“北斗”卫星26年热血研发史
2020年6月23号9时43分，北斗三号全球卫星导航系统的最后一颗组网卫星，顺利进入预定轨道。中国的北斗与美国的GPS、欧洲的伽利略以及俄罗斯的格洛纳斯，并称为全球四大卫星导航系统。此后，中国北斗导航系统正式投入运营，向全球开放。
2018年，吴小莉曾与”北斗“三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军相约问答。专访中，谢军回忆了建设”北斗“工程时遭遇的重重困难和技术攻关；分享了26年来，中国卫星导航系统从无到有，从“受制于人”到“自主可控”的独家故事。
1994年，中国政府决策启动北斗一号工程。其实早在80年代，自陈芳允院士提出“双星定位系统”后，科研人员已开始投入试验。但由于耗资巨大、投入周期长等原因，相关研究一度搁浅，直至1993年“银河号”事件发生。
彼时，由于导航定位系统的原理所致，美国GPS民用信号对全球免费开放，因此很快风靡全世界，中国也不例外。1993年7月23日，美国以获得情报为由，指控中国“银河号”货轮向伊朗运输制造化学武器的原料，并威胁要对中国进行制裁。当时,“银河号”正在印度洋上正常航行，突然船停了下来。事后大家才知道，这是因为当时美国局部关闭了该船所在海区的 GPS 导航服务，使得轮船不知道该向哪个方向行驶。有媒体评价“大国重器，却受制于人的滋味不好受。”
吴小莉：在1993“银河号事件”发生之后，对于中国的相关单位震动很大。
谢军：GPS，从它建设到应用，就跟现在我们说的一样，它的实力确实取决于人的想象力。所以当时GPS既然已经投入服务了，我们国家在很多领域里头也在用它。当时，我们了解到这样一些信息后，真的感觉到作为一个大国、作为一个要独立自主发展的国家，一定要有自己的卫星导航事业。关于这件事，在研究所里的议论不是特别特别多，我想在这些高层上，会有一些讨论。然后我们感觉就是，给自己的任务、要求越来越明确了。
吴小莉：您说得非常好。刚开始研发的时候，其实任务和要求并不很明确。在1970年代我们就有了“灯塔计划”，但是后来就搁浅了；80年代，陈芳允院士也提出了“双星定位”，但是后来也搁浅了。当时搁浅的原因是什么？
谢军：陈先生提出来“双星定位系统”后，我们各大系统，一直是在做研究，一直到1994年工程立项，应该说都是按照陈先生的思路在做工作的结果。当时的进展比较慢，我个人的感觉是，可能一方面，当时国家对整个空间技术的掌握，包括往空间技术方面投资多少，不能确定。另一方面，确实是，对于卫星导航的工程建设，一旦投入以后，就不能中断，是一个非常巨大的投入。所以我觉得在当时的情况下，从国家的国力、以及对我们航天工业的评估结果来看，可能还是有一些犹豫。
吴小莉：那个最大的震动就是，1993年的“银河号事件”。所以1994年，北斗一号的卫星的计划…
谢军：国家就正式立项。之前做的所有铺垫工作开始有了明确的目标。
1994年，北斗一号工程正式启动，进行试验探索。彼时，美国GPS、俄罗斯格洛纳斯各发射了20多颗卫星，已经完成了全球组网。而北斗导航才刚刚起步的中国，正面对着西方国家对其实施的最严密的技术封锁。
吴小莉：其实在那个时候，我们确定要做北斗一号，整个西方社会对于中国的技术封锁还是比较严密的。作为一个技术人员，有没有感受到这样的压力？
谢军：在北斗之前，我在国外的通讯卫星公司工作，参加过一年，他们为香港一个公司做的卫星监制工作。在这个期间呢，像我们国家搞通讯卫星引进的一些产品，就无缘无故的得到了禁运、封锁。所以北斗一号立项的时候，对于技术禁运，以及不出售一些高指标产品给我们，应该说国外还是有所考虑。但是到北斗二号建设的时候，就明显的感觉到了国外在一些产品上，跟我们讨价还价，或者就不给你提供你所要求的技术指标。
吴小莉：我们北斗一号立项的时候，他们还没有感觉到威胁。等到我们真的要做北斗二号的时候，他们觉得中国是来真的、有威胁了。
谢军：应该说他觉得中国超过他总是不好的一件事情吧。
不止是中国，欧盟也在努力摆脱欧洲对美国全球定位系统的依赖。1999年，欧盟首次公布伽利略卫星导航系统计划，并吸引多国共同研制。中国也在2003年9月加入了“伽利略计划”，并承诺往后几年将陆续投资2.3亿欧元。但是进入2005年，由于政治原因，中国不但进不到“伽利略”计划的决策机构，甚至在技术合作开发上也被欧洲航天局故意设置的障碍所阻挡。最终中国人意识到，要想开发“北斗”，只能依靠自己！
早在上世纪90年代初期，最适合卫星导航的黄金频段就已经被美俄两国全部占用。后来在中国与欧盟共同努力下，国际电联从航空导航频段中最大限度地挤出了一小段频率，供卫星导航使用。这一小段频率，只有黄金频段的四分之一，却是建设一个全球导航系统最基本的频率需求，且各国均可平等申请。但是为了争取这一小段频率，中国和欧盟进行了长达八年的磋商谈判，也被称为中欧的“频率之争”。
谢军：作为无线电信号来讲，如果它在一个区域里头，大家都用相同的频段来操作的话，肯定会造成一些相互之间的影响。所以国际上，专门有个国际电信联盟，来管理不同频道的信号可以用于什么，比如天上对地的哪个频率是作为什么业务用的。那么作为导航卫星，星对地的频段应该说非常非常少的。早期就是由美国先设计了一些，占用了一些，另外俄罗斯的格洛纳斯系统，它搞评分的它也占用了一些。真正到欧洲搞伽利略工程、中国搞北斗工程的时候，剩给我们频率带宽资源已经非常非常少了。
所以从2004年，我们要抓紧立项，也是为了保证我们能够占有相应的一些频率资源；同时呢，也能够为一直要做的卫星导航系统、为它的良好建设，打下一个基础。所以这件事情确实是工程的一个核心。
吴小莉：我们2004年正式要来做这个事情，但是2005年伽利略的第一颗星已经打上去了。根据先到先得的原则的话，他们如果继续发射卫星，其实频率很快就会被占用了。
谢军：压力非常大。我们国家申请的频率是在2007年的4月17号0点0时就到期了，如果这个时候你还不把自己的卫星发射上去，不按照国际电联的要求发播你所申请的导航频段里的导航信号，那么人家就可以把你这个申请作废。
2005年，欧盟发射了首颗伽利略导航卫星。此时，距离中国申请使用的频段有效期只剩不到3年时间，而中国的首颗北斗导航卫星还在研制之中。直到2007年4月14日，距离有效期还剩三天的时候，首颗北斗导航卫星终于立在了发射塔架上。
谢军：从2005年开始，大家就在按照我们修正过的流程在做。当时的计划就是我们要在2007年4月上旬完成这颗卫星的发射。但非常不巧的是，3月下旬，我们发现这第一颗星有非常多的事情出现。我们预定的4月7号发射时间，后来推迟了一个礼拜，到了4月14号才发射。
这颗星出现的影响卫星按时发射的事件还是有很多的。最开始这颗卫星的电源系统出现了故障，我们 必须要对自己相似的产品进行检查。那么我们到了靶场以后，到转场加注前评审的时候，我们有个发动机又被我们的操作人员给磕碰了。那么发动机还能不能正常地、安全地完成它在轨的任务，也需要确认。第三个波折就是，那时候卫星都完成加注了，也完成了和火箭的对接，上了发射塔架，整流罩都盖起来了，结果我们在第一次加电测试的时候，发现我们的重要的应答机存在着一个问题：不能起振。我们还是非常果断地，就决定要把这个产品拿下来，但是检查这个故障也是非常非常困难，经过三天三夜的排查，经过各方的努力，总算是把问题搞清楚也解决了，保证它后面能按时发射。
第一颗卫星是4月14号发射成功的。因为火箭打不到我们要求的工作轨道上，所以一般卫星入轨以后，还要经过三到四次的变轨。进入工作轨道以后，才能按照程序一步步来开机。有些卫星，特别像导航通信，有大功率的这种射频部件，我们一般要停留几天再开机。但是北斗，因为我们涉及到4月17日0点0时0分0秒必须要发射的情况，所以我们在16号，应该是八点多钟，晚上八点多钟就决定把最后的最关键的放大器打开，把我们的导航信号发播下来，实现了我们的占领频率这样一个任务。
中国的卫星导航系统形成“三步走”发展战略：2000年年底建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012年的年底建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；2020年的前后建成北斗全球系统，向全球提供服务。
吴小莉：北斗三号要全球组网的时候，我们要建立星间链路。星间链路是什么？
谢军：星间链路实际上就是要在空间的一颗卫星和另外的卫星，以及这颗卫星和其它在网络里头卫星要建立起来一个通道、星间的通路。
要建设全球系统呢，因为我们不可能在全球布那么多站，不能像美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯那样在全球布站。我们是基于国内这些地面的运控监测站的基础上，对全球进行服务。所以就一定要通过地面站监测、测量、控制我可见的卫星，然后通过我可见的卫星再控制和测量我的地面站不可见的卫星，以此实现全球服务能力的保证。
北斗系统呢，是一个长期稳定运行的系统。我们国家建设北斗系统的一个原则就是要独立自主、独立运行。如果你要在国外建了站，一旦有些什么特殊情况发生，那么依赖于那个站的工作，可能就不能正常运行下去了。除此之外，星间链路还有非常重要的一个作用，也是现在国际上所有的卫星导航系统都在考虑的，就是整个系统如何能够在不依赖于地面站的情况下，来实现长期的自主的来对用户提供服务。
2015年的8月,两颗全球系统试验卫星首次建立起了星间链路,标志着中国掌握了这一个国际领先的核心技术。
事实上，很多国家都已经与中国的北斗建立了合作。比如中俄开通了卫星导航联合监测平台，签署了北斗与格洛纳斯两大系统的兼容互操作声明；成立了中欧卫星导航合作工作组；并且在非洲各国相继建立了北斗的地面接收站，等等。日臻完善的中国北斗,正在蜕变成为世界的北斗。
有媒体报道，2012年“北斗”正式登陆民用市场，短短5年总产值就已经高达了2500亿元人民币，成为了一张崭新的中国名片。随着从亚洲布局向全球组网迈进，“北斗”产业也已经迸发出了惊人的力量。短短几年，70多个国家和地区都已经有了北斗的身影：巴基斯坦的交通运输、港口管理；缅甸的土地规划、河运监管；老挝的精细农业、病虫灾害的监管；文莱的都市现代化建设、智慧旅游；印尼的海上集成应用等等。中国的“北斗”已经走出国门，正在加速融入这个多元的世界。
吴小莉：现在看起来，北斗深耕东盟，还有“一带一路”的国家，而且在做全面的基础设施的升级。
谢军：对。在走出去的过程中，我觉得从道理上来讲，应该说一定要保证你所提供给人家的服务，特别是像卫星导航的这种基础设施，卫星运行一定要可靠，一定要稳定。不能我搞了一个基础建设，地面的也好，终端也好，过几天你就运行不好，甚至就中断服务了，所以我觉得这个是非常非常重要的。
吴小莉：您曾经说过，企业搞北斗+，是一片蓝海，但是我们在民用推广上，跟GPS的差距还是有的。那您觉得这个差距，说明了什么样的不足？
谢军：我们国家建设北斗卫星导航系统，首先是一个工程建设项目。应该说整个工程建设上头来讲，在应用方面投入的力量，还是非常非常不足的。2012年12月，我们正式的宣布提供服务。那么2012年12月当时的情况，大家也都知道，实际上GPS的应用已经非常非常普及了。而且在应用的过程中间，很少发现哪个地方有什么大的缺陷。在这种基础上，当时国内很多搞卫星导航接收机、搞终端的厂家，并不是十分的热衷于研发北斗的这些算法芯片等等。所以我个人觉得，随着2012年，我们提供服务，以及这几年的稳定服务，现在越来越多的厂家，把研发的精力放到了北斗二号的这些芯片终端上头。那么虽然现在市场不如GPS的大，但是慢慢慢慢，一定是会赶上去的。
随着北斗三号最后一颗卫星的成功发射，北斗+时代即将加速开启。据《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示：2019年，中国卫星导航与位置服务产业总体产值就达3450亿元，其中与卫星导航技术研发和应用直接相关的产业核心产值为1166亿元，在总产值中占比为33.8％。而随着“北斗＋”和“＋北斗”应用的深入推进，由卫星导航衍生带动形成的关联产值继续保持高速增长。挑战既机遇，北斗“收网”，打开巨大想象空间...
编辑：孟涵 马晋 井一
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