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北斗背后的故事

2023-02-17

你知道吗？我国为什么要研发自己的导航系统？

国际上有四大卫星导航系统，分别是美国的GPS、欧洲的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯、中国的北斗。北斗卫星导航系统是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。中国北斗的发展起步虽晚，发展势头却是最猛的。

北斗系统曾经差点被欧洲扼杀在摇篮之中。北斗一号的成功是在中国既缺钱又缺技术的情况下，成为了世界第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

自己的导航系统！

1993年，中国“银河号”货船被美军以携带化学武器为由私自关闭了GPS信号，无法判断方向，在无边无际的大海上漂浮了33天。1996年我国试射导弹时，美国再次关停GPS，使两发导弹大大偏离目标地。

此前，美国向全球开放GPS时曾表示，他们有权随时切断GPS信号，这让中科院院士孙家栋和陈芳允意识到导航系统的重要性。信息时代若没有自己的导航，就意味着没有自己的眼睛。如此下去，必将受制于人。随后在二人的联合建议下，北斗定位导航系统正式开始了研发。

然而虽有两位元老带头，困难却丝毫没有减少，北斗团队的初期研发过程十分艰难。技术上，当时西方国家在几乎所有的高科技领域都对我们实施了严厉的技术封锁。“瓦森纳协议”更是让传感器、计算机等在内的九大高新技术，全部对中国禁运。条件上，研究院里几人共用一间狭小的办公室，在招募人才时，因为条件差，很少人愿意来。航天科技集团北斗三号卫星总体主任设计师潘宇倩曾提到：“听老专家说电路图都是在纸上画，咱们现在都用软件画，当时都是一个一个器件、一个一个元件搭出来的，包括电缆怎么连接，都是设计师自己手动一根一根焊，一根一根连，一根一根裹出来的，包括系统测试的方法都是一点点抠出来的，真的是从无到有这么个过程，是很让人敬佩和钦佩的。”

在当时GPS无人定位技术被美国人垄断，孙家栋只好另辟蹊径，采取了全新的有源定位技术，在结合陈芳允提出的双星定位理论，只需要两颗静止卫星就能覆盖中国及周边地区，一举突破了外国的技术封锁。后来的北斗一号中的三颗卫星都采用了有源定位技术。

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我们需要频段！

导航卫星发射上天的前提是要有合法的轨道位置和频段资源，而这资源是有限的，也就成为了各国必争的宝贵资源。2000年4月，我国向国际电联组织提交了通讯频段的申报书，暂时取得了频段使用权。要想真正完全拥有这块宝贵的“太空国土”，就必须在7年的有效期内发射卫星并成功收到信号。两个月过后，欧洲的伽利略就提出了与北斗高度重合的频率申请。根据先用先得的原则，这意味着北斗不但要在七年内完成发射，还要赶在伽利略之前！否则失去频率，整个北斗系统将会面对更大的危机！

但当时的伽利略系统，无论是技术还是进度都遥遥领先北斗，看起来这是一场必输的竞争。打击接踵而至，伽利略率先发射了新的卫星。当北斗研发团队都认为频率之争已经失败时，竟意外地发现伽利略只是将卫星送上了轨道，并没有开通频率，原因依旧是缺钱。

这让整个研发团队重燃起了希望。但当团队准备发起最后冲刺时，欧洲却来了一招釜底抽薪，他们撕毁了此前出售原子钟的协议。原子钟是卫星中用来测量时间的时钟，直接决定着卫星的精准度，因此也被称作“卫星的心脏”。没有原子钟，卫星就是一个飘在太空中的废铁球。我国研究多年却始终没能攻克技术难关，而此时距离国际电联规定的频段失效期已不足两年。如何能在这么短的时间内突破这项最核心的技术？让北斗总设计师杨长风夜不能寐，如果失败，北斗研发团队十几年的努力都将灰飞烟灭。

中国航天一直都是在限制与突破中成长起来的。于是杨长风亲自挂帅，组建了中科院、航天科技、航天科工三支队伍同步研发。为了赶进度，大家只能边学边研，终于在两年后成功突破了原子钟技术。杨长风说，大家有了一个共识，核心关键技术必须要突破，不能受制于人。当时北斗团队中有一句话“六七十年代有原子弹，我们北斗人一定要有我们自己的原子钟”。如今，我们原子钟的精度已经达到了每300万年才会出现一次误差，而且技术标准也远超欧洲。

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点火，发射！

2004年4月上旬，北斗二号在突破原子钟技术后，终于被运到了西昌发射中心，数万名北斗人静静等待着发射，成败在此一举！然而在距离发射还有三天的时候，技术人员发现卫星中的应答机出现了故障！这是连接天上和地下的关键部件，如果损坏，那么地面很有可能接收不到信号，也意味着将无法拥有通讯频段使用权！

这个消息犹如一盆冷水，浇灭了数万北斗人的喜悦。北斗又走到了悬崖边上，一向冷静的杨长风都表现出了焦虑。毕竟此时距离发射日期只剩三天，如果修不好，就会超出国际电联组织所规定的七年时效，数万北斗人多年的努力也将付诸东流。当时，西昌发射中心还没有高速公路和机场，而应答机的研发单位远在两千多公里外的上海，三天时间远远不够来回。于是在多方协调下，决定驱车前往成都一家科研单位进行维修。为了防止应答机震动受损，科研人员像抱着孩子一样，将应答机紧紧抱在怀里。此后的72小时，杨长风几乎没有合眼，幸运的是应答机最终修好了。

2007年4月14日4时11分，随着一声“点火，发射！”，这颗肩负着保频率使命的北斗卫星成功发射。4月18日晚上八点，摆在地面上的十几台接收器，收到了来自北斗的第一组信号！通讯频段拿下来了！而此时距离频段申请的截止日期已不足四个小时。杨长风和同事们抱成一团，喜极而泣。

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此后北斗系统一路高歌猛进。2009年，北斗二号的第二颗卫星成功发射，同时也启动了对北斗三号关键技术的攻关，开始覆盖全球的组网工程；2018年，北斗在一年时间惊人地连发18颗卫星，创造了前无古人的北斗速度；2020年6月23号，随着最后一颗北斗三号卫星发射成功，北斗三号系统完成了全球组网，中国彻底摆脱了对GPS的限制。那一刻，91岁的北斗之父孙家栋正坐在轮椅上，亲眼见证了北斗三号正式开通服务。

北斗成功的背后，是像孙家栋这样多达八万名科学家，300多个研制单位，长达20年的不懈努力，他们中的每一个人都值得我们深深地感谢与铭记。

END

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