林宝军：不敢走在美国前面，中国如何摆脱“卡脖子”？ | 科技袁人
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导读
为什么必须美国人走过的路我们才能走呢？我们中国人要有自信，要有制度自信、要有体制自信、要对自己充满信心。
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本文是林宝军2020年11月29日在观视频“答案”年终秀“2020我们的新使命”E场上演讲的文稿。林宝军，中国科学院微小卫星创新研究院副院长，北斗三号卫星总设计师（中科院）。
各位观视频的观众朋友、在场的各位年轻朋友们，大家下午好。
很开心有这么个机会跟大家交流，看到在座的各位年轻人心里非常开心，因为你们代表了国家未来的希望。
我叫林宝军，来自中国科学院微小卫星创新研究院，现在是北斗三号卫星的总设计师。
我今天跟大家一起分享一下北斗的故事。其实说到北斗干得事是什么？就是导航。现在导航已经深入到我们生活的各个方面了。腾讯大数据显示呢，跟我们现在生活相关的85%的信息跟时空有关，也就是跟导航有关。2018年全球每天的定位需求量呢已经达到了600亿次。大家说导航现在既然需求这么多，我们也没看到北斗在哪用啊？
我跟大家爆一个料，前几天我从上海回北京的途中，我当时我拿出我的手机。大家呢，年轻同志要感兴趣可以下载一个软件叫北斗伴（这个伴是伴侣的伴）。当时手机那信号已经关掉了，其实是飞行模式，我就在正好我坐在靠窗户。其实上面可以接收到十六颗北斗的信号，GPS信号大概是九颗，格洛纳斯信号是七八颗这个样子，所以说北斗的信号是最好的。这个软件有什么用呢？可能有一些驴友愿意出去玩得时候，可能有的时候出去找不回来得时候，你尽管这上面没地图，你走得过程中每走一段你截下屏，其实你就可以用飞行模式，这时候呢如果你找不回来了，特别在雪山等等路封掉了之后，你可以按照你原来的时频，就可以回到家。我在我们家窗台上我试过从这个窗户到这个窗户走过去的时候，它的经纬度是变的，大家利用这个值就可以找回家。
其实呢现在北斗现在已经用到了大概一百六十几个国家。虽然不像大家想象的北斗没有应用，现在北斗已经也应用到很广泛了，它既是我们的国之重器，也是中国北斗人给世界提供得一个重要的空间基础设施。
下面我跟大家分享一下，我们在建造“北斗三号”过程中的一些创新和我们的一些故事。实际上在做北斗的过程中我们遇到第一个问题就是，其实我们原来是用的东三平台，我们要把2到3吨的卫星要降到1吨左右，为了一箭双星发射。同时还要把卫星的寿命从8年提升到10到12年。卫星要小下来，而且还要提高寿命。刚才袁老师也讲了我们的器件呢还不那么好，怎么做？挑战确确实实很大，真的很难很难。当时呢为了解决这个问题，我们提出了功能链设计理念。这功能链设计理念是个什么概念呢？就是原来卫星有十几个分系统，我们把十几个分系统呢，按学科重新划分，分成了4个功能链，包括结构热功能链 电子学功能链，控制功能链和载荷功能链，这么大家可能还是听不懂你说的啥意思。我举个例子，原来一台星上可能需要24台计算机，这24台计算机任何一台计算机出毛病了，我星可能就不能用了。但是我把24台，因为我现在随着技术的发展，我计算机能力很强了，我把1台取代24台，大家想可能是提高了是降低了？大家可能一开始有点绕，其实是1台的出问题的概率肯定比24台小对吧，所以说可能性提高了。我不是用1台，我用3台，我重量减到原来的1/8，功率减到原来的1/8，但我可靠性提高了N倍。
就是由于这种功能链理念使我们的首发星只有847.6公斤，小卫星实现了大卫星的能力。我经常讲技术创新很重要，但是这种观念和理念的创新比技术创新带来的效益往往更大。再一个对导航来讲其实最要命的它的制高点技术是什么呢？是时频，也就是通常我们说的钟。一开始我们是采用进口的铷钟，为了自主可控，我们自己突破了更高精度的铷钟。但这个铷钟目前我们为了把这个制高点，就是更进一步，我们发明了全世界第一台双频氢原子钟并用到了卫星上，同时呢因为钟是氢钟是新做的，万一出问题怎么办呢？为了达到很好的用户使用性，我们发明了钟的无缝切换技术，就说这里说无缝不是真的无缝，就是特别快，快到什么程度呢？20皮秒。刚才袁老师说的纳秒是那么小，它比纳秒又精确了三个量级，20*10-12秒这么快就能达到用户无感。正是由于这项技术使我们在这项制高点基础上，现在在全世界四大导航系统里，时频我们是领先的。
我们还遇到一个问题就是我们导航卫星有个特点，它需要实时的测距。欧美的做法是什么？全球布站人家盟国多，而我们中国没有全球布站的条件，怎么办？这个呢其实也是我们北斗从区域走向全球的一个瓶颈技术。为此我们全球首创Ka相控阵星间链路，依靠这个技术，我们把天上的30个卫星连成了一个大网，星和星之间可以对话，星和地之间可以通话，就实现了“一星通 星星通”，这个星呢就能连起来了。
同时由于这项技术，我们的测距精度在7万公里的距离达到了一厘米的精度。这7万公里是什么概念？绕地球一圈是4万公里，其实绕地球接近两圈的距离，我们的测距精度可以达到一个厘米。正是因为这项技术使我们在标志着导航最关键的一个性能指标URE指标，我们现在超过其它几个系统近一个量级，其实达到了厘米级的精度。正因为这样使得我们北斗确确实实，谁都没做过这个技术，我们跨了一大步。
在做这项技术的时候其实也遇到了很多阻力，不光是外部的阻力，其实我们内部的阻力也很多。很多人跟我说，林总这个东西连美国都没做过，咱们不可能做出来的，也许是未来的发展方向，咱要冒的风险太大。其实我当时跟大家说我说我是卫星的总师，我对成功的渴望比你们更渴望，但是咱们做一颗星不能打上去了，星是正正常常的在天上运行，不好用，大家没人用，我说这对我们北斗人来讲就是一种失败。
还有一个刚才袁老师讲了半天就是“卡脖子” 技术，其实我们遇到了一切的“卡脖子”技术，什么高精度、长寿命的陀螺，我们买不到，包括星敏等等一系列的技术。其实里边也遇到了中国芯的问题，我们当时毫无疑问地选择了龙芯CPU，我们采用龙芯加FLASH架构替代了进口的CPU和 PROM。这个说起来容易，当时是真难。我当时找到这个龙芯中科胡老师，胡伟武老师做的，我找到他时胡老师说林总我几乎已经放弃了，他说我做了10年的龙芯，到现在为止没人用。为什么没人用？说到老总来问胡老师咱这东西上过天吗？胡老师说没上过天。没上过天这些老总们就没人敢用，没人敢用它就不可能上天，这就形成了死结。但这10年就没人用，我说我来用。其实当时胡老师说咱这个芯片可笨，咱的面积增加了三倍，性能降低了三倍，但它的性能还是，咱们用欧洲人主流芯片，咱大概一多半卫星是用欧洲人的芯片，是它性能的10倍。
在这种情况下，我当时我就感觉我多忙，但我每周几乎从上海飞一次北京然后解决问题，我说有什么问题解决什么，最后终于把这个突破了。大家想用国产这个东西，在天上效果怎么样呢？其实我们在天上现在欧洲人的芯片我们也上了，但是主用的是我们首发星的星载计算机就用了龙芯。其实这个芯片也用了欧洲那芯片，大概因为咱们是中轨道，空间辐射环境非常恶劣，大概一周就有一次单粒子打翻，就是高能粒子打到计算机上。计算机的从0就会变成1，1就会变成0，在这种情况下其实整个程序就会乱了，星就会翻。因为我们有容错可以能够忍受，但我们的龙芯首发星已经5年了，第二颗星4年了，加上全球组网星，现在累计寿命30年了，现在单粒子翻转是0。说国产不等于不可靠，我们要相信中国自己。
在突破了中国芯技术基础上，我们又突破了 FPGA DCDC，包括微波器件。说到微波器件我再给大家讲一个故事，其实咱导航信号从天上拨到地面的时候，信号不是直接拨号井，要需要大功率放大。传统的做法都是用行波管，我们一开始想买欧洲人的，结果呢，价格很贵进度又保证不了怎么办。我们干脆下决心自己做了，我们其实已经做出来了，但是我们在想这个行波管就是放大技术，它是决定用户质量、用户体验的一个很核心的技术。除了行波管还有没有别的路径？我们后来就突破了叫氮化镓高效固放技术。这个就是跟行波管比好在哪呢？它的线性比行波管还好6db，6db就是4倍的概念，杂散好15到20db，20db就是100倍，我很自豪地告诉大家，这项技术呢目前全世界我们是独家掌握的，美国现在GPS3还没有上天，即使现在上天，我首发星就用了，15年3月30号打的，现在也领先它五年。
所以说正是因为这些创新，我们的核心器部件做到了百分之百的自主可控，彻底摆脱了关键器部件依赖进口、受制于人的局面。所以说有些朋友担心说华为中兴的事会不会在咱们北斗这种大国重器上出现，我告诉大家不会出现。我们在做北斗的时候就在想“卡脖子”技术，有可能“卡脖子”技术或者未来有可能“卡脖子”技术，我们都会把它这种坑填平。
我刚才已经讲了我们2015年3月30日就发射了首发星，这颗星确实承载了很多使命。按北斗办主任的话说它性能指标要求之高、研究难度之大、自主技术之高等等，实现了六个前所未有，有力地推动导航技术的发展。其实在这颗星之前，我们北斗的目标也不怕大家笑话，我们定的是争二保三。什么意思？就说我们大家心里想一定会比美国人差，但是在四大导航系统里我们不能当小四。自从我们发了这颗星之后，大家把这个目标改了。我们从争二保三改成比肩超越GPS了，现在包括叶叔华院士等等一堆院士评估下来，我们这颗星不是国际先进，就是领先。
这张照片就是首发星的团队，81个人，平均年龄31岁，用了三年零三个月的时间，干了美国GPS2到GPS320年要完成的技术勘验。我们这帮小伙伴们干成了，所以说真应当为这帮小伙伴们点赞。在完成首发星之后，大家想这帮小伙子们都没干过卫星 也没干过北斗，激情满满的，后边能不能接受这种考验呢？
考验又来了，2018年我们发出（完成）了4组8颗北斗卫星的研制，这是什么概念呢？美国人最多一年发过6颗GPS伽利略最多一年也是打过6颗，而我们不到100个人的团队一年发射了8颗，这种长寿命高可靠的业务星，创造了中国的北斗速度，也是世界的航天奇迹。
7月31号，我亲历了在人民大会堂习主席宣布北斗三号开通，当时我也特别开心，以新时代北斗精神藏头，写了一首诗叫
“自主铸就北斗星，
创新擘画玉汝成，
开放彰显乾宇志，
融合时空谋共赢，
万众抗疫同舟济，
一心相异退群生，
追求普惠华夏愿，
卓越湛卢献和平。”
大家都知道，咱中国有十大名剑排名第一的是轩辕剑而不是湛卢。我为什么在这用湛卢呢？因为湛卢是欧冶子锻造的，无坚不摧的，但它是仁者之剑。我用湛卢来比我们建造北斗，是为了造福全人类，而不是为了称霸世界。我们下一步要干的事是什么呢？习主席提的要建设更加泛在、更加融合、更加智能的PNT体系。
简单说就是三句话
“一个要做到深空，
一个是室内，
一个水下的导航问题我们要解决。”
这张图片是在第二届导航年会的时候我跟GPS之父帕金森的一张合影，我一直用这张合影来激励我。我们既然上场了，我们就要进球，我们要建世界上最好的导航系统，让大家喜欢用、耐用。真正成为中国的北斗、世界的北斗、一流的北斗。我在这儿跟大家分享一下，经常有人问我的让我谈一下感想，我说了九个字：“有担当、真创新、谋跨越。”
什么叫有担当？其实我在做北斗过程中遇到的最大的阻力就是刚才我说过的，林总这个东西连美国人都没做成咱们不可能做成。我就不信邪，为什么必须美国人走过的路我们才能走呢？我们中国人要有自信，要有制度自信、要有体制自信、要对自己充满信心。其实我们现在，他们都说我是“北斗狂人”，我们现在有一系列的创新，但是这些创新都成了恰恰我们不创新，按别人走连买也买不来，连学也学不来的路，我们都走成了。所以说我说不走别人走过的可行的、但没必要走的路，这就需要担当。其实我现在成了我可以跟大家吹牛，如果要是失败了，我现在可能是灰突突的，所以说担当需要勇气，希望大家也有勇于担当的勇气。
创新不是小小的创新，不光是技术创新，要有观念创新，要理论创新，只有这样我们才能真正的跨越、真正的超越自我、超越世界，达到自己完美的理想的目标星辰大海并不遥远。
北斗三号已经建成开通，这是社会主义进入新时代取得的重大的战略性成果。我们团队能为能够践行这一伟大的事业，确实感到荣幸和自豪，谢谢大家！
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作者简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。 背景简介：视频发布于2020年12月24日《不敢走在美国前面，中国如何摆脱“卡脖子”？》（https://www.ixigua.com/6909766767967470092）。 责任编辑：陈昕悦