中国北斗全球卫星导航系统建设纪略

来源:人民网 编辑:李 莉 娜2020-08-01 14:40:10
浏览

  经济日报·中国经济网记者 姜天骄

  编者按 中国北斗,我国自主建设的卫星导航系统。自1994年北斗一号立项以来,历经二十六载,从无到有,从有源到无源,从区域到全球,交出一份沉甸甸的“成绩单”。

  2020年7月31日,中国向全世界郑重宣告,中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全面建成,中国北斗自此开启高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。它将以更加开放包容的姿态拥抱世界,同世界一起书写时空服务新篇章。

  抗击疫情,分秒必争。北斗“交通”打通火线运输线,确保防疫物资及时送达;

 

  国庆阅兵,举世瞩目。北斗“标齐”大显身手,受阅方队、装备“米秒不差”,阅出了军威、国威;

  在世界之巅珠穆朗玛峰,北斗为中国攀登者完成高程测量提供主要数据;

  在惊涛骇浪的南海,中国渔民无论行驶到哪块海域都在中国北斗的俯瞰之中;

  在山洪频发的山区,“北斗+气象”让居民早知晴雨,更好地开展生态保护、资源开发和探险旅游;

  在川流不息的马路,北斗让人们自由穿梭于大街小巷……

  这就是中国北斗,我国自主建设的卫星导航系统。它是国家安全和经济社会发展不可或缺的信息基础设施,是大国地位和综合国力的重要标志。

  2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京人民大会堂隆重举行。中国向全世界郑重宣告,中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全面建成,中国北斗自此开启了高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。

  从此,中国北斗正式走出国门,成为服务全球的卫星导航系统,它将以更加开放包容的姿态拥抱世界,同世界一起书写时空服务新篇章。

  命名“北斗”

  1994年,世界首个全球卫星导航系统GPS全面建成;也是这一年,我国开始独立自主研制北斗卫星导航系统,并以祖先们用于识别方向的“北斗星”命名

  从无到有,北斗走过的这条路殊为不易。

  早在上世纪70年代,从事“两弹一星”的先驱们就已经认识到卫星导航定位系统的重要性。他们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。立项于20世纪60年代末的“灯塔计划”可以说是北斗工程的前身,尽管这个计划最终因技术方向转型、财力有限等原因而终止,然而它如同一盏明灯,为后来上马的北斗工程积累了宝贵的经验。

  改革开放以后,我国加快了经济发展的脚步,卫星导航定位在国民经济和国防建设上的重要价值再一次被科学家提出。但是当时,美国已经凭借着GPS在卫星定位系统领域一家独大,俄罗斯的GLONASS也完成了全球组网,以我国当时的国情,走欧美国家的老路只能永远做一名追赶者,唯有另辟蹊径才能拥有超车的机会。

  究竟该怎样打造自主可控的国之重器?

  第一代北斗建设者们一致认为,最迫切的需求是先解决“有无问题”。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。“双星定位”建设方案的原理是把地心视为一颗虚拟卫星,再发射两颗地球同步卫星构成星座,经地面控制中心计算处理,实现对区域内地面目标的快速定位。这一方案用当时中国最成熟的航天技术,以最小星座、最少投入、最短周期,实现了卫星导航系统建设的自主可控,为后续发展坚定了必胜信心,奠定了坚实技术基础,积累了丰富工程经验。

  是否一步跨到全球组网?这在当时引发了不小的争议。建成覆盖全球的导航定位系统,至少需要24颗卫星,美、俄用了20多年时间。但是,维护我国国家主权、安全、发展利益刻不容缓,中国拖不起、等不得,必须在最短时间内让北斗发挥出最大效益。怎么办?“两弹元勋”、东方红一号卫星总设计师、北斗工程首任总设计师孙家栋院士带领工程技术人员创造性提出“分步走”战略,先试验后建设,先国内后周边,先区域后全球。

  路,终于打开了。北斗工程“三步走”发展蓝图被确定下来:第一步,先建立双星定位试验系统,形成区域有源定位与导航服务能力;第二步,完成3种轨道10余颗卫星发射,建成区域导航系统,形成区域无源服务能力,向亚太地区提供定位、导航、授时以及短报文通信服务;第三步,建成由3颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成、覆盖全球的北斗全球卫星导航系统,形成全球无源服务能力。

  什么是“有源”和“无源”?北斗一号系统总指挥、中国航天科技集团研究员李祖洪曾经有过一个形象的比喻:“有源”与“无源”之间的差别就相当于对讲机和收音机一样。有源就像对讲机,既可以接收信号又可以发送信号,而无源就像收音机,只接收卫星信号,不再向外发送信号。孙家栋院士说,中国北斗导航卫星系统的设计将“有源”和“无源”非常巧妙地结合起来,以充分发挥它的作用,这是中国北斗的最大特色和亮点,也是北斗的优势所在。

  1994年,无论在世界还是中国的卫星导航发展史上都是极具特殊意义的一年。这一年,世界首个全球卫星导航系统GPS全面建成;也是这一年,党中央、国务院、中央军委作出独立自主研制北斗卫星导航系统的重大战略决策,并以炎黄子孙的祖先们用于识别方向的“北斗星”命名,中国开启了第一代卫星导航系统研制建设的漫漫征程。

  摸着石头过河

  回望自北斗一号开始的漫漫征程,由于国外技术封锁,北斗人一路拓荒前行,“摸着石头”寻找国产化发展之路

  回顾我国北斗工程建设历程,北斗一号实现了中国导航卫星从无到有,使我国成为继美、俄之后第三个拥有导航卫星的国家。当时国外对我国实施严格的技术封锁,国内的部件厂家尚未成熟,北斗人只能“摸着石头过河”。

  长期稳定运行是卫星导航系统的根本。而在当时的技术条件下,影响卫星长期稳定运行的控制分系统三大部件——红外地球敏感器、动量轮和太阳帆板驱动机构都没有实现国产化。研制团队从关键技术、关键材料、关键工艺着手,历经8年多时间,几经波折,三大部件终于在北斗一号的备份星上实现了首飞,自主解决了卫星的“眼睛”“腿脚”和“肩关节”问题。

  北斗一号最初启用我国研制的“东方红三号”卫星平台,虽然采用了当时最先进的三轴稳定控制方案和双组元统一推进方案,但由于国外对我国的关键技术封锁和禁运,实现这些方案必须依靠自身条件。据航天科技集团五院专家回忆,当时五院聚集国内优势力量,短短几年时间便完成了控制分系统的星载计算机、中心控制线路、推进分系统的大容量表面张力贮箱、490牛顿推力发动机等产品的技术攻关,最终,北斗一号卫星推进分系统65台部件产品“全部实现了国产”。

  如果将卫星导航系统比喻成一棵大树,那么技术就如同它的树根,而频率资源则是大树赖以生长的土壤。如果没有频率,卫星导航系统将如同无地生根的大树,设计得再好也没有施展本领的舞台。