天河漫漫 北斗璀璨
——“北斗”導航衛星背后的研發故事

□文/張蕾 潘晨

“北斗”衛星導航系統模型 供圖/人民視覺

“‘北斗三號’全球衛星導航系統正式開通！”2020年7月31日10時48分，習近平總書記向全世界宣告。從這一刻起，中國星座開始在浩瀚星空中閃亮。

“北斗三號”的全面開通，標志著中國正式成為世界上第三個獨立擁有全球衛星導航系統的國家。這背后，是幾代航天人的追夢接力。

回首來路，中國“北斗”蹚出了一條獨特的探索道路，在導航領域譜寫了一段波瀾壯闊的東方傳奇。

“小步快跑”刷新中國速度

“北斗工程”誕生之前，我國曾在衛星導航領域苦苦摸索，在理論探索和研制實踐方面開展了卓有成效的工作。作為先驅者，立項于20世紀60年代末的“燈塔計劃”雖然最終因技術方向轉型、財力有限等原因終止，卻如同黑夜中的一盞明燈，為后來上馬的“北斗工程”積累下寶貴的經驗。

中國導航衛星究竟走什么樣的道路？在國際導航競技場上，中國又一次站在了十字路口。

1983年，以陳芳允院士為代表的專家學者提出了利用2顆地球同步軌道衛星來測定地面和空中目標的設想，通過大量理論和技術上的研究工作，雙星定位系統的概念逐步明晰。

接下來，是一步跨到全球組網，還是分階段走？這在當時引發了不小的爭議。“系統一下子建那么大（全球組網），需要大量的時間和資金。當時剛剛開放，用戶還是集中在國內、周邊，因此‘先區域、后全球’的技術途徑符合中國國情。”參與了技術路線討論的“北斗一號”衛星總設計師范本堯院士說。

于是，“先區域、后全球”的思路被確定下來，“三步走”的“北斗”之路由此鋪開。

先解決有無。作為“第一步”，“北斗一號”要“花小錢，辦大事”，驗證系統設計思想的正確性。1993年年初，中國航天科技集團五院提出衛星總體方案，初步確定了衛星技術狀態和總體技術指標。1994年，“北斗一號”系統工程立項，組建衛星團隊全面展開研制工作。經過艱苦卓絕的關鍵技術攻關和重大故障的成功排除搶修，終于在2003年建成“北斗一號”系統，使我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛星導航系統的國家。

面對快速增長的應用需求，在保留“北斗”特色的同時，“北斗二號”邁出了提升性能的“第二步”。2004年，“北斗二號”正式立項研制，并于2006年成為國家16個重大科技專項之一。2012年12月27日，“北斗”系統面向亞太區域提供服務，成為國際衛星導航系統四大服務商之一。

站在前兩代的肩膀上，“北斗”的“第三步”邁得自信而堅定。立項于2009年12月的“北斗三號”開始嘗試沖刺和領跑，并于2018年完成10箭19星發射，創下世界衛星導航系統建設的新紀錄，在太空中再次刷新了“中國速度”。星間鏈路、全球搜救載荷、新一代原子鐘……伴隨著這些新“神器”閃耀登場，“北斗”導航系統的整體性能大幅提升。

把發展的主動權掌握在自己手中

“‘北斗’的研制，是中國人自己干出來的。‘巨人’對我們技術封鎖，不讓我們站在肩膀上。唯一的辦法，就是自己成為巨人。”“北斗一號”衛星總指揮李祖洪說。

作為國之重器，自主創新是“北斗工程”的必由之路。秉承“探索一代，研發一代，建設一代”的創新思路，中國“北斗”始終把發展的主動權牢牢掌握在自己手中。

“北斗”衛星導航系統已完成全球組網 供圖/人民視覺

“北斗一號”原創性地提出雙星定位的衛星實現方法，打破了國外技術壟斷，建立起國際上首個基于雙星定位原理的區域有源衛星定位系統——“北斗”導航衛星試驗系統。

“北斗二號”突破了區域混合導航星座構建、高精度時空基準建立的關鍵技術，實現星載原子鐘國產化，在國際上首次實現混合星座區域衛星導航系統。區域系統建成后，各項技術指標均與GPS等國際先進水平相當。

北斗人至今還記得研制首顆“北斗二號”衛星那段“激情燃燒的歲月”。根據國際電聯的規則，頻率資源是有時限的，過期作廢。時間不等人！在爭分奪秒完成前期所有研制任務后，為節省時間，所有參試人員進駐發射場后大干了3天體力活，搬設備、扛機柜、布電纜，接下來又是200小時不間斷地加電測試……這一次，院士、型號總師和技術人員一起排班，很多人因為水土不服而拉肚子、發燒，但大家都帶病堅持在崗位上，經受住了次次險情和種種考驗。2007年4月16日，在成功發射的兩天后，北京從飛行試驗星獲得清晰信號，此時距離空間頻率失效僅剩下不到4個小時——正是這次壯舉，有效地保護了我國衛星導航系統的頻率資源，拉開了“北斗”區域導航系統建設的序幕。

在“北斗三號”全球組網建設中，五院率先提出國際上首個高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成了具有自主知識產權的星間鏈路網絡協議、自主定軌、時間同步等系統方案；研發出國內首個適于直接入軌一箭多星發射的“全桁架式衛星平臺”，實現了衛星自主監測和自主健康管理；成功應用星載大功率微波開關、行波管功率放大器等關鍵國產化元器件和部組件，打破核心器部件長期依賴進口、受制于人的局面，為全球快速組網建設鋪平道路。

每顆“北斗”衛星都有強大的幕后團隊

“這是一項團隊工程，沒有個人英雄，航天事業的成功是一個團隊的成功。”“北斗三號”工程副總設計師、衛星首席總設計師謝軍說。

的確，每一顆“北斗”衛星都有著強大的幕后團隊，牽動著衛星、運載火箭、運控、應用、測控、發射場等各大系統。以衛星系統為例，總體設計、結構機械、熱控制、綜合電子、控制與推進、載荷等眾多分系統，以及測試、總裝等環節的北斗人，盡管身處不同崗位、面臨不同挑戰，但大家總是心往一處想、勁兒往一處使，共同推動“北斗工程”一步步穩健地向前邁進。

即便是團隊中的泰斗和“明星”人物，也不愛“藏著掖著”。他們相信“教會徒弟才能解放師傅，一代更比一代強”，從而熱心地推進知識轉移和人才培養，摸索出“自我學習，自我提高”的自助、“以老帶新，傳承經驗”的幫助、“專業培訓，注重實效”的輔助和“專業互補，共同進步”的互助這樣一個“四助”策略。

創業階段，老北斗人用藥盒和大頭針制作出簡易的衛星模型向新員工細細講解；后來，他們采用“共享筆記本”等形式，你一句、我兩行地記錄研制經驗和心得；后來，他們設立了督導師制度，手把手地助推青年成長，編著出總體設計指南以及各分系統的設計/工作手冊作為傳授寶典，以《航天器總體設計禁忌》詳解設計中的注意事項；再后來，創新開展的虛擬衛星培訓項目漸漸成為北斗新人們的必修課，大家分工協作，用不到一個月的時間設計一顆“麻雀雖小，五臟俱全”的虛擬衛星，通過考核后才能走上工作崗位……現在，他們又有了“科研生產一體化管控平臺”等數字化工具，顯著提升了設計制造能力。

給力的傳幫帶，加上密集組網的工程歷練，大大縮短了北斗人才成長的周期。如今，北斗研制形成了一支平均年齡38歲、老中青結合的團隊，先后走出了中國工程院院士范本堯以及10余名衛星總設計師/總指揮、20余名副總設計師/副總指揮等領軍人才，為我國航天事業的發展錘煉出一個寶貴的“明星”陣容。

探尋“北斗”導航衛星研制的背后故事，也就領悟到自主創新、團結協作、攻堅克難、追求卓越的北斗精神。天河漫漫，北斗璀璨，浩渺的星河從未離我們如此之近。

“北斗”給人們的衣食住行帶來極大便利 供圖/人民視覺