“衛星之父”談北斗

楊 時 彭 輝

需要用一大段的篇幅，才可能較完整地寫下孫家棟的頭銜。在學術上，他是中國科學院院士；如果結合當今中國科學領域最炙手可熱的名詞如 “北斗”“嫦娥”，那他是北斗導航衛星第二代應用衛星的工程總師，也是中國探月工程總設計師；如果提及榮譽，他是中國“兩彈一星”功勛科學家，國家最高科學技術獎獲得者……

中國空間技術研究院在1967年成立之初，孫家棟擔任中國第一顆人造地球衛星技術負責人。從此孫家棟開始與衛星結緣，先后擔任了中國第一顆遙感探測衛星、第一顆返回式衛星的技術負責人、總設計師。在中國自主研制發射的100個航天飛行器中，由孫家棟擔任技術負責人、總設計師或工程總師的就有34顆，被業界公認為中國的“衛星之父”。

2010年底的一天，孫家棟在中國航天科技集團的辦公室里接受了《中國新聞周刊》的專訪，評述北斗計劃發展歷程以及中國衛星整體發展狀況。

中國新聞周刊：衛星導航功能是如何醞釀出來的？

孫家棟：1957年，蘇聯第一顆衛星上天。在那個年代，上天很不容易，科學家們所有的精力都集中在怎么將衛星送上去。至于送上去后干什么，當然也有少數科學家證明研究，但重點還是集中在這個夢想—怎么樣擺脫地球引力的束縛，即上天。第一顆衛星上天后，老百姓很激動很興奮，給科學家的震動也很大。

衛星上天后，科學家們就開始想如何讓它為人類服務。衛星有三個方面的用途：信息傳遞、信息獲取和導航。信息傳遞，比如說電視、通信。因為有了衛星，奧運會才能一夜之間傳播到世界各地，才能成為一大筆盈利。

所謂的信息獲取，就是氣象衛星、資源衛星、天文衛星等等。相當于在衛星上裝一個照相機，通過這個方法觀測地球或者太陽等其他星星。美國剛剛宣布說發現了離地球最近的黑洞，形成的時間也很短，才30多年。這個發現對科學的推動是非常厲害的，這也就是依靠了衛星的信息獲取功能。

再往下發展，科學家們就想，衛星發射上去之后，能不能把衛星當成一個自然星體去觀察呢？這就講到了導航問題。人類航海，一開始就是用北斗星來導航，通過測量北斗星的高度來換算出相應的地球緯度。有了人造衛星之后，能不能用它來導航呢？這個問題比較復雜。因為北斗星離人們很遠，角度變化很小。此外，經過人們長期的觀察，跟北斗星之間的相對位置是可以換算出來的。而人造衛星圍繞地球轉動很快，觀察計算起來很難。所以帶著這個問題，科學家們開始想盡一切辦法，動了很多腦筋。

經過大量科學研究之后，科學家們在理論上把這個問題摸索清楚了。一顆衛星傳遞下來的信號，經過處理以后，與地球的圓面交叉以后，在地面上畫個圓環。假設有兩顆衛星，就畫個圓環，兩個圓環一定有兩個交叉點，所以當你接到兩個衛星的信號的時候，你一定在這兩個交叉點的其中一個。假設你能接到三顆衛星的信號，那么第三顆星和這兩顆星間又有一個交叉點，你所在那個交叉點一定是三顆星信號的交叉點。就這樣，利用天上三四顆衛星傳下來的無線信號和地面的關系，經過一些復雜的數學處理以后，就可以做到精確定位。

但這又有另外一個問題：衛星圍繞著地球在動，你怎么樣保證隨時隨地都能看見四顆星呢？所以，光有四顆星是不夠的，得圍繞地球多打星。這樣算來算去，得圍繞地球做一個網，這個網里有24顆衛星。

這個理論是美國人先提出來的。美國的GPS衛星導航系統圍繞地球發射24顆衛星，就可以保證在人類活動的大部分地區，任何時間地點都可以同時看到四顆星，可以滿足導航定位的問題。

中國新聞周刊：美國GPS開始發展的時候，你就有所接觸了嗎？

孫家棟：那個時候，中國剛剛粉碎“四人幫”，改革開放初期。1979年鄧小平到美國訪問，就向美國總統提出來采購兩個大項目，一個是通訊衛星，一個是遙感衛星地面接收站。后來，我第一次作為中國代表團成員，到美國去采購通訊衛星。代表團里還有中國科學院和廣播電視部的同志。我們在美國停留40多天，和美國航天局的人接觸，給我印象特別深。當時，GPS剛開始起步，他們給我們講，GPS是要提供全球性服務的。事實上，GPS系統也是一步一步不斷在調整和改進。一開始，GPS的目的性很強，就是為軍事服務，但是辦成了以后，美國人就漸漸發現民用領域的作用特別大。

中國新聞周刊：中國的衛星發展過程有什么特點？導航衛星又是如何起步的？

孫家棟：1970年中國第一顆人造衛星“東方紅”號上天以后，我感覺國家對于航天事業的指導方針是非常明確的，可以歸納為四個字，就是發展“急用”和“實用”項目。當時，提出來先發展“尖兵”，也就是監控衛星。后來就開始研制返回式衛星。前者是信息傳遞，后者就是信息獲取。在這個基礎上，就開始搞通訊衛星，因為部隊需要通訊。通訊衛星沒上天以前，通訊就靠鐵路邊上的一排電線桿子。到了80年代初，就開始搞氣象衛星。

80年代中期，有科學家開始反復探討衛星導航問題，我印象最深的，是以陳芳允為代表提出的雙星定位理論。結合我們國家的特點，經濟實力的情況，以及在國際上的地位，科學家們在一塊反復研究這個問題。得出的第一個意見是，我們國家在那個年代暫時還沒有建設全球性衛星導航定位系統的需求。其次，要結合國家的經濟實力，得有個長遠的規劃。根據當時中國的經濟實力，如果要搞一個全球性的衛星系統，經濟上難以承受。第三，那個時候的技術水平也難以保障，如果搞全球的導航定位，技術上需要克服很多困難。

但是，我們也認為，當時國家雖然沒有全球性的需要，但從長遠考慮，今后建立全球性的導航定位系統，對于本國經濟發展一定是需要的。

中國新聞周刊：北斗系統現在開始推廣民用，在應用方面，北斗系統面臨什么挑戰？

孫家棟：我們要給使用者樹立信心，比如航天段的保證，不能說今天發六顆星，明天就壞三顆，那么誰還買你這個終端機？另外，地面管理等等也都是一套很復雜的系統，要對用戶負責，出現問題要給予及時有效的反饋與服務。此外，不能對軍用和民用區別看待。在和平時期，民用其實更重要。

總之，一定要讓用戶覺得方便可靠。GPS在市場上有如此大的份額，你不可能把他都擠出去。我的想法是，我們要加強和美國GPS的聯系，盡量做到互操作，同時不影響我們系統的獨立自主。也就是說，讓我們的用戶機既可以接受GPS的信號，又能接受北斗的信號，兩個信號可以同時綜合使用，提高精度。如果GPS搞“小動作”，可以把它關閉掉，我們自己的北斗可以獨立工作。這種芯片要靠我們自己開發，別人是不可能給你開發的。所以，這里頭需要有很多技術力量，要靠我們自己。不過，我想，要開發個芯片也不是什么難事。

我們使用的所有終端設備，要特別強調國產化。假如到了2020年，北斗的產值是四五千個億，而其中有三千個億是買外國的零部件回來裝的，中國的附加值就一千個億——咱們千萬別干這個事。在這個問題上，國家要下決心。

關于北斗系統的應用，我感覺當前形勢還是很好的，各級領導都開始認識到民用領域的重要性。我感覺再有個兩三年時間，北斗系統基本組成一個區域網，到那個時候，北斗的應用會達到一個高潮。 ★