“北斗女神”，她不是一个人
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作者：何布雨
“它是一群距离我们两万公里的星星，它们不会发光也不会发热，甚至用肉眼也无法观察到，它们就像图钉钉在我们头顶的上空，为我们提供位置服务。”
6年前，“北斗女神”徐颖在一场演讲中如此描述北斗卫星导航系统。
徐颖
在美国GPS之父布拉德福德·帕金森眼里，北斗卫星导航系统的“浪漫”在于，“既能够知道你在哪里，也能够知道我在哪里”。
28年前，北斗卫星导航系统诞生。2020年，漫漫26年后，北斗卫星导航系统“三步走”顺利实现。
而这背后，是包括徐颖在内的几代青年的守望和奋斗。
01
直追
“北斗”，取名自连起来像勺子一样的“北斗七星”。徐颖曾介绍，将如此重要的工程取名北斗，是因为它们是中华民族的指极星和导航星。
科学家们之所以强调建立全球导航系统重要，一个重要的原因是空间航道“先到先得”。对导航卫星而言，只有处在恰好的通信位置和通信频率，才能与地面发生连接，产生信号。因此，发射卫星，抢占有效航道，至关重要。
中国起步晚了。20世纪70年代，美苏展开“星球大战”，两国竞相开启了全球导航系统的建设。等到中国决意建设“北斗”时，美国的GPS、俄罗斯的导航系统已经占据了80%的航道，给其余国家留下的空间不多了。
“863计划”四位倡议者合影（左起：王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允）
1986年3月，4位科学家走了“后门”，将一份名为《关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议》的建议书呈送高层，里头字字透露急迫心情：
“必须从现在抓起，以力所能及的资金和人力跟踪新技术的发展进程。须知，当今世界的竞争非常激烈，稍一懈怠，就会一蹶不振。此时不抓，就会落后到以后翻不了身的地步……在整个世界都在加速新技术发展的形势下，我们若不急起直追，后果是不堪设想的。”
4位科学家中，主导人是一位无线电电子学家，陈芳允。他在1986年的一个冬日敲响了“两弹一星”工程师王大珩的门，对他说，“事不宜迟，不能再错失机会”，催促后者提笔撰写联名建议书。
“两弹一星”功勋科学家、北斗一代系统的总设计师陈芳允
陈芳允是中国卫星测量技术的奠基人。1970年我国第一颗人造卫星“东方红一号”成功发射时，陈芳允喜极而泣，因为他参与制定了“东方红一号”的测控方案。这次的成功解决了卫星测量的三个重要问题：卫星是否进入轨道、轨道是否符合预定要求、卫星在何时到达了什么位置。
但陈芳允不愿只停留在原地，他希望在导航卫星领域上有所突破。
早在1983年，陈芳允曾提出一个中国方案，取名“双星定位”。意思是，利用两颗地球静止轨道卫星，与地面系统配合，实现区域定位。这一方案相比美国的“四星定位”，技术操作更简单，技术要求更低。
“东方红一号”
陈芳允希望，中国首先可以用较少的费用，在短时间内建成一个属于自己的区域导航系统。
这一理论成为此后第一代“北斗”卫星导航系统的雏形。
回到1986年的3月，国家领导人给建议书留下10个字：“此事宜速决断，不可拖延。”
接下来的半年，《国家高技术研究发展计划纲要》制订，计划实施时间定为15年，总经费投入100亿元。生物技术、航天技术、激光技术、自动化技术、信息技术、能源技术、新材料技术等7个领域被点名优先发展。
陈芳允（左三）查看仪器设备
不过，真正加快北斗系统投入建设的，是国际环境的变化。1991年，美国对伊拉克发动了海湾战争。这场战争让世人见识到GPS技术在军事上的主导权，也将现代战争正式推进了信息战。
“建设‘北斗’的初衷就是让中国在经济、社会各领域实现自主可控，我们地面的所有系统安全要保护在我们自己手里。假设你依赖了外国的标准体系，那将来国家所有的经济建设各方面都要跟着它跑。”被任命为北斗系统总工程师的孙家栋说道。
北斗导航系统总设计师林宝军也曾总结：“我在北斗卫星收官的时候写了一首诗，里面有一句话：官子破晓湛泸剑。为什么用湛泸剑这个词呢？中国的十大名剑里，它是属于无坚不摧，但是属于仁者之剑，不是为了称霸世界。我就用这个比喻北斗。”
02
克难
尽管意义重大，北斗导航系统的起点并不起眼。1994年，北斗导航系统正式立项。彼时，中国共有三个卫星项目需要立项，北斗工程立项立得最晚，而国家的钱基本都花在了另外两个卫星项目中，实在掏不出多少钱给北斗项目。
相比美国耗资3000亿美元打造GPS，北斗工程只是在总参测绘局招待所三楼的一间不足20平方米的房间内开始了26年的征程。
1994年北斗一号工程立项，孙家栋院士在现场
它诞生的过程像是个高难度的通关游戏，难题接连出现。项目启动第二年，北斗一号工程的进展就被一个难题——信号“快捕精跟”问题——死死挡住。
可转机出现了。
彼时，王飞雪、欧钢等几名20多岁的年轻人正在国防科技大学读博。他们学校电子技术系青年教员雍少为去北京调研时，知晓了国家启动北斗导航工程的消息。一回校，他就将这个消息告诉了王飞雪等人，他们听了热血沸腾，觉得到了建功立业的时候。
随后，在一次有关北斗工程的参观过程中，王飞雪得知北斗工程的核心技术问题——信号“快捕精跟”仍没有解决。参观回去后，王飞雪跟老师和领导汇报了自己的想法并得到支持后，他们便到有关部门请战。这让北斗工程相关负责人松了一口气。
王飞雪
在深入调研基础上，王飞雪所在的国防科技大学北斗团队提出全数字信号处理技术这一崭新的技术路线。这在当下可能很常见，但在当时显得大胆且超前。
在“快捕精跟”立项论证会上，因为他们的技术太新，在世界范围也算首创，大家心里都没底。表决的时候，只有几位专家表示支持，其他多数人都持保留态度。
最终，“双星定位”理论开创者陈芳允教授一锤定音，坚定支持王飞雪他们的“全数字化”方案。真正的挑战也在此时开始。
“快捕精跟”关键技术立项后，王飞雪他们进入工作狂模式，每天工作时长20个小时左右。饿了吃泡面，困得撑不住时泡杯浓咖啡提神，实在不行就打开行军床眯上一会儿。
熬了整整三年后，成果终于出炉。1998年5月，王飞雪他们测试获得了远超期望的第一批“快捕精跟”数据。两年后，在这一关键技术的支持下，两颗北斗导航实验卫星顺利升空。2003年，第三颗卫星也顺利升空，北斗工程的第一步顺利迈出。
2003年，长征三号甲运载火箭成功将第三颗北斗导航试验卫星送入太空
第二步的开始，带来了新的难题。
北斗二号系统启动后，导航卫星的“心脏”——原子钟又成了难题。原子钟直接决定了导航定位精度。有数据表示，若卫星存在十亿分之一秒（1纳秒）的时间误差，则会产生0.3米的测距误差。那如果原子钟误差1秒，卫星定位就会偏离30万公里。因而，精确的时间是精确导航的基础。
北斗卫星导航系统总设计师杨长风在央视节目《朗读者》中提到，在发展北斗之前，中国可以进口原子钟。而在我们发展北斗卫星导航系统后，西方突然对中国停售高精度的原子钟氢钟。对方给的理由是，如果卖给中国，美国就要制裁他们。
这种卡脖子的行为，反倒成了推动中国北斗科技工作者自主研发原子钟的动力。
为了解决这个难题，北斗工程同时让三支队伍研发星载铷钟。其中，时年20多岁的李春景成为原子钟研发团队的骨干。而当时在这个专业，全国研究人员也不过几十人，困难程度可想而知。
李春景
2000年6月，联合国国际电信联盟从航空导航频段中，挤出了最后一小段频率，供世界各国平等申请。根据“先用先得”“逾期作废”，申请的频率资源启用时限为7年，这就意味着2007年4月17日之前发射卫星并成功播发信号。
2005年的最后一天，北斗二号团队下了决心，将首颗卫星携带的4颗钟全部改成国产。
而这得益于李春景团队的奋斗。2004年，李春景带领团队开始准备铷钟星载工程化研制，他和团队成员放弃了节假日，夜以继日投入研究，好几个家庭长期无法团圆。实验、失败、重来，经过无数次的分析、验证，中国北斗卫星的“心脏”，成功装入了体腔。
2007年4月14日，在距离申请的频率资源过期的三天前，星载铷钟跟手刻北斗二号实验卫星成功升空。
北斗卫星图/北斗卫星导航系统官网
至此，原子钟卡脖子问题解决，而且提供了优于西方国家的选择。杨长风在上述节目里提到，当下北斗卫星搭载的原子钟，精度已经提升到300万年才会出现1秒误差。
03
自主
成果结出的时候，问题的新枝桠也在生长。2009年，北斗三号工程启动后，北斗系统服务全球的愿景提上日程。按照国际已有的卫星导航系统，若想在全球提供定位服务，定要在各地建地面站，包括境外。可在境外建站并非易事，因为欧美国家并不希望中国有自己的卫星导航系统，会阻碍中方建站。
于是，开辟有别于传统的全球组网方式，成为北斗三号发展的关键。而在这个重任中，实现核心技术攻关的，是一批平均年龄只有33岁的青年团队。80后青年康成斌便是其中的核心骨干。
康成斌
早在读博期间，康成斌花几年时间攻关做了导航收接机。在接受央视采访时，他回忆道：那时所接收的信号，大多是美国GPS的信号。而我们国家当时仅有的几颗卫星的信号，在屏幕中显得特别孤单。后来，康成斌向北斗导航团队投了一份简历，如愿加入。
加入航天五院两年后，团队开始探索创新全球组网的方法，也即星间链路技术，时年29岁的康成斌大胆提出了某项关键技术的验证方案：做一颗模拟的卫星去验证测试。因为“在7万公里之间，两颗卫星要实现建链、通信功能，并且测距精度达到厘米量级，这个难度可想而知”，康成斌说。
令康成斌感到诧异的是，这个看似有点“天真”的想法被领导采纳，确实造了一颗模拟的卫星去做验证测试。整整5年后，北斗卫星全球组网的关键技术得以突破，中国北斗服务全球的愿景成为现实。
2015年3月30日，新一代北斗导航卫星发射升空
也是从搭载星间链路技术北斗卫星升空开始，北斗卫星的所有核心部件，全是拥有自主知识产权的“中国创造”。
再到近几年，“北斗女神”徐颖的出圈，让人们看到一批新的北斗青年在接续北斗的发展。关于徐颖，很多人记住的是她幽默和流畅的科普，她告诉很多人北斗为什么重要以及为什么行。
她没讲的是自己为北斗的付出。从2007年跟随导师接触北斗系统的建设工作开始，徐颖陪伴北斗15年之久。当时，博士刚毕业，徐颖就接到了北斗实验的任务，这也是她首次独立负责的大项目。
经过数年努力，她最终提出了天基、空基、地基的导航通信一体化解决方案，完成了国内首个基于低轨卫星的北斗信号增强技术试验。
徐颖
现在，北斗已经构成了环绕地球的导航星座，分别由30颗北斗三号、15颗北斗二号卫星，以及多颗试验卫星组成。
这一花费数代中国航天人心血研发的全球导航系统，瞄准的不止是星辰大海。在它最基础的定位和通信服务外，它承载着国家安全乃至主权独立，简单点说就是：守国门。
当下，无论行走在地球的哪个角落，北斗的卫星都将围绕上方，帮我们计算出精确位置。它是一个有关计算时间、空间的基准工具、大国工程，承载了人类对现实的记录方式与浪漫想象。
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