中國北斗耀太空三代北斗導航衞星的研製之路

2020年6月23日，由中國航天科技集團有限公司五院抓總研製的第55顆北斗導航衞星成功發射，北斗三號全球衞星導航系統星座部署全面完成。

中國航天人於20世紀80年代開始探索適合國情的衞星導航系統發展道路，形成了“三步走”發展戰略。回首中國北斗自主創新的發展歷程，作為北斗導航研製的“國家隊”，航天科技集團五院的研製團隊匯聚各方力量，同舟共濟，攜手拼搏，走出了一條獨特的探索道路。

北斗是第一個“吃螃蟹”的

早在北斗工程誕生之前，我國就曾在衞星導航領域苦苦摸索，在理論探索和研製實踐方面都開展了卓有成效的工作。作為先驅者，立項於20世紀60年代末的“燈塔計劃”雖然最終因技術方向轉型、財力有限等原因終止，但它卻如同黑夜中的一盞明燈，以十餘年的設計、研製為五院積累了寶貴的工程經驗。

艱難的抉擇。1983年，以陳芳允院士為代表的專家學者提出了利用2顆地球同步軌道衞星來測定地面和空中目標的設想，通過大量理論和技術上的研究工作，雙星定位系統的概念逐步明晰。接下來的北斗路，是一步跨到全球組網，還是分階段走？在當時引發了不小的爭議。最終，“先區域、後全球”的思路被確定下來，“三步走”的北斗之路由此鋪開。

先解決有無。1993年初，五院提出衞星總體方案，初步確定了衞星技術狀態和總體技術指標。1994年，北斗一號系統工程立項，五院組建了衞星研製隊伍，全面展開研製工作。然而，當時國外對我們技術封鎖，國內的部件廠家尚未成熟，北斗一號研製只能在摸索中起步。

據航天科技集團五院北斗一號總設計師範本堯院士回憶，國產化從北斗一號的太陽帆板做起，“當時很多衞星都不敢上，北斗是第一個‘吃螃蟹’的，硬着頭皮上”。

之後的國產化攻關更為艱苦，不論是東方紅三號平台的橫空出世，還是影響長壽命的關鍵部件，憑藉自力更生的創業精神，以李祖洪總指揮、範本堯總設計師等為代表的老一輩北斗人逐一攻克，終於在2003年建成了北斗一號系統，使我國成為繼美、俄之後第三個擁有自主衞星導航系統的國家。此間積累的建設和應用實踐經驗、教訓，以及迅速成長的北斗研製隊伍，為後續工程建設打下堅實的基礎。

汗水與淚水交錯中完成北斗二號衞星部署

1999年，五院在全力研製北斗一號衞星的同時，展開了對第二代衞星導航定位系統的論證。2004年，北斗二號衞星工程正式立項研製。為實現快速形成區域導航服務能力的國家戰略，以謝軍、楊慧等為代表的北斗人設計了國際上首個以GEO/IGSO衞星為主、有源與無源導航多功能服務相融合的衞星方案，攻克了以導航衞星總體技術、高精度星載原子鐘等為代表的多項關鍵技術，打破了國外的技術封鎖，建成了國際上首個混合星座區域衞星導航系統。2012年12月，該系統開通服務，服務區覆蓋亞太。

談起北斗二號8年激情燃燒的研製歲月，很多北斗人記憶猶新。2007年正是首顆北斗二號衞星研製攻關的關鍵時刻。根據國際電聯的規則，頻率資源是有時限的，過期作廢。

時間不等人！爭分奪秒完成了前期所有研製，為節省時間，所有參試人員進駐發射場後又大幹3天體力活，搬設備、扛機櫃、布電纜。沒有片刻的喘息，緊接着就是200小時不間斷的加電測試。

這一次，院士、型號老總和技術人員一起排班，共同度過次次險情和種種考驗。不少隊員都因為水土不服而拉肚子、發燒，謝軍總設計師暈倒了3次，但大家都帶病堅持在崗位上……

2007年4月16日，在成功發射的兩天後，北京從飛行試驗星獲得清晰信號，此時距離空間頻率失效僅有不到四個小時。此次壯舉，有效地保護了我國衞星導航系統的頻率資源，為北斗區域導航系統建設有序推進起到了重要的作用。

和空間頻率申報期賽跑、攻克一道道技術難關、三年14星連戰連捷……汗水與淚水交錯中，研製團隊圓滿完成了北斗二號衞星部署，2012年12月27日，北斗衞星導航系統正式提供區域服務，北斗系統成為國際衞星導航系統四大服務商之一。

在太空刷新“中國速度”

2000年成功研製我國第一代導航衞星試驗系統，2012年成功建成國際上首個混合星座區域衞星導航系統，北斗導航“三步走”戰略順利完成前面兩大步，蹄疾而步穩。

就在北斗二號正式提供區域導航定位服務前，北斗三號全球導航系統的論證驗證工作拉開序幕，並明確了研製要求，確定了建設獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的全球衞星導航系統的發展目標，自此北斗開啓了創新發展的新徵程。

建設高性能、高可靠的北斗全球衞星導航系統，是我國科技領域中長期發展規劃的16項重大專項之一，系統建設既是對北斗區域系統的完善與升級，更是聚焦世界一流衞星導航系統的攀登與跨越。系統建成後性能與GPS相當，將使我國衞星導航系統達到國際先進水平。

相對於北斗二號區域系統，北斗三號服務區域將擴展至全球，同時，實現了下行導航信號升級與改造等關鍵技術方面的突破，實現了與北斗二號下行導航信號的平穩過渡，並在此基礎上增加了新的導航信號，為用户提供更為優質的服務。

站在前兩代的肩膀上，北斗“第三步”邁得無比自信。航天科技集團五院的研製團隊在謝軍、遲軍、王平、陳忠貴等專家的帶領下，匯聚各方力量，把車間當成戰場，把攻關當成戰鬥，奮勇拼搏，先後攻克了北斗系統的各種難關。

——新突破實現聯通無極限。由於我國北斗系統不能像美國GPS那樣，在全球建立地面站，為了解決境外衞星的數據傳輸通道，航天科技集團五院北斗三號研製團隊攻克了星座星間鏈路技術，採取星間、星地傳輸功能一體化設計，實現了衞星與衞星、衞星與地面站的鏈路互通，這就是説，雖然“看不見”在地球另一面的北斗衞星，但用北斗衞星的星間鏈路同樣能與它們取得聯繫。用星間鏈路技術實現太空兄弟間手拉手，心相通，不僅實現了相互間的通信和數據傳輸，還能相互測距，自動“保持隊形”，可以減輕地面管理維護壓力。星間鏈路技術的應用中，設計了全新的網絡協議、管理策略和路由策略，解決了不能全球布站進行衞星境外監測的難題，是北斗全球導航系統建設的一大特色。

——新技術實現衞星長壽命。“北斗是一個開放的系統，中國的北斗，世界的北斗，中國發展衞星導航技術是國民經濟的重要基礎設施，也是為全人類提供時間座標和空間座標的基礎設施，服務的連續性和穩定性十分重要”，航天科技集團五院北斗三號衞星總指揮遲軍介紹説，就像停水停電影響城市生活一樣，衞星導航服務一旦中斷，國家和社會的正常運行會受到很大的影響，因此，對衞星導航的可靠性、連續性提出了苛刻設計的要求。為了提高衞星在軌服務的可靠性，北斗三號衞星採取了多項可靠性措施，使衞星的設計壽命達到12年，達到國際導航衞星的先進水平，為北斗系統服務的連續、穩定提供了基礎保證。

——新“神器”讓服務“零誤差”。為了提高服務的精度，北斗三號配置了新一代原子鐘，通過提升原子鐘指標，提升衞星性能、改善用户體驗。原子鐘是利用原子躍遷頻率穩定的特性保證產生時間的精準性，目前國際上主要有銣原子鐘、氫原子鐘、銫原子鐘等。我國北斗衞星採用銣原子鐘，同時還配置了性能更高的新研國產氫原子鐘。氫原子鐘雖然質量和功耗比銣原子鐘大，但穩定性和漂移率等指標更優。相對於銣原子鐘，我國起步更晚，2015年我國研製的氫原子鐘首次在軌應用驗證，為北斗全球導航系統進行了技術探索，至今功能、性能十分穩定。星載氫原子鐘的在軌應用，對於實現北斗導航定位“分秒不差”，發揮着重要作用。

自2009年12月，北斗三號研製團隊開始加速衝刺，並在2018年成功實現一年19星發射，在太空中再次刷新了“中國速度”，不僅率先提出了國際上首個高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成了具有自主知識產權的星間鏈路網絡協議，自主定軌、時間同步等系統方案，填補了國內空白；而且研發、建立了器部件國產化從研製、驗證到應用的一體化體系，徹底打破了核心器部件長期依賴進口、受制於人的局面……今日之北斗，已取得史詩般的進步和成就，“三步走”的戰略路徑，從“夢想在望”變成“夢想在握”。

未來，到2035年，以北斗系統為核心，建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。