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北斗背后的故事

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技術(shù)指標(biāo)

你知道嗎？我國(guó)為什么要研發(fā)自己的導(dǎo)航系統(tǒng)？

國(guó)際上有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，分別是美國(guó)的GPS、歐洲的伽利略、俄羅斯的格洛納斯、中國(guó)的北斗。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。中國(guó)北斗的發(fā)展起步雖晚，發(fā)展勢(shì)頭卻是最猛的。

北斗系統(tǒng)曾經(jīng)差點(diǎn)被歐洲扼殺在搖籃之中。北斗一號(hào)的成功是在中國(guó)既缺錢又缺技術(shù)的情況下，成為了世界第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。

自己的導(dǎo)航系統(tǒng)！

1993年，中國(guó)“銀河號(hào)”貨船被美軍以攜帶化學(xué)武器為由私自關(guān)閉了GPS信號(hào)，無(wú)法判斷方向，在無(wú)邊無(wú)際的大海上漂浮了33天。1996年我國(guó)試射導(dǎo)彈時(shí)，美國(guó)再次關(guān)停GPS，使兩發(fā)導(dǎo)彈大大偏離目標(biāo)地。

此前，美國(guó)向全球開放GPS時(shí)曾表示，他們有權(quán)隨時(shí)切斷GPS信號(hào)，這讓中科院院士孫家棟和陳芳允意識(shí)到導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性。信息時(shí)代若沒有自己的導(dǎo)航，就意味著沒有自己的眼睛。如此下去，必將受制于人。隨后在二人的聯(lián)合建議下，北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)正式開始了研發(fā)。

然而雖有兩位元老帶頭，困難卻絲毫沒有減少，北斗團(tuán)隊(duì)的初期研發(fā)過程十分艱難。技術(shù)上，當(dāng)時(shí)西方國(guó)家在幾乎所有的高科技領(lǐng)域都對(duì)我們實(shí)施了嚴(yán)厲的技術(shù)封鎖。“瓦森納協(xié)議”更是讓傳感器、計(jì)算機(jī)等在內(nèi)的九大高新技術(shù)，全部對(duì)中國(guó)禁運(yùn)。條件上，研究院里幾人共用一間狹小的辦公室，在招募人才時(shí)，因?yàn)闂l件差，很少人愿意來(lái)。航天科技集團(tuán)北斗三號(hào)衛(wèi)星總體主任設(shè)計(jì)師潘宇倩曾提到：“聽老專家說(shuō)電路圖都是在紙上畫，咱們現(xiàn)在都用軟件畫，當(dāng)時(shí)都是一個(gè)一個(gè)器件、一個(gè)一個(gè)元件搭出來(lái)的，包括電纜怎么連接，都是設(shè)計(jì)師自己手動(dòng)一根一根焊，一根一根連，一根一根裹出來(lái)的，包括系統(tǒng)測(cè)試的方法都是一點(diǎn)點(diǎn)摳出來(lái)的，真的是從無(wú)到有這么個(gè)過程，是很讓人敬佩和欽佩的。”

在當(dāng)時(shí)GPS無(wú)人定位技術(shù)被美國(guó)人壟斷，孫家棟只好另辟蹊徑，采取了全新的有源定位技術(shù)，在結(jié)合陳芳允提出的雙星定位理論，只需要兩顆靜止衛(wèi)星就能覆蓋中國(guó)及周邊地區(qū)，一舉突破了外國(guó)的技術(shù)封鎖。后來(lái)的北斗一號(hào)中的三顆衛(wèi)星都采用了有源定位技術(shù)。

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我們需要頻段！

導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射上天的前提是要有合法的軌道位置和頻段資源，而這資源是有限的，也就成為了各國(guó)必爭(zhēng)的寶貴資源。2000年4月，我國(guó)向國(guó)際電聯(lián)組織提交了通訊頻段的申報(bào)書，暫時(shí)取得了頻段使用權(quán)。要想真正完全擁有這塊寶貴的“太空國(guó)土”，就必須在7年的有效期內(nèi)發(fā)射衛(wèi)星并成功收到信號(hào)。兩個(gè)月過后，歐洲的伽利略就提出了與北斗高度重合的頻率申請(qǐng)。根據(jù)先用先得的原則，這意味著北斗不但要在七年內(nèi)完成發(fā)射，還要趕在伽利略之前！否則失去頻率，整個(gè)北斗系統(tǒng)將會(huì)面對(duì)更大的危機(jī)！

但當(dāng)時(shí)的伽利略系統(tǒng)，無(wú)論是技術(shù)還是進(jìn)度都遙遙領(lǐng)先北斗，看起來(lái)這是一場(chǎng)必輸的競(jìng)爭(zhēng)。打擊接踵而至，伽利略率先發(fā)射了新的衛(wèi)星。當(dāng)北斗研發(fā)團(tuán)隊(duì)都認(rèn)為頻率之爭(zhēng)已經(jīng)失敗時(shí)，竟意外地發(fā)現(xiàn)伽利略只是將衛(wèi)星送上了軌道，并沒有開通頻率，原因依舊是缺錢。

這讓整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)重燃起了希望。但當(dāng)團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備發(fā)起最后沖刺時(shí)，歐洲卻來(lái)了一招釜底抽薪，他們撕毀了此前出售原子鐘的協(xié)議。原子鐘是衛(wèi)星中用來(lái)測(cè)量時(shí)間的時(shí)鐘，直接決定著衛(wèi)星的精準(zhǔn)度，因此也被稱作“衛(wèi)星的心臟”。沒有原子鐘，衛(wèi)星就是一個(gè)飄在太空中的廢鐵球。我國(guó)研究多年卻始終沒能攻克技術(shù)難關(guān)，而此時(shí)距離國(guó)際電聯(lián)規(guī)定的頻段失效期已不足兩年。如何能在這么短的時(shí)間內(nèi)突破這項(xiàng)最核心的技術(shù)？讓北斗總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)夜不能寐，如果失敗，北斗研發(fā)團(tuán)隊(duì)十幾年的努力都將灰飛煙滅。

中國(guó)航天一直都是在限制與突破中成長(zhǎng)起來(lái)的。于是楊長(zhǎng)風(fēng)親自掛帥，組建了中科院、航天科技、航天科工三支隊(duì)伍同步研發(fā)。為了趕進(jìn)度，大家只能邊學(xué)邊研，終于在兩年后成功突破了原子鐘技術(shù)。楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)，大家有了一個(gè)共識(shí)，核心關(guān)鍵技術(shù)必須要突破，不能受制于人。當(dāng)時(shí)北斗團(tuán)隊(duì)中有一句話“六七十年代有原子彈，我們北斗人一定要有我們自己的原子鐘”。如今，我們?cè)隅姷木纫呀?jīng)達(dá)到了每300萬(wàn)年才會(huì)出現(xiàn)一次誤差，而且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也遠(yuǎn)超歐洲。

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點(diǎn)火，發(fā)射！

2004年4月上旬，北斗二號(hào)在突破原子鐘技術(shù)后，終于被運(yùn)到了西昌發(fā)射中心，數(shù)萬(wàn)名北斗人靜靜等待著發(fā)射，成敗在此一舉！然而在距離發(fā)射還有三天的時(shí)候，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星中的應(yīng)答機(jī)出現(xiàn)了故障！這是連接天上和地下的關(guān)鍵部件，如果損壞，那么地面很有可能接收不到信號(hào)，也意味著將無(wú)法擁有通訊頻段使用權(quán)！

這個(gè)消息猶如一盆冷水，澆滅了數(shù)萬(wàn)北斗人的喜悅。北斗又走到了懸崖邊上，一向冷靜的楊長(zhǎng)風(fēng)都表現(xiàn)出了焦慮。畢竟此時(shí)距離發(fā)射日期只剩三天，如果修不好，就會(huì)超出國(guó)際電聯(lián)組織所規(guī)定的七年時(shí)效，數(shù)萬(wàn)北斗人多年的努力也將付諸東流。當(dāng)時(shí)，西昌發(fā)射中心還沒有高速公路和機(jī)場(chǎng)，而應(yīng)答機(jī)的研發(fā)單位遠(yuǎn)在兩千多公里外的上海，三天時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠來(lái)回。于是在多方協(xié)調(diào)下，決定驅(qū)車前往成都一家科研單位進(jìn)行維修。為了防止應(yīng)答機(jī)震動(dòng)受損，科研人員像抱著孩子一樣，將應(yīng)答機(jī)緊緊抱在懷里。此后的72小時(shí)，楊長(zhǎng)風(fēng)幾乎沒有合眼，幸運(yùn)的是應(yīng)答機(jī)最終修好了。

2007年4月14日4時(shí)11分，隨著一聲“點(diǎn)火，發(fā)射！”，這顆肩負(fù)著保頻率使命的北斗衛(wèi)星成功發(fā)射。4月18日晚上八點(diǎn)，擺在地面上的十幾臺(tái)接收器，收到了來(lái)自北斗的第一組信號(hào)！通訊頻段拿下來(lái)了！而此時(shí)距離頻段申請(qǐng)的截止日期已不足四個(gè)小時(shí)。楊長(zhǎng)風(fēng)和同事們抱成一團(tuán)，喜極而泣。

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此后北斗系統(tǒng)一路高歌猛進(jìn)。2009年，北斗二號(hào)的第二顆衛(wèi)星成功發(fā)射，同時(shí)也啟動(dòng)了對(duì)北斗三號(hào)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，開始覆蓋全球的組網(wǎng)工程；2018年，北斗在一年時(shí)間驚人地連發(fā)18顆衛(wèi)星，創(chuàng)造了前無(wú)古人的北斗速度；2020年6月23號(hào)，隨著最后一顆北斗三號(hào)衛(wèi)星發(fā)射成功，北斗三號(hào)系統(tǒng)完成了全球組網(wǎng)，中國(guó)徹底擺脫了對(duì)GPS的限制。那一刻，91歲的北斗之父孫家棟正坐在輪椅上，親眼見證了北斗三號(hào)正式開通服務(wù)。

北斗成功的背后，是像孫家棟這樣多達(dá)八萬(wàn)名科學(xué)家，300多個(gè)研制單位，長(zhǎng)達(dá)20年的不懈努力，他們中的每一個(gè)人都值得我們深深地感謝與銘記。

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