北斗：遠在天外，近在身邊

第五十九、六十顆北斗導航衛星在軌示意圖。中國科學院供圖

研制人員正在進行衛星總裝工作。中國航天科技集團五院供圖

前不久，我國在西昌衛星發射中心成功發射第五十九、六十顆北斗導航衛星。該組衛星是我國北斗三號全球衛星導航系統建成開通后發射的第二組中圓地球軌道衛星，也是北斗三號全球衛星導航系統的最后一次發射。

北斗衛星導航系統（以下簡稱“北斗系統”）是我國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行的衛星導航系統。經過多年發展，北斗系統已成為面向全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導航與授時服務的重要新型基礎設施。

從北斗一號、北斗二號到北斗三號，從雙星定位到全球組網，從覆蓋亞太到服務全球，自1994年工程立項，北斗系統已走過波瀾壯闊的30年。

30年來，全體北斗人秉承“自主創新、開放融合、萬眾一心、追求卓越”的新時代北斗精神，踐行“中國的北斗、世界的北斗、一流的北斗”發展理念，將北斗系統建設成為一張亮麗的“國家名片”。

“不管遇到什么困難，我都會咬牙堅持到最后”

根據我國導航衛星建設規劃，北斗一號覆蓋國內區域，北斗二號擴大到亞太區域，北斗三號走向全球。

2020年7月31日，北斗三號全球衛星導航系統正式開通。由我國建成的獨立自主、開放兼容的衛星導航系統，從此開啟了高質量服務全球、造福人類的嶄新篇章。

回顧創新歷程，北斗三號能夠從區域走向全球，關鍵的技術難點之一，就是高效實現衛星之間的測量通信。

為此，我國科研人員大膽創新、獨辟蹊徑，提出星間鏈路技術。所謂“星間鏈路”，就是衛星和衛星之間的一條通信線路，是航天器與航天器之間具有數據傳輸和測距功能的無線鏈路，基于國內布站條件提供全球運行服務。有了這項技術，即使“看不見”在地球另一面的北斗衛星，通過北斗衛星的星間鏈路同樣能與它們取得聯系，這是北斗全球導航系統建設的一大特色。

康成斌深度參與了星間鏈路的關鍵技術攻關。這位中國航天科技集團五院通信導航部導航室主任，自2010年參加工作起，就全身心投入北斗系統的研制中。

實現“星連星”“太空架橋”難度極高。康成斌介紹，北斗三號系統中衛星與衛星的距離最遠達到7萬公里，既要讓遙遙相望的兩顆衛星仿佛近在咫尺，又要保證7萬公里距離之間即使發生厘米級位置變化，都能被第一時間感知和測量，且星座中任意兩顆星都要建立起類似聯系，“這是一項巨大的技術跨越”。

“幾乎從零起步，團隊壓力很大。”康成斌說，既要充分論證科學原理的正確性，還要開展不計其數的試驗驗證。

為了加快突破星間鏈路技術，不耽誤衛星研制整體進度，康成斌和團隊成員們睡在試驗場地，從早到晚、爭分奪秒開展星間鏈路技術測試。

測試出現問題，康成斌帶領團隊沉著冷靜地推導、測算，直至把所有疑點都查找出來。“不管遇到什么困難，我都會咬牙堅持到最后。”這是支撐康成斌挺過難關的信念。令他動容的是，其間，多位白發蒼蒼的總師院士、技術專家主動來到場地，慷慨相助。

星間鏈路技術，讓北斗系統實現了“一星通，星星通”。從一片空白、奮力追趕，再到和世界領先的全球導航系統并肩而立，一代代科研人員自立自強、自主創新、拼搏超越，蹚出了一條獨具特色的衛星導航探索之路。

“踮起腳尖去夠一夠最好的技術，才能確保先進性”

北斗系統，匯集了全國400多家單位聯合攻關，凝聚了30多萬名科研人員的汗水和智慧。其中，北斗三號的衛星研制，由中國航天科技集團五院和中國科學院微小衛星創新研究院共同擔綱。

北斗三號最后一顆組網星打完后，中國科學院微小衛星創新研究院研究員、北斗三號衛星系統首席總設計師林寶軍收到一條短信，短信中說，“這顆星終于成功了，我們完成了別人認為不可能完成的事情”。

談及創新秘訣，林寶軍給出的答案是“理念創新”。

時間回到2015年3月30日，北斗三號全球系統首發試驗星成功升空入軌，這是中國科學院抓總研制的第一顆北斗導航衛星。這顆試驗星的新技術超過70%，運行良好。

按照慣例，衛星上的新技術比例一般不超過30%。為什么敢從30%變成70%？

林寶軍說：“關鍵技術攻關一般需要10年，衛星的壽命往往在10年以上，到衛星運行終結時，使用的已經是20年前的技術了。因此，理念的創新性和前瞻性就顯得很重要，要勇敢突破一些傳統觀念的條條框框。”在他看來，在有成熟技術保底的基礎上，“踮起腳尖去夠一夠最好的技術，才能確保先進性。”

林寶軍將衛星上的結構、熱控等10多個分系統合并成電子學、控制、結構、載荷四大功能鏈，簡化了系統結構，提升了整體可靠性。例如，原來每個分系統都需要計算機，一顆衛星上甚至要24臺計算機，通過技術創新，現在一臺計算機就可以完成整星計算。經過反復篩選驗證，團隊選用成熟的元器件和工藝路線，確保創新技術落地，使衛星整體技術領先。

這期間，有人質疑：“我們能不能稍微穩當點？”頂住壓力，林寶軍率領這支平均年齡只有31歲的團隊，不舍晝夜，終于研制出了性能優異的衛星。僅在2018年，團隊就高密度研制發射了8顆北斗三號中圓地球軌道組網衛星，為北斗三號建成基本系統作出了突出貢獻。

據介紹，北斗系統攻克了一大批關鍵核心技術，突破多種器部件國產化研制，實現北斗三號衛星核心器部件國產化率100%。

“讓‘衛星短信’走進千家萬戶”

龐大精密的北斗系統除了由衛星構成的空間段，還包括由測控系統、運控系統等構成的地面段，以及各類終端及應用系統構成的用戶段。

鄭曉冬是中國電子科技集團網絡通信研究院的一名正高級工程師，從事北斗導航地面系統建設20余年，他率領團隊自主研發出了獨具中國特色的北斗民用短報文通信平臺。

從功能看，其他衛星導航系統僅能無源定位，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”。當遭遇突發地震、海上遇險，在其他通信手段失效的情況下，北斗短報文通信可以成為人們傳遞求救信息、拯救生命的關鍵保障。

鄭曉冬帶領團隊相繼攻克了微弱信號捕獲及跟蹤、高精度同步等多項技術難題，取得一系列創新突破，使得北斗三號在全面兼容北斗二號系統短報文通信服務的基礎上，信息發送能力提升到一次1000個漢字，極大提升了短報文系統服務能力，為短報文的規模化應用奠定基礎。

“讓‘衛星短信’走進千家萬戶。”為此，鄭曉冬團隊還創造性提出了將北斗短報文置入智能手機的理念。一臺手機，如何與太空中的衛星直接建立連接？

“這需要產品在非常小的體積下還要具備大功率發射和高靈敏度接收的能力。”鄭曉冬和團隊攻克高靈敏度快速捕獲、射頻基帶一體化設計等核心技術，研制出全球首款低成本低功耗北斗短報文消費終端芯片。

研發歷程并非一帆風順。鄭曉冬回憶，有一次團隊聯合手機廠商搭建手機測試環境，開展實際測試時，調試始終不成功，大家非常焦慮。此時，團隊核心成員王曉玲提出了一個想法——對多個城市進行北斗衛星信號測試，通過真實的測試數據分析問題、優化性能。這個思路得到團隊認可，大家克服困難，短短一個月內就完成了百余個城市的北斗衛星信號測試，依靠這些寶貴的測試數據，制定了整體解決方案，解決了所有問題。

“如今，通過將短報文芯片置入手機，使手機能夠在沒有地面移動網絡情況下具備與外界緊急通信的能力，這樣的手機可以廣泛應用在遇險報警、應急救援、災害指揮、海上作業等場景。”鄭曉冬說。

北斗遠在天外，應用近在身邊。目前，全國已有超過2500處水庫應用北斗短報文通信服務水文監測，搭載國產北斗高精度定位芯片的共享單車投放已突破1000萬輛，支持北斗短報文通信功能的手機已發布。北斗系統正全力賦能各行各業，成為推動經濟社會發展的時空基石和重要引擎。

根據中國衛星導航系統管理辦公室發布的規劃，要在2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。瞄準這個目標，北斗人一直在路上。