来源：中国航天报 发布时间：2020-06-24 10:36 点击数：-
习近平总书记指出，卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类社会生产和生活提供全天候的精准时空信息服务，是经济社会发展的重要信息保障。
2020年6月23日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭将第55颗北斗导航卫星送入预定轨道。至此，北斗三号全部30颗卫星发射完毕，也标志着北斗全球卫星导航系统星座部署全面完成，中国北斗“三步走”战略至此圆满收官。这同时意味着，无论我们在地球上走到哪里，始终都会有北斗的陪伴，而北斗导航的应用范围仅仅取决于人们的想象力。
如果从2017年长征三号乙/远征一号运载火箭执行北斗三号卫星首次发射任务算起，北斗完成全球组网用了不到3年时间；如果从2000年长征三号甲运载火箭成功发射我国首颗北斗导航试验卫星、拉开我国独立建设卫星导航试验网络序幕算起，到如今已经历了20年……而如果将历史的年轮再往回拨动，中国人的卫星导航梦还可追溯到更久远的时空。
今天，让我们跟随亲历者的记忆，走近中国北斗卫星导航系统的“前世今生”。
“灯塔”未点亮 记忆难忘怀
现如今提起中国自主研制的卫星导航系统，“北斗”的名号可谓广为人知。
2020年初夏时节，在中国航天科技集团有限公司五院白石桥办公区，79岁的北斗卫星导航工程原副总设计师、北斗一号卫星总指挥李祖洪向记者展示了有关“灯塔一号”的记载：“在北斗系统完成全球组网的特殊时刻，回望中国卫星导航事业的过往，我觉得‘灯塔一号’这段历史不应被忘记。”
1957年10月，苏联成功发射第一颗人造地球卫星。在对这颗苏联卫星进行观测的过程中，美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的科学家发现了卫星运动引起的多普勒频移效应，并提出可以用来实现卫星定位导航。随后，美国海军启动研制“子午仪”卫星导航定位系统，并于20世纪60年代取得了成功。
同样在20世纪60年代，我国科学家钱学森、赵九章也敏锐地认识到卫星导航的重要性，并适时提出了研制导航卫星、建设中国卫星导航系统的规划和构想。
党中央和中央军委对于这一意见高度重视和支持。1969年，中国卫星导航工程的先驱、代号为“691”的“灯塔一号”工程立项，正式列入国家计划。后来成为北斗一号卫星总设计师、中国工程院院士的范本尧就参与了当时七机部五院负责的灯塔一号卫星研制工作，并担任卫星结构的技术负责人。
到上世纪70年代末期，卫星初样阶段工作全部完成，即将转入正样研制。然而，由于生逢乱世，国家工业基础和经济实力也比较薄弱，加之原定的技术指标渐显陈旧落后，1980年为贯彻调整方针和研制急用实用卫星的原则，有关部门发文撤销了“灯塔一号”任务。
谈及此处，李祖洪不无遗憾地说：“中国的‘灯塔’虽然没有点亮，但却高耸在航天人的心中。”
虽然最终没有发射，但通过“灯塔一号”研制的工程实践，我国卫星导航工程队伍得到了锻炼，培养造就了一批高素质科研人员，积累了技术经验和技术储备。各系统特别是星上设备和地面跟踪测量设备等领域均获得一些有价值的成果，其中有些成果填补了国内空白，为后来北斗卫星导航工程的上马和其他型号的研制打下了基础、提供了借鉴。
“双星定位”从设想到现实
上世纪80年代末的一天，北京郊区的两个高山之巅分别架设了一套卫星上用的发射机和接收机，位于北京丰台云岗的一个地面发射站负责发射信号，一辆汽车载着信号接收机在山间公路上往复行驶……当时在国防科工委工作的陈芳允正在带领团队进行双星快速定位通信试验。
几乎在同一时期，五院503所童铠牵头进行的双星快速捕获技术试验也在紧张地开展。这些都是为验证陈芳允提出的“双星定位系统”设想进行的关键试验验证。
陈芳允是中国卫星测量、控制技术的奠基人、“两弹一星”功勋奖章获得者、“863”计划倡导者之一。鉴于卫星导航定位在国民经济和国防建设上具有重要的应用价值，陈芳允认为，基于我国当时的技术、经济状况，发展类似美国的全球定位导航系统（GPS）难度较大。
1983年，陈芳允提出了用两颗地球同步通信卫星对地球上的物体进行定位，并可同时进行通信的设想。此后，他带领课题组研制了“双星定位通信系统”，并在1989年演示成功，实现了地面目标利用两颗卫星快速定位、通信和定时一体化，为我国研发双星导航定位系统奠定了基础。
内部筹划紧锣密鼓，国际形势风云变幻。1990年发生的海湾战争和1993年的“银河号”货轮事件，让中国人进一步认识到了导航系统自主可控的重要性。
经过原理验证和工程验证之后，1994年，中国的卫星导航工程获批立项，命名为“北斗”，孙家栋被聘为工程总设计师，此后一干就是21年。
科学探索的道路上，总是会有各种分歧和曲折。
在研讨具体建设方案过程中，中国的卫星导航是参照外国直接建设全球系统还是另辟蹊径，也引发了争议。最终，力主“先区域、后全球”建设思路的范本尧等人的意见获得采纳。
“美国建设GPS即使不算研发阶段时间，也花了近20年时间才开通服务。直接进行全球组网建设，中国不知何时才能用上这个系统，”范本尧说，“事后我们发现，北斗的用户主要还是集中在国内和周边，也证明了‘先区域、后全球’创新技术途径的正确性。”
范本尧回忆，在北斗一号卫星最初的研制规划中，计划在东二甲双自旋卫星平台基础上研制一种导航卫星专用平台。这类卫星平台没有太阳翼，功率比较小，与导航卫星的要求尚有较大差距，且消旋平台的攻关耗费了大量精力，研制面临较大困难。
那时候，范本尧同时兼任着东方红三号卫星研制的技术负责人。尽管第一颗东方红三号卫星发射后出现故障，但经过仔细分析，范本尧认为它的失败不是方案上的问题，而是可以解决的质量问题。在广泛讨论的基础上，他们向上级提出，北斗一号的卫星平台转而采用东方红三号卫星的三轴稳定平台这一意见，获得了上级批准。
1997年，东方红三号通信卫星研制获得成功。基于东方红三号卫星平台的北斗一号卫星很快在2000年连发两颗，随即提供导航服务，解决了中国卫星导航系统有无的问题，标志着我国成为继美俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
“北斗一号卫星发射前地面攻关做得比较充分，基础比较牢靠，这对后续研制快速顺利推进非常有帮助，也给北斗‘打上去、马上用’创造了条件。”回顾过往，范本尧体会颇深。
2008年四川汶川大地震发生时，通信、电力、交通严重受损，灾区与外界失去一切联系。紧急时刻，北斗一号的接收机被救援人员带到震中，用每条100多字的信息报告所在位置和受灾情况，为抗震救灾提供了有力信息支持。
从北斗一号一直到如今的北斗三号，中国北斗独创的短报文功能一直继承沿用，功能则更为强大。
那些跌宕起伏的传奇经历
科技工程离不开经济基础的有力支撑。虽然中国人用聪明才智探索出“花小钱办大事”的技术路径，但经费仍是项目推进的必备要素之一。
采访中，李祖洪透露了这样一个插曲。在北斗一号申请立项的时候，因为经费紧张，航天单位上报的3个卫星型号面临一次事关生死的抉择。当时北斗一号项目申报了两颗卫星，其他两个重要项目各申报一颗卫星，“看样子砍掉北斗的可能性极大”。最终，经过经费的调剂和分配，北斗一号项目得以幸存。
待到北斗二号、北斗三号申请立项之时，一方面国家经济实力已不可同日而语，另一方面北斗的应用成果也获得多方认可，经费问题再没有成为需要大家过多担心的事情。
航天探索的道路没有坦途，北斗团队对于故障处置和失败也有着难忘的记忆。2007年2月3日，第四颗北斗导航试验卫星发射升空后发生故障，失去与地面的联系。专家团队集中在西安卫星测控中心研究对策，经过计算他们发现，卫星运行约两周后使太阳能帆板受到光照可获得一定能源，如能利用有利时机及时补救，有望化险为夷。
最终，团队顶着巨大压力，经过60天鏖战，攻克多项技术难关，成功排除星上故障，创造了中国航天史上卫星抢救的奇迹。
在北斗一号试验阶段工作完成后，2004年9月，着眼于提供区域服务的北斗二号正式立项启动，而围绕于此的深入论证工作早在2000年以前就开始了。
在论证初期，我国曾和俄罗斯格洛纳斯系统、欧洲伽利略系统进行洽谈，探讨合作共建，但因为各种原因最终没让中国进入共建的“朋友圈”。
北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军后来谈道，“卫星导航系统提供的时间和位置这些基准信息，是国家发展的命脉”，事实证明这种国家命脉的基础设施还是得自己搞。
北斗二号相对于北斗一号技术跨度很大，技术方面遇到的“拦路虎”之一就是星载原子钟的研制。一开始，国外一家厂商答应销售给中方低一档次的产品，但后来附加了一系列无理要求，比如发货必须要等待批复，因无法按期交货造成的风险要由中方承担等等。于是，经孙家栋总师拍板，中国人自己搞。
按照孙老总提出的“国产化要打中华牌”的思想，五院联合国内多家优势研究机构，共同进行原子钟攻关研发，最终拿出了中国产品。
2000年，我国在国际电联组织争取到了导航卫星的轨道位置和频率资源，但必须在7年的有效期内发射卫星并成功收到信号，才算真正保有这个频率。
李祖洪回忆，距离实施发射北斗二号卫星保住频率的最后节点只剩两年时间了，卫星上的很多关键设备还没有生产出正样产品。火箭系统也是一样，不拿出非常手段，将与这个宝贵的频率资源失之交臂。
那次发射恰逢长三甲系列火箭首次采用远距离测发控模式。一院长三甲系列火箭副总指挥孙岳是当时的控制系统技术负责人，他回忆，为确保春节前合练完毕，设备调试加班加点进行，全部工作直到装车前一天深夜才完成。试验结束后，整套新研的地面设备一夜之间搬离厂房、从北京运往西昌，颇有急行军的紧张感。
由于卫星研制进度十分紧张，产品通电时间不够长，研制团队决定在卫星运抵西昌卫星发射中心后立即进行连续考机试验。试验做了8天8夜，队员的眼睛熬红了仍紧盯数据、不敢大意。
第一关闯过之后，卫星蓄势待发之时，突然接到报告，星上的490牛发动机上发现了一个坑洼。这个问题的研究处置又费了一番功夫。卫星加注燃料后装进火箭整流罩内，测试中突然发现控制应答机没有信号，后多方协调修理，终于“连跌带撞”地在2007年4月14号凌晨把卫星发射入轨，最终在国际电联规定日期前成功完成了信号开通。
几乎参与了全部北斗卫星发射任务的李祖洪告诉记者：“我打这么多卫星，从没碰过这样的情况，出了三件大的事情。好在最后达到了既定目标。”
到了2012年10月25日，第16颗北斗二号卫星与先期发射的15颗卫星实现组网，并于2012年年底向亚太地区提供服务，这标志着我国北斗区域卫星导航系统建设完成。
在长三甲系列火箭执行北斗卫星发射任务的经历中，最为惊险的当属2011年7月27日清晨长三甲火箭冒着雷雨执行第9颗北斗导航卫星发射任务。当时，随着发射窗口的临近，不仅雨量没有减小，火箭发射最害怕的雷电反而越来越频繁了。
危急时刻，火箭“两总”决定按照发射流程继续准备发射工作，如果临近发射窗口时雷电减少就找准时机发射，实在不满足安全发射条件再考虑下策。火箭总设计师姜杰迅速给出了火箭发射经过的空域范围，汇报给指挥决策的领导，领导要求气象预报人员立即对这个空域的雷电情况进行预判。
10分钟后，气象预报消息传来：火箭飞行空域短时间内没有雷电影响，火箭可以趁机冲出云层。5点44分28秒，长三甲火箭冒雨点火升空，最终卫星发射获得圆满成功。
团结协作创造中国奇迹
航天型号项目是复杂的工程系统，参与北斗卫星导航系统建设的人员数以万计。孙家栋院士曾说过，工程大总体工作是“三分技术、七分协调”。在孙家栋、杨长风两位工程总师的接续带领下，千军万马得以齐心协力、步调一致地推进工程建设。
自2000年10月31日发射我国第一颗北斗导航试验卫星算起，作为北斗组网的“专属列车”——长三甲系列火箭一共实施44次发射，将59颗北斗卫星成功护送升空，发射成功率100%。
孙岳告诉记者，长三甲系列火箭本身有很强的适应性。据统计，在执行北斗工程发射任务期间，火箭进行了403项技术改进，平均每枚火箭进行技术改进28项，单枚最高达43项。20年来，它创造了“突破非全对称火箭设计技术”“一箭双星发射高轨道卫星”“将卫星直接送入中地球轨道、倾斜地球同步轨道”等一系列壮举。
在北斗任务的牵引下，一院通过产品组批生产和“去任务化”，将火箭研制生产效率提高近一倍，满足了北斗工程的需求。从2017年到2019年，长三乙/远征一号火箭的12次一箭双星发射，成功将24颗中圆轨道卫星直接送入轨道，也令组网建设的效率倍增。
习近平总书记2018年2月10日在视察指导西昌卫星发射中心时曾寄语，要强化使命担当，坚定航天报国志向，坚定航天强国信念，弘扬“两弹一星”精神、航天精神，创造更多中国奇迹。他向联合国全球卫星导航系统国际委员会第十三届大会致贺信时也强调，中国高度重视卫星导航系统建设发展，积极开展国际合作，盛赞“北斗系统已成为中国实施改革开放40年来取得的重要成就之一”。
2020年6月23日，随着第55颗北斗导航卫星进入预定轨道，北斗全球卫星导航系统星座部署圆满完成，中国航天人通过团结协作、拼搏奉献创造了世界卫星导航系统建设领域新的中国奇迹，又一次有力彰显了不同凡响的中国风采、中国力量。
回顾中国北斗一路走来的历程，自主创新和国产化工作贯穿始终。与其他国家的导航系统的轨道布局方式不同，中国的北斗卫星导航系统由中圆地球轨道、地球静止轨道和倾斜地球同步轨道三个轨道的卫星构成，这一理论创新和工程实践创新为中国独创，突出展现了中华儿女的聪明才智。
北斗三号在2009年立项之时，基于卫星导航系统在国家安全、国家基础设施中的重要地位，工程上明确提出核心关键产品必须自主可控、产品100%国产化的目标。在谢军、迟军、王平、陈忠贵等的带领下，研制团队梳理了攻关清单，组织航天科技集团内外有实力的单位集智攻关，真正实现了“北斗星、中国芯”。
北斗三号是面向全球用户提供服务的导航系统，这与提供区域服务有很大不同，这既是中国北斗走出中国、走向世界的重要标志，也是展现开放、包容、自信的负责任大国形象，以空间资源造福人类社会的具体承诺。为此，研制团队努力提高质量意识、用户意识，本着对全球用户高度负责的精神，进行大量技术改进，逐步优化用户体验。
当记者问及几十年来的辛劳、付出和牺牲，北斗团队的成员更多时候都会一笔带过。他们自豪地把自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越等娓娓道来，而把压力、紧张、疲惫甚至苦闷都深埋心底。正如北斗三号GEO卫星总体主任设计师聂欣所说：“干北斗这行，让我们陪伴家人的时间缩减。但一想到我们的工作能让更多人享受到高质量的导航服务、与所爱之人的距离更近，不就值了吗！”
