北斗是怎样炼成的——央视《对话》揭秘北斗奋斗历程
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《卫星与网络》2020年07月
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主持人:咱们大家听到了熟悉的倒计时的声音,看到了火箭升空的画面。这个画面记录的是有着北斗专列之称的长征三号乙运载火箭发射升空的画面,大家都知道在这个环节上搭载的是北斗组网卫星当中的最后一颗,而这颗星的成功上空也意味着我们的北斗三号全球卫星导航系统的圆满收官!
从古代开始,北斗七星一直就是中国人辨别方向、把握时节的重要标志,所谓河汉纵且横,北斗横赋值,那么今天当北斗卫星系统闪耀在浩瀚宇宙当中的时候,我们如何迈出坚实的足迹去奔向更远的远方?在今天的《对话》现场,我们特别为大家请到了北斗卫星系统幕后团队,欢迎他们的光临!谢谢大家,欢迎你们!辛苦了!
我们先请两位给大家来介绍一下你们的身份,好不好?
范本尧:大家好,我曾经担任北斗一代卫星的总设计师,从1983年左
右就进入了北斗工程。
主持人:范院士是我们北斗一号
的总设计师,是我们现场唯一的一位
白发苍苍的科学工作者。
接下来我们认识的第二位嘉宾,
今天他会如何来为大家介绍他和北斗
卫星系统之间的关系呢?
谢军:刚才范院士讲了他跟北斗
一号的渊源。我是2004年被任命为北
斗二号的总设计师,从2004年到2012
年跟我们在座的各位一起完成了我们
国家北斗二号区域系统的卫星设计,
包括研制,包括发射以及提供服务,
2013年又把我调整到了北斗三号的研
制队伍,当时也是任卫星总设计师,
现在担任北斗工程的副总设计师。
主持人:好,欢迎两位!北斗组
网卫星最后一颗星成功的发射,这件
事让举国上下都特别的兴奋,尤其是
在2020年上半年,各行各业都深受新
冠肺炎疫情影响的背景之下,它的发
射升空更是让大家兴奋不已。当然,
我想从专业的角度来说,这颗星值得
大家兴奋的地方绝不仅仅如此,能不
能给我们介绍一下这颗星有什么特别
之处吗?
迟军:这次发射的收官星,在北
斗三号里面是功能最强,最复杂的,也
是频段最多的一颗星。它的作用实际
上一方面是通信,就是报告,相当于短
信。不通过任何,通过卫星就来
手机北斗导航如何开启实现这个功能,同时更重要的是还有
一个位置报告功能,你发出信号以后,
自动的就把你的位置确定以后报告给
别人,让别人知道你在哪,这跟我们
平时手机上的相比,那是你自己知道
你在哪,是不一样的,所以这两种功能
结合是我们北斗的一个特。
主持人:但我知道其实在它成功
发射之前还有一个小插曲,就在发射
之前,你们突然接到了一个指令,说
要推迟一周发射,我不知道当时的你
们是怎么想的。
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谢军:航天是一个高风险的行业,即将发射火箭之前,出现了一些参数的偏离,经过火箭系统的判读,为了保证卫星的成功发射,不带任何疑点,不冒任何风险的去往前走,所以决定终止发射。
主持人:我相信大家看到了刚才这样的科学和严谨,正是我们成功发射的一个重要的保障。
在整个团队看来,这颗收官之星的成功发射对整个的北斗系统来说意味着什么?
谢军:北斗三号最后一颗星的成功发射入网,就标志着我们北斗二号提供的优良服务,将马上进入到一个新的阶段,北斗三号要正式的,全面的验证,然后再提供全球更可信更可靠的服务,所以对我们来讲应该说将进入一个新的阶段。
主持人:北斗卫星的话题到底有多热? 其实在今年我们看到的北京高考试卷当中也提到了北斗卫星,我不知道你们当时有没有想到今年某一道高考作文题可能会跟我们的北斗有关?
杨慧:没想到过。我第一个感觉,这是不是给咱北斗的娃送分呢!
主持人:我们看看是不是送分题,如果是我们谢总的话,来发挥一下,您觉得会从什么角度来写这样的一篇作文?
谢军:首先当时看到北京高考作文题有这样一个题目,我觉得好兴奋,北斗也终于让考生在繁忙的课
程中关注它,这真正印证了我们北斗的应用取决于人的想象力,北斗题目的作文写得好的话也是取决于你的想象力。首先中国的北斗,它是一个有特的,在国际上是有竞争力的一个卫星导航系统,我们设计的每颗卫星都有它的功能用途。
第二个是整个卫星是一个星座系统,我们北斗三号是三十颗星,我想讲实际上作为一个星座,作为一个团
体来讲,作为一个整体来讲,每一个
卫星都要把自己的工作做好,它的质
量都要保证到位,然后它的功能要发
挥出来,这样才能让用户给予一个好
的评价,所以每颗卫星应该都有不可
推卸的重要的作用。
主持人:这真是最权威最专业的
解题思路!我们借着这道作文题继续
来寻几个知识点,你看作文题当中
说了这样的一句话,所有的卫星支撑
了一张天网,所以谢总给我们普及一
下,我们的北斗系统到底支撑的是一
张什么样的天网?
谢军:北斗系统,它是利用在
太空中间我们卫星,来为人类提供基
本的位置、时间这样的基础服务的,
那么整个服务应该不是点对点的,它
应该是一个面,覆盖了全球地表上空
1000公里的这样一个范围。从这个角
度上来讲,天网我觉得指的就是所有
天上的星和地面,我们控制系统联合
起来,形成的这种强大的、优良的服
务功能。
北斗一号到北斗三号
主持人:我们之前的北斗一号二
号跟现在的北斗三号之间,他们在天
网上会有什么样的一个协同效应展现
出来?
谢军:北斗一号应该说当时在我
们国家是作为一个卫星导航领域方面
的实验系统,基于我们国家的航天技
术工业基础,实际上它是一个非常省
钱,见效非常快的一种解决天上卫星
实现定位的这样一个功能系统。我个
人感觉两颗卫星实现对地面的服务,
可能很难叫成一个网络,它只能算是
一个系统,然后经过北斗一号的实验
以后,应该说我们充分的认识到了卫
星作为空间基础设施,服务于人类,
服务于社会,作为空间,位置和时间
基准这样一个系统来讲,作用还是非
常大的。
所以在北斗二号我们立项的时
候,应该说继承了北斗一号的有源定
位和短报文通信功能,同时融入了
国际上当时先进的无源导航定位的原
理。那么到了北斗三号,更加入了中
国人的视野,包括我们的站位也发生
了一个变化,中国的北斗要成为世界
的北斗,同时还要是一流的北斗,所
以我们就解决从区域到全球这样一个
能力,那么为了解决这个能力,我们
又创新地在混合星座的基础上采用了
像国际上应该现在也都在研发,也都
在考虑的导航星座,星间链路这样一
种技术体制,那么应该讲中国的北斗
三号,在国际上可以说是第一个依靠
星间链路来实现全球任何地方定位精
度都是均匀的这样一种尝试。所以在
跨度上来讲,从天网,从两颗到十几
颗到三十颗,这个进步还是非常明显
的。
北斗系统在航天发展史上的地位和
贡献
主持人:我们现在关注的北斗系
统,他们在中国的航天发展史上究竟
处在什么样的地位?你们会如何来做
一个界定?
谢军:作为北斗来讲,在中国航
天这个体系里面,应该说它的贡献今
天回顾起来,我个人觉得有这样几点
是值得总结的。
第一个是从范总领着我们院里面
的研制队伍搞三周稳定平台,这种技
术来讲,应该说对中国航天后续的发
展奠定了一个很好的基础。后期我们
立项的像嫦娥一号,实际上它的平台
就完全是在这个基础上真正的又搞起
来,探月工程,中国人走的更远了,
所以这个平台技术应该说北斗在这里
头做出了里程碑的贡献,这也是非常
重要的一个点。
第二个就是作为中国航天目前
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来讲,这么大的一个星座运行管理,包括我们在国际上首次设计的卫星导航系统,采用混合星座这种技术,不光中央轨道的,还有静止轨道,还有倾斜同步轨道。这个方面应该说对中国航天当时北斗立项的时候也是个挑战,走到今天我们能够很好的管理运行北斗系统,应该说我们国家在航天技术上也是一个标志性的进步。
第三个就是通过整个北斗系统的建设,特别是空间段卫星和地面系统的一些设计,我们实际上是把一些关键的产品全面实现了国产化,自主可控,像北斗二号解决了导航卫星非常关键的原子钟,这样使我们国家整个发展,以及后续其他空间系统需要用高精度的时间频率源的时候都能解决,所以我觉得北斗系统在中国航天工业体系的贡献上来讲,在自主可控国产化上的,做出了应有的贡献。
北斗在全球导航系统家族中的地位主持人:事实上,世界各国从来都没有停下在航天领域探索的脚步,就拿卫星导航系统来说,现在大家都知道的有美国的GPS系统,俄罗斯的格洛纳斯系统,还有欧盟的伽利略系统,那么跟这几个系统相比,我们是追赶者还是引领者?
李洪波:北斗实际上是一个多极格局的顶梁柱,美国的 GPS是单极格局的一个标杆,实际上如果没有
北斗的话,可能现在全世界只有美国的GPS会剩下来,为什么要这么说?2003年北斗导航系统北斗一期建成的时候,当时世界上是一个什么格局?当时世界上正常运行的全球导航系统只有美国的GPS,北斗一期建成的时候,大家很受鼓舞,当时出现了一个什么格局? 我们就看到了欧洲的伽利略导航系统,日本,后来连印度都纷纷上马各自的卫星导航系统,当时在国际上掀起了一个卫星导航系统立项的高潮,所以北斗一期其实起了一
个示范引领的作用,改变了全球对于
卫星导航系统的一个态度和看法。所
以我们纵观历史的话,北斗的建设过
程带动了整个卫星导航系统国际的格
局,多极格局的一个发展。
北斗的诞生,自己做还是租服务?
主持人:谢谢你,刚才我们听到
了顶梁柱这样的词,确实让我们信心
满满,如果从1994年北斗一号开始启
动系统工程建设开始到现在已经26年
过去了,超过1/4的世纪了,可能在
这样的一个过程当中,一代一代人是
前赴后继的,今天我们的北斗一号可
能都要退役了,但我们依然还在执着
前行。
在这个过程当中,每一个身处其
中的人,我相信都有特别感动或者是
特别难忘的瞬间,如果此刻就让我们
展开这段回忆的话,你们会想到什么
样的瞬间?
范本尧:在我记忆里,我觉得
最关键的是当时我们发展的路线怎么
走,前面有GPS的发展路线,它是一
步到位的全球导航。那么当时我们在
做系统方案论证的时候,研究这个问
题,从我们系统认证组来讲,好像不
赞成采用这个方案,因为鉴于当时的
历史条件,当时咱们的国民经济情况
都还是处于很不富裕的程度。
主持人:对。所以后面有人说
别花这么多钱了,我们租一个用行不
行?
范本尧:另外就是我们当时从需
求分析来讲,这个需求主要还是在我
们国内,国外用你的导航系统还是比
较少的。不像美国,就是全球战略,
咱们当时比较局限还是我们的周边
地区,所以从我们论证组来讲,首先
推出是一个分步走的路线,也就是
说先区域后全球,分步走。但是当时
在整个导航领导小组专家组讨论的
时候,有很多专家提出不同的看法,
有些其他的部门站在自己的角度来
看,希望有个全球的功能,所以还是
经过了多轮的讨论,最后统一认识,
还是分步走,还是先区域后全球。理
由就是咱们要走一个快、好、省的道
路。一个快,要分步走,我们用的快,
就像一代北斗建成是在2003年,实
际上2000年以后就可以用了,不像美
国从二十世纪70年代到二十世纪90
年代,花了二三十年时间,最后才用
上。 那么我们很快在国内就可以用,
哪怕是精度低一点,但也解决了有无
的问题。
第二,我们当时的财力有限,
要建立这么大的系统,投入资金还
是比较困难的。事实证明也是这
样,北斗一代立项下来以后,都
发现了这个问题,曾经面临下马的
危机。因为当时国家投入了三个型
号的经费,北斗的,还有通讯卫星
的,还有遥感卫星这三个型号,
一共就投了这点钱,这个明显是不
够的。所以当时研究下来就是说,
停你北斗项目,为什么?因为北斗
要两颗星,人家一颗星就可以干活
了,你两颗星要的经费多,那还是
你先慢慢来,先发展其他卫星。
主持人:那是特殊历史时期,所
以当初我们希望能够达到又快又好又
省这样的一个效果,有没有人曾经提
出过为什么一定要自己造,我们是不
是可以试着用其他的方法,比如说去
买,比如说去租,为什么我们坚持要
走自主的道路?
范本尧:有两种原因,一个海
湾战争给了我们很大的启示,它们的
精确制导,就是靠美国GPS,另外就
是银河号轮船1993年在印度洋受到劫
持,当时的GPS被美国关了,银河号
就失去方向了,就被拦截了。所以这
两个教训给了我们很大的启发,我们
就必须要有自己的导航系统。
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