26載59星 中國北斗的非凡之旅

龐丹

2020年6月23日，由中國航天科技集團有限公司五院抓總研制的第55顆北斗導航衛星成功發射，北斗三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。

中國航天人于20世紀80年代開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路，形成了“三步走”發展戰略。隨后，用26年的時間實現了59星發射。回首中國北斗自主創新的發展歷程，作為北斗導航研制的“國家隊”，航天科技集團五院的研制團隊匯聚各方力量，同舟共濟，攜手拼搏，走出了一條獨特的探索道路。

雄關漫道導航路

早在北斗工程誕生之前，我國就曾在衛星導航領域苦苦摸索，在理論探索和研制實踐方面都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，但它卻如同黑夜中的一盞明燈，以十余年的設計、研制為五院積累了寶貴的工程經驗。

艱難的抉擇。1983年，以陳芳允院士為代表的專家學者提出了利用兩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。接下來的北斗路，是一步跨到全球組網，還是分階段走？在當時引發了不小的爭議。最終，“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。1993年初，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，五院組建了衛星研制隊伍，全面展開研制工作。然而，當時國外對我們技術封鎖，國內的部件廠家尚未成熟，北斗一號研制只能在摸索中起步。據航天科技集團五院北斗一號總設計師范本堯院士回憶，國產化從北斗一號的太陽帆板做起，“當時很多衛星都不敢上，北斗是第一個‘吃螃蟹的，硬著頭皮上”。之后的國產化攻關更為艱苦，不論是東方紅三號平臺的橫空出世，還是影響長壽命的關鍵部件，憑借自力更生的創業精神，以李祖洪總指揮、范本堯總設計師等為代表的老一輩北斗人逐一攻克，終于在2003年建成了北斗一號系統，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。此間積累的建設和應用實踐經驗、教訓，以及迅速成長的北斗研制隊伍，為后續工程建設打下堅實的基礎。

長風破浪會有時

1999年，五院在全力研制北斗一號衛星的同時，展開了對第二代衛星導航定位系統的論證。2004年，北斗二號衛星工程正式立項研制。為實現快速形成區域導航服務能力的國家戰略，以謝軍、楊慧等為代表的北斗人設計了國際上首個以GEO/IGSO衛星為主、有源與無源導航多功能服務相融合的衛星方案，攻克了以導航衛星總體技術、高精度星載原子鐘等為代表的多項關鍵技術，打破了國外的技術封鎖，建成了國際上首個混合星座區域衛星導航系統。2012年12月，該系統開通服務，服務區覆蓋亞太地區。

談起北斗二號8年激情燃燒的研制歲月，很多北斗人記憶猶新。2007年正是首顆北斗二號衛星研制攻關的關鍵時刻。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！爭分奪秒完成了前期所有研制，為節省時間，所有參試人員進駐發射場后又大干三天體力活，搬設備、扛機柜、布電纜。沒有片刻的喘息，緊接著就是200小時不間斷地加電測試。這一次，院士、型號老總和技術人員一起排班，共同度過次次險情和種種考驗。不少隊員都因為水土不服而拉肚子、發燒，謝軍總設計師暈倒了三次，但大家都帶病堅持在崗位上……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有不到4個小時。此次壯舉，有效地保護了我國衛星導航系統的頻率資源，為北斗區域導航系統建設有序推進起到了重要的作用。

和空間頻率申報期賽跑、攻克一道道技術難關、三年14星連戰連捷……汗水與淚水交錯中，研制團隊圓滿完成了北斗二號衛星部署，2012年12月27日，北斗衛星導航系統正式提供區域服務，北斗系統成為國際衛星導航系統四大服務商之一。

扶搖九天任君行

2000年成功研制我國第一代導航衛星試驗系統，2012年成功建成國際上首個混合星座區域衛星導航系統，北斗導航“三步走”戰略順利完成前面兩大步，蹄疾而步穩。

就在北斗二號正式提供區域導航定位服務前，北斗三號全球導航系統的論證驗證工作拉開序幕，并明確了研制要求，確定了建設獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的全球衛星導航系統的發展目標，自此，北斗一馬當先，開啟了從創新發展的新征程。

建設高性能、高可靠的北斗全球衛星導航系統，是我國科技領域中長期發展規劃的16項重大專項之一，系統建設既是對北斗區域系統的完善與升級，更是聚焦世界一流衛星導航系統的攀登與跨越。系統建成后性能與GPS相當，將使我國衛星導航系統達到國際先進水平。

相對于北斗二號區域系統，北斗三號服務區域將擴展至全球，同時，實現了下行導航信號升級與改造等關鍵技術方面的突破，實現了與北斗二號下行導航信號的平穩過度，并在此基礎上增加了新的導航信號，為用戶提供更為優質的服務。

站在前兩代星座的肩膀上，北斗“第三步”邁得無比自信。航天科技集團五院的研制團隊在謝軍、遲軍、王平、陳忠貴等專家的帶領下，匯聚各方力量，把車間當成戰場，把攻關當成戰斗，奮勇拼搏，先后攻克了北斗系統的各種難關。

新突破實現聯通無極限。由于我國北斗系統不能像美國GPS那樣，在全球建立地面站，為了解決境外衛星的數據傳輸通道，航天科技集團五院北斗三號研制團隊攻克了星座星間鏈路技術，采取星間、星地傳輸功能一體化設計，實現了衛星與衛星、衛星與地面站的鏈路互通，這就是說，雖然“看不見”在地球另一面的北斗衛星，但用北斗衛星的星間鏈路同樣能與它們取得聯系。用星間鏈路技術實現太空兄弟間手拉手，心相通，不僅實現了相互間的通信和數據傳輸，還能相互測距，自動“保持隊形”，可以減輕地面管理維護壓力。星間鏈路技術的應用中，設計了全新的網絡協議、管理策略和路由策略，解決了不能全球布站進行衛星境外監測的難題，是北斗全球導航系統建設的一大特色。

新技術實現衛星長壽命。“北斗是一個開放的系統，中國的北斗，世界的北斗，中國發展衛星導航技術是國民經濟的重要基礎設施，也是為全人類提供時間坐標和空間坐標的基礎設施，服務的連續性和穩定性十分重要”，航天科技集團五院北斗三號衛星總指揮遲軍介紹說，就像停水停電影響城市生活一樣，衛星導航服務一旦中斷，國家和社會的正常運行會受到很大的影響，因此，對衛星導航的可靠性、連續性提出了苛刻設計的要求。為了提高衛星在軌服務的可靠性，北斗三號衛星采取了多項可靠性措施，使衛星的設計壽命達到12 年，達到國際導航衛星的先進水平，為北斗系統服務的連續、穩定提供了基礎保證。

新“神器”讓服務“零誤差”。為了提高服務的精度，北斗三號配置了新一代原子鐘，通過提升原子鐘指標，提升衛星性能、改善用戶體驗。原子鐘是利用原子躍遷頻率穩定的特性保證產生時間的精準性，目前國際上主要有銣原子鐘、氫原子鐘、銫原子鐘等。我國北斗衛星采用銣原子鐘，同時還配置了性能更高的新研國產氫原子鐘。氫原子鐘雖然質量和功耗比銣原子鐘大，但穩定性和漂移率等指標更優。相對于銣原子鐘，我國起步更晚，2015年我國研制的氫原子鐘首次在軌應用驗證，為北斗全球導航系統進行了技術探索，至今功能、性能十分穩定。星載氫原子鐘的在軌應用，對于實現北斗導航定位“分秒不差”，發揮著重要作用。

自2009年12月，北斗三號研制團隊開始加速沖刺，并在2018年成功實現一年19星發射，在太空中再次刷新了“中國速度”，不僅率先提出了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，填補了國內空白;而且研發、建立了器部件國產化從研制、驗證到應用的一體化體系，徹底打破了核心器部件長期依賴進口、受制于人的局面……今日之北斗，已取得史詩般的進步和成就，“三步走”的戰略路徑，從“夢想在望”變成“夢想在握”。

讓我們沿著時間的脈絡，再次梳理中國北斗的傳奇之路：

1994年，北斗一號系統工程立項;

2003年，北斗一號系統建成，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;

2004年，北斗二號衛星工程立項;

2012年，成功建成國際上首個混合星座區域衛星導航系統，北斗衛星導航系統正式提供區域服務，北斗系統成為國際衛星導航系統四大服務商之一;

2009年12月，北斗三號基本系統立項;

2018年12月27日，北斗三號基本系統正式向“一帶一路”及全球提供基本導航服務，中國北斗距離全球組網的目標邁出了實質性的一步;

2019年12月底，全球系統核心星座部署完成，對北斗導航系統全球組網的順利完成具有里程碑式重要意義;

2020年6月23日，第55顆北斗導航衛星成功發射，北斗三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。

未來計劃2035年，以北斗系統為核心，建設完善更加廣泛、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。