎(chǔ)，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。

與其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采取單一軌道星座構(gòu)型相比，北斗系統(tǒng)獨(dú)樹(shù)一幟，堅(jiān)定選擇走混合星座的特色發(fā)展之路。北斗一號(hào)建設(shè)時(shí)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)地球靜止軌道衛(wèi)星提供導(dǎo)航定位服務(wù)。

北斗二號(hào)系統(tǒng)充分繼承北斗一號(hào)用地球靜止軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ桓采w的成功經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)際上首創(chuàng)以地球靜止軌道和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星為骨干，兼有中圓軌道衛(wèi)星的混合星座。北斗系統(tǒng)高級(jí)顧問(wèn)、原工程副總設(shè)計(jì)師李祖洪說(shuō)，對(duì)于區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，這種“混搭”組合可以用最少衛(wèi)星數(shù)量實(shí)現(xiàn)最好覆蓋效果。

北斗三號(hào)系統(tǒng)將“混合星座構(gòu)型”發(fā)揚(yáng)光大，建成擁有24顆中圓軌道衛(wèi)星、3顆地球靜止軌道衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星組成的全球系統(tǒng)，為建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供了全新范式。

與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，北斗系統(tǒng)確有自己的“獨(dú)門(mén)絕技”：除提供全球定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)外，還能進(jìn)行短報(bào)文通信，開(kāi)創(chuàng)了通信導(dǎo)航一體化的獨(dú)特服務(wù)模式，是名副其實(shí)的“多面手”。

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(hù)只能知道“我在哪”。而北斗用戶(hù)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”。楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)：“這一招很管用，比如突發(fā)地震、海上遇險(xiǎn)時(shí)，在其他通信手段失效的情況下，北斗短報(bào)文通信可以成為傳遞求救信息、拯救生命的最后保險(xiǎn)索?！?/p>

如今，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，區(qū)域短報(bào)文發(fā)送能力一次提高近10倍，支持用戶(hù)數(shù)量從50萬(wàn)提高到1200萬(wàn)，而且能實(shí)現(xiàn)40個(gè)漢字的全球短報(bào)文通信。此外，北斗三號(hào)全球系統(tǒng)還可以提供星基增強(qiáng)、國(guó)際搜救、精密單點(diǎn)定位、地基增強(qiáng)等多樣化服務(wù)，能更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的多元化需求。

勇攀高峰矢志自主創(chuàng)新

關(guān)鍵核心技術(shù)是花錢(qián)買(mǎi)不來(lái)的，即使買(mǎi)來(lái)了也是不可靠的，引進(jìn)仿制的路子也走不遠(yuǎn)，中國(guó)北斗面對(duì)缺乏頻率資源、沒(méi)有自己的原子鐘和芯片等難關(guān)，走出了一條自主創(chuàng)新、追求卓越的發(fā)展道路。

北斗起步之時(shí)，國(guó)際上優(yōu)質(zhì)頻率資源已經(jīng)所剩無(wú)幾，經(jīng)過(guò)艱苦談判，終于推動(dòng)國(guó)際電聯(lián)從航空導(dǎo)航頻段中，辟出兩小段資源作為衛(wèi)星導(dǎo)航合法使用頻段。國(guó)際電聯(lián)規(guī)定，各國(guó)均可平等申請(qǐng)新資源使用權(quán)，但必須在7年有效期內(nèi)發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星，并成功接收傳回信號(hào)，逾期則自動(dòng)失效。

為保住2007年4月17日這一最后“窗口”，工程上下進(jìn)行全系統(tǒng)總動(dòng)員和大會(huì)戰(zhàn)，搶在2月底完成衛(wèi)星研制。然而臨射前，衛(wèi)星上的應(yīng)答機(jī)突現(xiàn)異常。為確保萬(wàn)無(wú)一失，工程試驗(yàn)隊(duì)果斷將已矗立塔架的星箭組合體拆開(kāi)，取出衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，72小時(shí)不眠不休，成功排除故障。

4月14日4時(shí)11分，這顆肩負(fù)重要使命的衛(wèi)星發(fā)射成功;17日20時(shí)許，北京清晰地接收到來(lái)自這顆衛(wèi)星的信號(hào)。

那一刻，距離頻率失效后限已不到4個(gè)小時(shí)。中國(guó)北斗在最后時(shí)刻“壓哨破門(mén)”，拿到了進(jìn)軍全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)俱樂(lè)部的“入場(chǎng)券”。

星載原子鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星的“心臟”，是衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，其性能對(duì)系統(tǒng)定位和授時(shí)精度具有決定性作用。

建設(shè)之初，國(guó)內(nèi)星載原子鐘技術(shù)比較薄弱。當(dāng)時(shí)，全世界只有少數(shù)國(guó)家有能力研制高性能星載原子鐘，進(jìn)口存在諸多困難和不確定性。

為盡早“讓中國(guó)的北斗用上最好的鐘”，工程總體組織相關(guān)科研單位和企業(yè)，成立3支研發(fā)隊(duì)伍同步進(jìn)行攻堅(jiān)。不到兩年時(shí)間，3支隊(duì)伍全都取得成功，自主研發(fā)出達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的原子鐘。

很快北斗衛(wèi)星上便批量搭載全國(guó)產(chǎn)化星載原子鐘，并實(shí)現(xiàn)“雙鐘”相互備份，衛(wèi)星可靠性和在軌壽命大幅提升。

缺少“中國(guó)芯”，一直是困擾我國(guó)高科技領(lǐng)域的一塊“心病”。對(duì)于北斗系統(tǒng)工程建設(shè)和應(yīng)用來(lái)說(shuō)，擁有國(guó)產(chǎn)芯片，對(duì)于確保安全性、穩(wěn)定性、可靠性至關(guān)重要。

通過(guò)深入動(dòng)員，工程上下形成寧可國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品“指標(biāo)低點(diǎn)，價(jià)格高點(diǎn)，也要大膽使用”的堅(jiān)定共識(shí);工程總體研究制定行動(dòng)規(guī)劃，將自主可控要求落實(shí)到關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)品研發(fā)、競(jìng)爭(zhēng)采購(gòu)等各環(huán)節(jié);建立由專(zhuān)項(xiàng)管理辦公室牽頭，多部門(mén)參加的自主可控協(xié)調(diào)小組，大力推廣使用自主芯片、模塊、軟件產(chǎn)品，通過(guò)邊建邊用、反復(fù)迭代，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量水平。

如今，國(guó)產(chǎn)北斗芯片工藝由0.35微米提升到28納米，已在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。支持北斗三號(hào)新信號(hào)的22納米工藝射頻基帶一體化導(dǎo)航定位芯片，體積更小、功耗更低、精度更高，已具備批量生產(chǎn)能力。截至2019年底，國(guó)產(chǎn)導(dǎo)航型芯片出貨量已超1億片，北斗導(dǎo)航型芯片、模塊高精度板卡和天線已輸出到120余個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

按照傳統(tǒng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行模式，需要在全球范圍內(nèi)建立眾多地面站。為解決北斗系統(tǒng)國(guó)內(nèi)建站實(shí)現(xiàn)全球運(yùn)行和服務(wù)的難題，北斗系統(tǒng)首創(chuàng)Ka頻段星間鏈路，創(chuàng)造性地提出高效解決方案。

為解決境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸通道問(wèn)題，工程專(zhuān)門(mén)組織研究團(tuán)隊(duì)攻克了星間鏈路關(guān)鍵技術(shù)，采取星間、星地測(cè)量和傳輸功能一體化設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面站的聯(lián)絡(luò)互通。

通過(guò)星間鏈路，所有在軌北斗衛(wèi)星連成一張大網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)北斗“兄弟”手拉手、心相通，相互間可以“通話”、測(cè)距，能自動(dòng)“保持隊(duì)形”，這不僅減小地面站規(guī)模、減輕地面管理維護(hù)壓力，而且還使衛(wèi)星定位精度大幅提高。憑借這一“絕活”，工程實(shí)現(xiàn)了僅依靠國(guó)內(nèi)布站情況下對(duì)全球星座的運(yùn)行控制，以及全球服務(wù)能力與世界一流系統(tǒng)的比肩。

2020年6月，北斗三號(hào)全球系統(tǒng)星座部署完成后，聯(lián)合國(guó)外空司專(zhuān)門(mén)發(fā)來(lái)視頻，肯定北斗系統(tǒng)正在推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，贊賞北斗系統(tǒng)在和平利用外太空、參與聯(lián)合國(guó)空間活動(dòng)國(guó)際合作方面作出的巨大貢獻(xiàn)。