北斗：远在天外，近在身边

　　第五十九、六十颗北斗导航卫星在轨示意图。中国科学院供图

　　研制人员正在进行卫星总装工作。中国航天科技集团五院供图

　　前不久，我国在西昌卫星发射中心成功发射第五十九、六十颗北斗导航卫星。该组卫星是我国北斗三号全球卫星导航系统建成开通后发射的第二组中圆地球轨道卫星，也是北斗三号全球卫星导航系统的最后一次发射。

　　北斗卫星导航系统（以下简称“北斗系统”）是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统。经过多年发展，北斗系统已成为面向全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航与授时服务的重要新型基础设施。

　　从北斗一号、北斗二号到北斗三号，从双星定位到全球组网，从覆盖亚太到服务全球，自1994年工程立项，北斗系统已走过波澜壮阔的30年。

　　30年来，全体北斗人秉承“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代北斗精神，践行“中国的北斗、世界的北斗、一流的北斗”发展理念，将北斗系统建设成为一张亮丽的“国家名片”。

　　“不管遇到什么困难，我都会咬牙坚持到最后”

　　根据我国导航卫星建设规划，北斗一号覆盖国内区域，北斗二号扩大到亚太区域，北斗三号走向全球。

　　2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。由我国建成的独立自主、开放兼容的卫星导航系统，从此开启了高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。

　　回顾创新历程，北斗三号能够从区域走向全球，关键的技术难点之一，就是高效实现卫星之间的测量通信。

　　为此，我国科研人员大胆创新、独辟蹊径，提出星间链路技术。所谓“星间链路”，就是卫星和卫星之间的一条通信线路，是航天器与航天器之间具有数据传输和测距功能的无线链路，基于国内布站条件提供全球运行服务。有了这项技术，即使“看不见”在地球另一面的北斗卫星，通过北斗卫星的星间链路同样能与它们取得联系，这是北斗全球导航系统建设的一大特色。

　　康成斌深度参与了星间链路的关键技术攻关。这位中国航天科技集团五院通信导航部导航室主任，自2010年参加工作起，就全身心投入北斗系统的研制中。

　　实现“星连星”“太空架桥”难度极高。康成斌介绍，北斗三号系统中卫星与卫星的距离最远达到7万公里，既要让遥遥相望的两颗卫星仿佛近在咫尺，又要保证7万公里距离之间即使发生厘米级位置变化，都能被第一时间感知和测量，且星座中任意两颗星都要建立起类似联系，“这是一项巨大的技术跨越”。

　　“几乎从零起步，团队压力很大。”康成斌说，既要充分论证科学原理的正确性，还要开展不计其数的试验验证。

　　为了加快突破星间链路技术，不耽误卫星研制整体进度，康成斌和团队成员们睡在试验场地，从早到晚、争分夺秒开展星间链路技术测试。

　　测试出现问题，康成斌带领团队沉着冷静地推导、测算，直至把所有疑点都查找出来。“不管遇到什么困难，我都会咬牙坚持到最后。”这是支撑康成斌挺过难关的信念。令他动容的是，其间，多位白发苍苍的总师院士、技术专家主动来到场地，慷慨相助。

　　星间链路技术，让北斗系统实现了“一星通，星星通”。从一片空白、奋力追赶，再到和世界领先的全球导航系统并肩而立，一代代科研人员自立自强、自主创新、拼搏超越，蹚出了一条独具特色的卫星导航探索之路。

　　“踮起脚尖去够一够最好的技术，才能确保先进性”

　　北斗系统，汇集了全国400多家单位联合攻关，凝聚了30多万名科研人员的汗水和智慧。其中，北斗三号的卫星研制，由中国航天科技集团五院和中国科学院微小卫星创新研究院共同担纲。

　　北斗三号最后一颗组网星打完后，中国科学院微小卫星创新研究院研究员、北斗三号卫星系统首席总设计师林宝军收到一条短信，短信中说，“这颗星终于成功了，我们完成了别人认为不可能完成的事情”。

　　谈及创新秘诀，林宝军给出的答案是“理念创新”。

　　时间回到2015年3月30日，北斗三号全球系统首发试验星成功升空入轨，这是中国科学院抓总研制的第一颗北斗导航卫星。这颗试验星的新技术超过70%，运行良好。

　　按照惯例，卫星上的新技术比例一般不超过30%。为什么敢从30%变成70%？

　　林宝军说：“关键技术攻关一般需要10年，卫星的寿命往往在10年以上，到卫星运行终结时，使用的已经是20年前的技术了。因此，理念的创新性和前瞻性就显得很重要，要勇敢突破一些传统观念的条条框框。”在他看来，在有成熟技术保底的基础上，“踮起脚尖去够一够最好的技术，才能确保先进性。”

　　林宝军将卫星上的结构、热控等10多个分系统合并成电子学、控制、结构、载荷四大功能链，简化了系统结构，提升了整体可靠性。例如，原来每个分系统都需要计算机，一颗卫星上甚至要24台计算机，通过技术创新，现在一台计算机就可以完成整星计算。经过反复筛选验证，团队选用成熟的元器件和工艺路线，确保创新技术落地，使卫星整体技术领先。

　　这期间，有人质疑：“我们能不能稍微稳当点？”顶住压力，林宝军率领这支平均年龄只有31岁的团队，不舍昼夜，终于研制出了性能优异的卫星。仅在2018年，团队就高密度研制发射了8颗北斗三号中圆地球轨道组网卫星，为北斗三号建成基本系统作出了突出贡献。

　　据介绍，北斗系统攻克了一大批关键核心技术，突破多种器部件国产化研制，实现北斗三号卫星核心器部件国产化率100%。

　　“让‘卫星短信’走进千家万户”

　　庞大精密的北斗系统除了由卫星构成的空间段，还包括由测控系统、运控系统等构成的地面段，以及各类终端及应用系统构成的用户段。

　　郑晓冬是中国电子科技集团网络通信研究院的一名正高级工程师，从事北斗导航地面系统建设20余年，他率领团队自主研发出了独具中国特色的北斗民用短报文通信平台。

　　从功能看，其他卫星导航系统仅能无源定位，因而用户只能知道“我在哪”。北斗用户则不同，不但自己知道“我在哪”，还能告诉别人“我在哪”“在干什么”。当遭遇突发地震、海上遇险，在其他通信手段失效的情况下，北斗短报文通信可以成为人们传递求救信息、拯救生命的关键保障。

　　郑晓冬带领团队相继攻克了微弱信号捕获及跟踪、高精度同步等多项技术难题，取得一系列创新突破，使得北斗三号在全面兼容北斗二号系统短报文通信服务的基础上，信息发送能力提升到一次1000个汉字，极大提升了短报文系统服务能力，为短报文的规模化应用奠定基础。

　　“让‘卫星短信’走进千家万户。”为此，郑晓冬团队还创造性提出了将北斗短报文置入智能手机的理念。一台手机，如何与太空中的卫星直接建立连接？

　　“这需要产品在非常小的体积下还要具备大功率发射和高灵敏度接收的能力。”郑晓冬和团队攻克高灵敏度快速捕获、射频基带一体化设计等核心技术，研制出全球首款低成本低功耗北斗短报文消费终端芯片。

　　研发历程并非一帆风顺。郑晓冬回忆，有一次团队联合手机厂商搭建手机测试环境，开展实际测试时，调试始终不成功，大家非常焦虑。此时，团队核心成员王晓玲提出了一个想法——对多个城市进行北斗卫星信号测试，通过真实的测试数据分析问题、优化性能。这个思路得到团队认可，大家克服困难，短短一个月内就完成了百余个城市的北斗卫星信号测试，依靠这些宝贵的测试数据，制定了整体解决方案，解决了所有问题。

　　“如今，通过将短报文芯片置入手机，使手机能够在没有地面移动网络情况下具备与外界紧急通信的能力，这样的手机可以广泛应用在遇险报警、应急救援、灾害指挥、海上作业等场景。”郑晓冬说。

　　北斗远在天外，应用近在身边。目前，全国已有超过2500处水库应用北斗短报文通信服务水文监测，搭载国产北斗高精度定位芯片的共享单车投放已突破1000万辆，支持北斗短报文通信功能的手机已发布。北斗系统正全力赋能各行各业，成为推动经济社会发展的时空基石和重要引擎。

　　根据中国卫星导航系统管理办公室发布的规划，要在2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。瞄准这个目标，北斗人一直在路上。刘诗瑶