天河漫漫 北斗璀璨——“北斗”导航卫星背后的研发故事

□文/张蕾 潘晨

“北斗”卫星导航系统模型 供图/人民视觉

“‘北斗三号’全球卫星导航系统正式开通！”2020年7月31日10时48分，习近平总书记向全世界宣告。从这一刻起，中国星座开始在浩瀚星空中闪亮。

“北斗三号”的全面开通，标志着中国正式成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家。这背后，是几代航天人的追梦接力。

回首来路，中国“北斗”蹚出了一条独特的探索道路，在导航领域谱写了一段波澜壮阔的东方传奇。

“小步快跑”刷新中国速度

“北斗工程”诞生之前，我国曾在卫星导航领域苦苦摸索，在理论探索和研制实践方面开展了卓有成效的工作。作为先驱者，立项于20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，却如同黑夜中的一盏明灯，为后来上马的“北斗工程”积累下宝贵的经验。

中国导航卫星究竟走什么样的道路？在国际导航竞技场上，中国又一次站在了十字路口。

1983年，以陈芳允院士为代表的专家学者提出了利用2颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标的设想，通过大量理论和技术上的研究工作，双星定位系统的概念逐步明晰。

接下来，是一步跨到全球组网，还是分阶段走？这在当时引发了不小的争议。“系统一下子建那么大（全球组网），需要大量的时间和资金。当时刚刚开放，用户还是集中在国内、周边，因此‘先区域、后全球’的技术途径符合中国国情。”参与了技术路线讨论的“北斗一号”卫星总设计师范本尧院士说。

于是，“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。

先解决有无。作为“第一步”，“北斗一号”要“花小钱，办大事”，验证系统设计思想的正确性。1993年年初，中国航天科技集团五院提出卫星总体方案，初步确定了卫星技术状态和总体技术指标。1994年，“北斗一号”系统工程立项，组建卫星团队全面展开研制工作。经过艰苦卓绝的关键技术攻关和重大故障的成功排除抢修，终于在2003年建成“北斗一号”系统，使我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

面对快速增长的应用需求，在保留“北斗”特色的同时，“北斗二号”迈出了提升性能的“第二步”。2004年，“北斗二号”正式立项研制，并于2006年成为国家16个重大科技专项之一。2012年12月27日，“北斗”系统面向亚太区域提供服务，成为国际卫星导航系统四大服务商之一。

站在前两代的肩膀上，“北斗”的“第三步”迈得自信而坚定。立项于2009年12月的“北斗三号”开始尝试冲刺和领跑，并于2018年完成10箭19星发射，创下世界卫星导航系统建设的新纪录，在太空中再次刷新了“中国速度”。星间链路、全球搜救载荷、新一代原子钟……伴随着这些新“神器”闪耀登场，“北斗”导航系统的整体性能大幅提升。

把发展的主动权掌握在自己手中

“‘北斗’的研制，是中国人自己干出来的。‘巨人’对我们技术封锁，不让我们站在肩膀上。唯一的办法，就是自己成为巨人。”“北斗一号”卫星总指挥李祖洪说。

作为国之重器，自主创新是“北斗工程”的必由之路。秉承“探索一代，研发一代，建设一代”的创新思路，中国“北斗”始终把发展的主动权牢牢掌握在自己手中。

“北斗”卫星导航系统已完成全球组网 供图/人民视觉

“北斗一号”原创性地提出双星定位的卫星实现方法，打破了国外技术垄断，建立起国际上首个基于双星定位原理的区域有源卫星定位系统——“北斗”导航卫星试验系统。

“北斗二号”突破了区域混合导航星座构建、高精度时空基准建立的关键技术，实现星载原子钟国产化，在国际上首次实现混合星座区域卫星导航系统。区域系统建成后，各项技术指标均与GPS等国际先进水平相当。

北斗人至今还记得研制首颗“北斗二号”卫星那段“激情燃烧的岁月”。根据国际电联的规则，频率资源是有时限的，过期作废。时间不等人！在争分夺秒完成前期所有研制任务后，为节省时间，所有参试人员进驻发射场后大干了3天体力活，搬设备、扛机柜、布电缆，接下来又是200小时不间断地加电测试……这一次，院士、型号总师和技术人员一起排班，很多人因为水土不服而拉肚子、发烧，但大家都带病坚持在岗位上，经受住了次次险情和种种考验。2007年4月16日，在成功发射的两天后，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下不到4个小时——正是这次壮举，有效地保护了我国卫星导航系统的频率资源，拉开了“北斗”区域导航系统建设的序幕。

在“北斗三号”全球组网建设中，五院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；研发出国内首个适于直接入轨一箭多星发射的“全桁架式卫星平台”，实现了卫星自主监测和自主健康管理；成功应用星载大功率微波开关、行波管功率放大器等关键国产化元器件和部组件，打破核心器部件长期依赖进口、受制于人的局面，为全球快速组网建设铺平道路。

每颗“北斗”卫星都有强大的幕后团队

“这是一项团队工程，没有个人英雄，航天事业的成功是一个团队的成功。”“北斗三号”工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军说。

的确，每一颗“北斗”卫星都有着强大的幕后团队，牵动着卫星、运载火箭、运控、应用、测控、发射场等各大系统。以卫星系统为例，总体设计、结构机械、热控制、综合电子、控制与推进、载荷等众多分系统，以及测试、总装等环节的北斗人，尽管身处不同岗位、面临不同挑战，但大家总是心往一处想、劲儿往一处使，共同推动“北斗工程”一步步稳健地向前迈进。

即便是团队中的泰斗和“明星”人物，也不爱“藏着掖着”。他们相信“教会徒弟才能解放师傅，一代更比一代强”，从而热心地推进知识转移和人才培养，摸索出“自我学习，自我提高”的自助、“以老带新，传承经验”的帮助、“专业培训，注重实效”的辅助和“专业互补，共同进步”的互助这样一个“四助”策略。

创业阶段，老北斗人用药盒和大头针制作出简易的卫星模型向新员工细细讲解；后来，他们采用“共享笔记本”等形式，你一句、我两行地记录研制经验和心得；后来，他们设立了督导师制度，手把手地助推青年成长，编著出总体设计指南以及各分系统的设计/工作手册作为传授宝典，以《航天器总体设计禁忌》详解设计中的注意事项；再后来，创新开展的虚拟卫星培训项目渐渐成为北斗新人们的必修课，大家分工协作，用不到一个月的时间设计一颗“麻雀虽小，五脏俱全”的虚拟卫星，通过考核后才能走上工作岗位……现在，他们又有了“科研生产一体化管控平台”等数字化工具，显著提升了设计制造能力。

给力的传帮带，加上密集组网的工程历练，大大缩短了北斗人才成长的周期。如今，北斗研制形成了一支平均年龄38岁、老中青结合的团队，先后走出了中国工程院院士范本尧以及10余名卫星总设计师/总指挥、20余名副总设计师/副总指挥等领军人才，为我国航天事业的发展锤炼出一个宝贵的“明星”阵容。

探寻“北斗”导航卫星研制的背后故事，也就领悟到自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越的北斗精神。天河漫漫，北斗璀璨，浩渺的星河从未离我们如此之近。

“北斗”给人们的衣食住行带来极大便利 供图/人民视觉