天河漫漫 北斗璀璨——北斗导航卫星背后的研发故事

2018年12月27日，北斗三号基本系统正式向“一带一路”及全球提供基本导航服务，中国北斗距离全球组网的目标迈出了实质性一步。

回首来路，穿越激荡的四十年，中国北斗蹚出了一条独特的探索道路，在导航领域成就了一段波澜壮阔的东方传奇。北斗之路，贵在何处？光明日报记者采访了“北斗大本营”中国航天科技集团五院的部分专家，请他们讲述北斗导航卫星背后的研发故事。

“小步快跑”刷新中国速度

北斗工程诞生之前，我国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。作为先驱者，立项于20世纪60年代末的“灯塔计划”虽然最终因技术方向转型、财力有限等原因而终止，却如同黑夜中的一盏明灯，为后来上马的北斗工程积累下宝贵的经验。

中国导航卫星究竟走什么样的道路？在国际导航竞技场上，中国又一次站在了十字路口。

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，通过大量理论和技术上的研究工作，双星定位系统的概念逐步明晰。

接下来，是一步跨到全球组网，还是分阶段走？这在当时引发了不小的争议。“系统一下建那么大（全球组网），需要大量的时间和资金。当时刚刚开放，用户还是集中在国内、周边，因此‘先区域、后全球’的技术途径符合中国国情。”参与了技术路线讨论的北斗一号卫星总设计师范本尧院士说。

于是，“先区域、后全球”的思路被确定下来，“三步走”的北斗之路由此铺开。

先解决有无。作为“第一步”，北斗一号要“花小钱，办大事”，验证系统设计思想的正确性。1993年初，五院提出卫星总体方案，初步确定了卫星技术状态和总体技术指标。1994年，北斗一号系统工程立项，组建卫星团队全面展开研制工作。经过艰苦卓绝的关键技术攻关和重大故障的成功排除抢修，终于在2003年建成北斗一号系统，使我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

面对快速增长的应用需求，在保留北斗特色的同时，北斗二号迈出了提升性能的“第二步”。2004年，北斗二号正式立项研制，并于2006年成为国家16个重大科技专项之一。2012年12月27日，北斗系统面向亚太区域提供服务，成为国际卫星导航系统四大服务商之一。

站在前两代星座的肩膀上，北斗的“第三步”迈得自信而坚定。立项于2009年12月的北斗三号开始尝试冲刺和领跑，并于2018年完成10箭19星发射，创下世界卫星导航系统建设的新纪录，在太空中再次刷新了“中国速度”。星间链路、全球搜救载荷、新一代原子钟……伴随着这些新“神器”闪耀登场，北斗导航系统的整体性能大幅提升。

把发展的主动权掌握在自己手中

“北斗的研制，是中国人自己干出来的。‘巨人’对我们技术封锁，不让我们站在肩膀上。唯一的办法，就是自己成为巨人。”北斗一号卫星总指挥李祖洪说。

作为国之重器，自主创新是北斗工程的必由之路。秉承“探索一代，研发一代，建设一代”的创新思路，中国北斗始终把发展的主动权牢牢掌握在自己手中。

北斗一号原创性地提出双星定位的卫星实现方法，打破了国外技术垄断，建立起国际上首个基于双星定位原理的区域有源卫星定位系统——北斗导航卫星试验系统。

北斗二号突破了区域混合导航星座构建、高精度时空基准建立的关键技术，实现星载原子钟国产化，在国际上首次实现混合星座区域卫星导航系统。区域系统建成后，各项技术指标均与GPS等国际先进水平相当。

北斗人至今还记得研制首颗北斗二号卫星那段“激情燃烧的岁月”。根据国际电联的规则，频率资源是有时限的，过期作废。时间不等人！在争分夺秒完成前期所有研制任务后，为节省时间，所有参试人员进驻发射场后大干了3天体力活，搬设备、扛机柜、布电缆，接下来又是200小时不间断地加电测试……这一次，院士、型号老总和技术人员一起排班，很多人因为水土不服而拉肚子、发烧，但大家都带病坚持在岗位上，经受住了次次险情和种种考验。2007年4月16日，在成功发射的两天后，北京从飞行试验星获得清晰信号，此时距离空间频率失效仅剩下不到4个小时——正是这次壮举，有效地保护了我国卫星导航系统的频率资源，拉开了北斗区域导航系统建设的序幕。

在北斗三号全球组网建设中，五院率先提出国际上首个高中轨道星间链路混合型新体制，形成了具有自主知识产权的星间链路网络协议、自主定轨、时间同步等系统方案；研发出国内首个适于直接入轨一箭多星发射的“全桁架式卫星平台”，实现了卫星自主监测和自主健康管理；成功应用星载大功率微波开关、行波管放大器等关键国产化元器件和部组件，打破核心器部件长期依赖进口、受制于人的局面，为全球快速组网建设铺平道路。

每颗北斗卫星都有强大的幕后团队

“这是一项团队工程，没有个人英雄，航天事业的成功是一个团队的成功。”北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军说。

的确，每一颗北斗卫星都有着强大的幕后团队，牵动着卫星、运载火箭、运控、应用、测控、发射场等各大系统。以卫星系统为例，总体设计、结构机械、热控制、综合电子、控制与推进、载荷等众多分系统，以及测试、总装等环节的北斗人，尽管身处不同岗位、面临不同挑战，但大家总是心往一处想、劲儿往一处使，共同推动北斗工程一步步稳健地向前迈进。

即便是团队中的泰斗和“明星”人物，也不爱“藏着掖着”。他们相信“教会徒弟才能解放师傅，一代更比一代强”，从而热心地推进知识转移和人才培养，摸索出“自我学习，自我提高”的自助、“以老带新，传承经验”的帮助、“专业培训，注重实效”的辅助和“专业互补，共同进步”的互助这样一个“四助”策略。

创业阶段，老北斗人用药盒和大头针制作出简易的卫星模型向新员工细细讲解；后来，他们采用“共享笔记本”等形式，你一句、我两行地记录研制经验和心得；后来，他们设立了督导师制度，手把手地助推青年成长，编著出总体设计指南以及各分系统的设计/工作手册作为传授宝典，以《航天器总体设计禁忌》详解设计中的“清规戒律”；再后来，创新开展的虚拟卫星培训项目渐渐成为北斗新人们的必修课，大家分工协作，用不到一个月的时间设计一颗“麻雀虽小，五脏俱全”的虚拟卫星，通过考核后才能走上工作岗位……现在，他们又有了“科研生产一体化管控平台”等数字化工具，显著提升了设计制造能力。

给力的传帮带，加上密集组网的工程历练，大大缩短了北斗人才成长的周期。如今，北斗研制形成了一支平均年龄38岁、老中青结合的团队，先后走出了中国工程院院士范本尧以及10余名卫星总设计师/总指挥、20余名副总设计师/副总指挥等领军人才，为我国航天事业的发展锤炼出一个宝贵的“明星”阵容。

探寻北斗导航卫星研制的背后故事，也就领悟到自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越的北斗精神。天河漫漫，北斗璀璨，浩渺的星河从未离我们如此之近。