北斗简史：一文读懂国产导航的26年成长路

KUO 科技金融 2020-6-26 10:05 310391人围观

最终，中欧两方在ITU框架下拓展了1164MHz~1215MHz、1260MHz~1300MHz的导航卫星频段。不过申请频率只是第一步。第二步则要与已上天的卫星系统进行频率协调。

为此，从2000年起中国先后与20多个国家、地区和国际组织的300余个卫星网络开展了频率协调。频率协调并不是个容易活儿，首先就要说服对方，如何在不影响对方利益的同时实现频率兼容。北斗频率设计与国际协调首席专家谭述森参与了全过程。经过复杂的频率设计与周密的干扰仿真计算，谭述森创造性地提出了卫星导航频谱共用与兼容性评估准则。方案最终赢得了其他卫星网络的认可，北斗终于取得合法频率。然后才到了第三步：**实战发卫星、传信号的阶段，这是一场争分夺秒的“生死时速”。

因为根据ITU的规则，频率资源要“先用先得”和“逾期作废”，有效期以申请日期开始计算，只有7年。这是北斗的第一道时间锁——即中国必须在2007年4月18日零点之前成功发射导航卫星并成功播发信号。而且中国不仅要和时间竞赛，还要和一个不容小觑的对手竞争，那就是欧洲的伽利略系统。这是因为中欧双方虽然分别向ITU申请了频段，但是双方导航系统的频率在1164MHz~1215MHz段内高度重合。按照IUT的“先用先得”原则，双方需要竞争频率。

这就给北斗带来了第二道时间锁——必须比伽利略更快。这两道槛，栽了任何一道都是“一夜回到解放前”。频率一旦作废，此前数年的准备、申请和协调工作就会前功尽弃；研发上，还得调整原有设备中的发射频率标定点、晶体等设计与部件，以适配更换后的频率，其过程极为繁琐，几乎等于从头再来。而好不容易申请、协调好频率的北斗系统此时正遇到了“DDL（截止时间）的危机”。

在频率下来后，中国北斗卫星导航系统管理办公室立即开始组织立项和安排计划。结果排下来一看，最早也要到2007年底才能发射首颗卫星，这比2007年4月18日零点的失效日期多了整半年。要保住频率，只能把发射日程提前半年。这在中国航天史上也是从来没有过的事。而此时的伽利略系统，无论在技术上还是工程进展上都领先于北斗，北斗胜出机会渺茫。就在中国为此焦头烂额之时，转机出现了。

2002年，伽利略导航计划启动。但由于当时欧洲正遭遇财务危机，伽利略计划进展并不顺利。而且让欧洲人头疼的是，老朋友美国也不安分。

自苏联解体后，美国便没了对手。放飞自我的美国开始奉行单边主义外交政策。

2003年，美国对伊拉克发动战争。这片跟欧洲隔海相望的土地上的战火，让欧洲人感受到了“单极世界”的危险。时任法国总统的希拉克对外呼吁建立“多极化世界”，时任德国总理施罗德也对此表示支持。在这样的背景下，欧盟把目光扫向亚洲，决定把中国纳入已启动的伽利略计划。中国成为伽利略伽计划中第一个非欧盟的参与国。

中国加入伽利略计划，不仅使欧洲一些国家的领导人赚足了政治资本，也使“伽利略”计划捉襟见肘的财政状况得到极大缓解，更给“伽利略”进入中国市场打下了基础。对中国而言，加入伽利略计划也有实实在在的好处。按照计划，伽利略导航系统是基于民用的全球卫星导航定位系统，非军方控制、管理，且精度和可靠性都优于GPS。在无需担心军事威胁的情况下，它不仅能为中国提供免费定位、导航和定时服务，还能让中国学到先进的导航技术。

2004年中欧正式签署技术合作协议，中方承诺投入2.3亿欧元的巨额资金，第一笔7000万欧元的款项很快就到位了。然而，政治场上总是风云变幻，政治家的脸说变就变。中欧在伽利略项目合作上的喜悦持续了不到一年就消失了。

2005年，欧洲各国的亲美政治人物纷纷上台，欧洲政治开始转向，再次回到美国阵营中。自然而然，欧洲航天局也与美国重归于好。当初为伽利略计划投入巨额资金的中国，此时不仅没得到与之相称的对待，甚至待遇还不如没投钱的其他非欧盟国家，如印度。

这“结局”令中方十分不满。双方在合作开发导航系统上的冲突越来越多。同年，对合作已经失望的中国抽身离去，把精力重新转移到北斗二号系统上。北斗与伽利略，从合作走向竞争。

四小时，险胜频率保卫战

在双方开始合作的时候，中国就留了一手。 2004年，北斗导航系统的第二步——北斗二号启动。此时，北斗二号在进度上已比欧洲的伽利略系统晚了2年。随着合作破裂，当年共同申请的频率眼看将被昔日的朋友、今日的对手抢走。

2005年12月28日，伽利略计划的首颗实验卫星“GIOVE-A”被顺利送入太空轨道。如果此时频率被欧洲占去，那北斗第二步将面临刚要抬脚便无路可走的窘境。

让人意外的是，这颗伽利略实验卫星并未开通频率，只占了轨道没占频率。为何卫星都上天了却没开通频率呢？原因是没钱。开通频率需要花钱，但此时的欧洲手头正紧。不仅第一颗卫星上天没开通信号，缺钱的欧洲还把伽利略计划的第二颗卫星的发射时间推迟了两年。原定于2006年发射的伽利略系统第二颗卫星GIOVE-B最终在2008年4月27日成功发射并向地球传回了首个信号。那时北斗二号首星早已上天了一年多。当然这是后话。

回到2005年，伽利略计划虚晃的一招，反倒给了北斗一个翻身机会。只要在两年内造出一颗星，北斗就有戏。眼看北斗进展直追伽利略计划，没占到频率的欧洲又使出了另外一招——用核心设备限制中国。原本欧洲已经同意向中国出售导航卫星的核心设备——原子钟，但在临签署合同时突然反悔。“实际上它（欧洲）是禁运，要控制这种高精尖的东西，不卖给我们。”北斗卫星导航系统总设计师杨长风在回忆这一风波时说。

这里有必要解释下原子钟。简单理解原子钟就如同一块手表，是一种精确测量时间的时钟，它以原子共振频率标准来计算及保持时间的准确，这是世界上已知最准确的时间测量和频率标准。它直接决定着卫星导航系统的精度，对整个工程的重要性如同人的**。没有原子钟，就没有校准的时间，导航卫星基本上就没用了。

数次尝到合作伙伴关键时候“掉链子”滋味的北斗研发人员，终于铁了心——与其被别人卡脖子，不如自己造出原子钟。哪怕技术弱一点，也要把主动权牢牢攥在自己手里。按北斗总设计师杨长风制定的目标，中国自己研发的原子钟误差要达到10的-12次方，即原子钟每十万年只出现一秒的误差。为了赶工期，北斗组建了中科院、航天科技、航天科工三支队伍，同时攻关，并在基础理论、材料、工程等领域同步进行推进。最终两年之后，国产星载原子钟被成功研制出来。

让人欣喜的是，这款中国自主研发的原子钟，性能指标比当初想买的欧洲原子钟还要好。消息传到欧洲人那里，此时欧洲又同意卖给中国原子钟，而且价格还比原来降了一半。但中国仍坚持用自己的原子钟。“我们造出了核心关键器部件，国产化的信心也增强了。”杨长风说。 2007年4月上旬，赶在频率失效前的最后几天，卫星被运到发射基地，搭上发射塔架。

数年紧绷神经的北斗人，眼看就可以松一口气了。卫星最后的发射日期定在4月14日。这个日期已经很紧张了，如果一切顺利的话，该星升空并回传信号，北斗就能赶在4月18日频率失效前完成频率占用。

可是，好事总是多磨。在发射前三天的第三次总检查时，工作人员突然发现卫星上的应答机异常。这个应答机，相当于人们用的手机，它让天上的卫星和地面接收站形成互联互通。应答机坏了，卫星就不能发射无线电信号，那就拿不到合法的频率资源。这一消息就像一盆冷水，泼在正沉浸于喜悦中的北斗人头上。

“最关键的时候，出了这个问题，我们非常揪心。”北斗卫星导航系统总设计师杨长风说。由于这颗卫星带着占领频率资源的“使命”，只能背水一战。北斗科研人员只有3天的时间来解决这个问题。为了确保卫星万无一失，研发人员在细研究后决定对卫星“开膛破肚”。工作人员先爬上塔架打开火箭、拨开卫星，然后进去拿出有问题的应答机设备，这过程不能有丝毫的不当操作，否则其他系统受到损害麻烦将更大。

最后，应答机拿出来了，另外一个问题也来了：应答机的科研单位在上海，发射地所在的西昌彼时还没有高速公路和机场，想在3天内往返于西昌和上海并修复应答机，绝无可能。

各方协调之下，北斗指挥人员决定在成都一家科研单位修复应答机。 “颠簸了四五个小时，都是怀里抱着的，防止车的震动（损坏应答机），像个孩子一样保护着。”杨长风说。工作人员终于赶在发射前将应答机装回卫星。2007年4月14日4时11分，这颗肩负着保频率使命的北斗卫星成功发射。眼看着胜利时刻就要到来。

接下来的三天，十多家北斗卫星研制厂家集中在一个大操场上，把卫星信号接收机摆成一线，等待着信号的传回。工作人员不分白天黑夜地调试地面设备，接收信号。但直到4月17日白天，地面站仍未收到卫星信号。这三天，对年近50岁的杨长风而言度日如年。“维修的那三天说句实在话，心情紧张、沉重、压力也很大，72小时基本上没合眼。”他称。 17日晚，眼看着ITU的“七年之限”即将到期，地面信号接受机仍毫无动静。到了晚上八点，十几个用户接收机界面突然跳动，北斗卫星终于下发了第一组信号。

看到这一幕， “我们整个操场欢呼跳跃，同志们互相拥抱，来祝贺这个胜利。”杨长风回忆称。悬着的心终于落下了。北斗二号首颗卫星圆满完成使命，不仅成功入轨，还占到了频率。但惊险的是，等待了7年的北斗卫星，最后在离ITU的“7年之限”不到4个小时的时候迎来合法化。

“一说起这个场景，我就要流泪。这是一种压力的释放，更是完成任务的一种喜悦。这项工作关系到整个北斗系统，关系到它未来的发展。接收不到信号，就没有现在的北斗系统。”多年后在接受媒体采访时，杨长风回忆当时的场景仍激动不已。在整个北斗工程中，这颗星充当着承上启下的作用：既是前13年努力的结晶，也为接下来13年的建设打好铺垫。

123 / 3 页下一页