▍(一)筑梦神州,为了拥有自己的北斗
2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统正式开通,现年78岁满头银发的北斗工程高级顾问谭述森院士热泪盈眶。
作为北斗系统的开拓者和奠基者,回忆起北斗起步的艰难历程,依旧热血沸腾。
1991年,美国GPS在海湾战争中惊艳亮相,创造了两枚导弹先后攻击同一目标的战场奇迹!一场全新的现代战争震撼世界,世界范围的军事变革再涌狂潮。
1993年,我“银河号”货船在印度洋公海正常航行,美趁我不备关闭了所在海区GPS信号,导致货船失去航向。整整33天,无法靠岸,无法和祖国取得联系,还一度没有淡水和食物的补给。“银河号”只能苦熬,而我们也只能苦等。
一年后,1994年,国内航天领域历经艰难的工程立项论证之后,北斗一号终于正式上马。谭院士深情地说:我们要牢牢把握自己国家的安全命脉!
理想是美好的,现实是残酷的。这巨大的差距需要人类的智慧和奋斗去填补。北斗建设之初,一无技术、二无经验、三无人才,在我国经济紧张、百事待举的90年代初期,建成这么一个国家浩大工程,在很多人看来根本不可能!
“GPS没有位置报告与短报文通信功能,我们也可以不要。”方案一提出,有人便提出反对意见。谭述森坚定地说:“我们起步虽然晚,理念必须超前,必须打破尾随式追赶建设模式!”
1999年12月23日,地面运控系统开始筹建。“困难再大、风险再大、压力再大,也要背水一战,建成中国自己的卫星导航系统!”谭述森和地面运控系统建设者们敢于担当,立下了“按时完成任务”的军令状。
随后,他带领北斗一号运控系统团队从零做起、摸着石头过河,认真分析美、俄两大卫星导航系统技术体制,深入研判世界卫星导航技术发展趋势,边研制系统、边发展理论、边创新技术,从国家安全战略急需出发,积累获取90多万个基础数据,研究形成1000多篇导航科技报告,攻克解决460多项技术难题,创造性地提出了集定位、位置报告与短报文通信、精确授时三大功能于一体的系统工作体制,确定了解决信号快捕、高程库快速查询等关键重大难题的技术路线,自主构建北斗卫星导航体系、技术体系和独特功能模式。
无论是工地、机房、实验室,还是海岛孤礁、荒漠草原,到处都有他们日夜奋战的身影。
有的总师拿着设计方案,顶着炎炎烈日和年轻人一样铆在一线调试设备;有的专家钻进地沟,没日没夜和工人一起敷设管线;有的同志累得倚在墙角就能酣然入睡……通过倒排工期、并行作业、协作攻关等超常举措加快系统建设进度,经过200多个日夜鏖战,终于完成北斗一号地面运控8个分系统、上百个子系统研制建设和上千台套设备进场安装调试,创造了我国复杂航天工程一次集成成功的奇迹。
2000年10月,北斗卫星导航系统第一颗卫星送入轨道。时隔两月,第二颗卫星成功发射,世界为之瞩目。
谭述森院院士回忆这段经历时依然心情彭拜的说“我很高兴自己能为这个伟大的事业尽一份力量”。地面运控系统团队为推动我国拥有自己的北斗、跨入世界卫星导航“第一方阵”作出了卓越贡献!
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(二)追梦亚太,为了建设中国的北斗
我国著名战略学者金一南这样定位大国:“大国就是想干什么事,就能干什么事,能当自己的主人,而不受制于人”。
北斗一号导航定位系统建成以前,我国很多领域应用装备建立在GPS之上,一旦发生战争,美国加大民用码误差,甚至使GPS局部不可用,后果将不堪设想。这已有前车之鉴。2008年俄罗斯与格鲁吉亚5天的战争中,美国为了向格鲁吉亚提供援助,封闭了冲突地区的GPS信号。
“北斗系统是国家的命脉工程,也是大国的重要标志,作为强国重器,必须做大做强”,北斗二号地面运控系统总师周建华铿锵誓言。
天疆无垠也有限。谁抢占了战略高地,谁就将赢得发展先机。“北斗人”坚持“先试验、后区域、再全球”的“三步走”发展战略,坚持“边研制一号边论证二号、边建设二号边预研三号”的迭代建设思路,与世界强国赛跑,与科技发展赛跑,与自身极限赛跑,创造了卫星导航工程建设“中国速度”!
北斗二号系统建设,较北斗一号体系更庞大、技术更复杂、战技指标更高,作为任务主体的地面运控系统团队,面临很多开创性和挑战性的难题和任务。
周建华总师率领地面运控系统全体建设者们在系统方案设计和关键技术等方面一路闯关,一路突破:首次提出的集“定位报告”与“连续导航”两种功能深度融合的技术体制,开辟了国际卫星导航领域新路;首次提出“导航系统与增强系统一体化设计建设”总体方案,不需另建增强系统,不用额外发射增强卫星,提供的重点区域信号精度跃居世界卫星导航前列;首次采用高精度激光时差测量方法,在世界上率先实现对同步轨道卫星的激光测量;首次采用了混合轨道星座,首次填补了高精度时间基准空白,北斗用户终端全部装上了自主研制的“中国芯”……一路坎坷,一路前行,“北斗人”终于取得了北斗二号技术创新的整体性突破。
2012年12月,北斗二号卫星导航系统正式开通该系统建成并投入使用,是国家和国防信息化建设的重要里程碑!
回想那段追梦北斗的激情岁月,周建华总师感慨万千:“整个工程的技术难度不亚于‘两弹一星’”。西方媒体这样评论:“封锁信息、拒绝合作并没有令中国屈服”,中国凭借自己的实力开辟了卫星导航的新纪元!
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(三)圆梦全球,为了建好世界的北斗
站在前两代星座的肩膀上,北斗三号从设计之初就高起点高标准,开启了从并跑到领跑的征程。
当今世界,求和平、谋发展是人心所向,大势所趋。但世界并不太平,东西方意识形态对抗不断,冲突动荡从未停息。在看不见的电子战场上,影影绰绰弥漫着美伊、美俄导航战的硝烟。
“历史的责任传递到了我们这一代北斗人手中,我们要建成世界最强的卫星导航系统,高精度、高稳定、强实时、高可靠缺一不可”,北斗三号地面运控系统总师陈金平信念坚定地说。
创新没有止境,梦想没有极限。北斗三号在建设之初,就制定了兼容GPS导航定位授时、WAAS星基增强以及北斗特色区域短报文通信等三大服务的能力要求。在研制建设过程中,随着高精度用户的需求,又增量发展了精密单点定位、全球短报文通信、国际搜救等新型服务能力。
根据北斗三号全球系统总体建设的诸多新要求,地面运控系统研制建设面临着前所未有的挑战。地面运控系统需处理基本导航、星基增强、区域和全球报文通信、精密单点定位、国际搜救等六类服务的数据,生成不同服务的导航产品,类型多、要求高、难度大。要实现高精度高可靠性服务,在不能全球建站的情况下,实现全球定位导航授时、多轨道卫星数据联合处理、多链路多业务稳定并存,谈何容易。
按照全球卫星导航系统技术原理,必须得有高性能星载原子钟,才能确保星地时间同步高精度;必须得有在轨卫星全弧段跟踪测量手段,才能确保卫星轨道测定高精度;必须得有导航信号各种复杂误差建模处理技术,才能确保用户定位应用高精度等……各个环节缺一不可。
面对史无前例的难题,陈金平总师创造性地提出北斗三号地面运控系统分阶段增量建设、融合共享、集约高效运行、智能运维等七大建设思路,亲自带领地面运控系统团队,组织国防科大、中国电科、中科院等几十家优势单位,按照总体设计、专题论证、支撑建议等7个方面任务进行详细的技术论证,攻克了星间链路、精密定轨与时间同步、高精度原子钟等160多项关键核心技术,突破500余种器部件国产化研制,实现北斗三号核心器部件国产化率100%。
地面运控系统坚持把“为北斗牺牲一切、为事业奉献一切”融入运控人灵魂血脉,催生无怨无悔干北斗的强大精神动力。前辈们不懈奋斗的足迹,引领年轻人自发把个人追求融入北斗事业,自觉担当起北斗建设重任。他们仍然数年如一日,甘守寂寞、刻苦攻关,为系统建设描绘了清晰的“路线图”和“时间表”。
与“2017年双星首发成功”“2018年9箭17星高密度发射”“2019年6箭8星高密度发射”“2020年3箭3星成功发射”等火箭系统、卫星系统清晰可见的高光时刻不同的是,地面运控系统团队要面临一次次的星地对接、集成联试、星地联调任务。这其中,包含着每一个运控人默默坚守和使命初心。
“方寸荧屏,一盯十年”。为了打通地面50余站200多系统3万余台套设备与30颗卫星的信号及信息链路,地面运控系统团队轮番打响攻坚战、阻击战、冲刺战,特别是在2020年北斗系统收官之年,在防疫控疫十万火急、组网冲刺箭在弦上的特殊形式下,迎难而上,落实“最严格的封闭式管理”,喊出了打赢“北斗上甘岭”战役的口号,秉持着“总体能力就是战斗力,总体不是纸上谈兵,而是沙场点兵”的战斗理念,团队上下一盘棋,在总师和各级领导的带领下,白天集成联试,晚上技术会商,挑灯夜战,深夜分析解决问题,问题绝不过夜,“5+2”和“白加黑”工作模式马力全开。
功夫不负有心人,地面运控系统终于在2020年6月底完成了50余地面站、200多系统、3万余台套设备、30颗卫星集成联试,提前半年完成了北斗全球系统的收官验证任务。
陈金平总师在2020年8月3日出席北斗三号全球系统建成开通新闻发布会后说“这是新型举国体制的又一次重大胜利”,“运控团队始终以严、慎、细、实的工作作风,抓好各项任务落实,确保世界一流的北斗系统服务安全、稳定、可靠”。
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(四)好梦成真,为了用好一流的北斗
“北斗是‘五千万’工程,调动了千军万马,经历了千难万险,付出了千辛万苦,要走进千家万户,将造福千秋万代。”杨长风说。
孙家栋院士表示:“北斗的应用,只受想象力的限制”。随着北斗三号全球系统星座部署圆满收官,“北斗+5G”“北斗+AI”“北斗+大数据”……一个充满无限可能的新产业新应用将扑面而来。
北斗应用,遍地开花。“北斗+”已经影响了多个行业。当前,大众耳熟能详的智能交通、精准农业、智慧旅游、智慧港口、智能管网、物流监控、民生关爱、智能驾考等行业,都是“北斗+”的杰作。
“北斗+”并不是简单的相加,而是利用卫星导航技术、大数据融合处理技术、信息通信技术以及互联网物联网平台,让北斗数据应用与传统行业进行深度融合,创造新的发展生态。
这种技术融合与产业融合发展的新形态与新业态,实现了精准时空关联下的人、财、物有序流动,为人们带来了更极致的服务体验。
北斗是个“大北斗”。随着北斗系统开启全球化服务进程,北斗将会赋能各行各业。
北斗卫星导航系统已进入全球服务的新阶段,深化北斗系统应用面临广阔前景和全新挑战,2035年前,建设以北斗系统为核心的更加泛在、融合、智能的国家综合定位导航授时体系等后续任务依然艰巨繁重,北斗系统将迎来由技术融合创新和产业融合发展共同带来的升级变革。
回首来路,穿越激荡三十年,北斗趟出了一条独特的发展道路,在导航领域成就了一段波澜壮阔的东方传奇。回望寂静的北斗地面运控系统值班大厅,我们看到:这里没有硝烟,没有炮火,也远离了城市的嘈杂和喧嚣,彻夜不灭的灯光下却在进行着最艰苦的“战斗”,一个个寂寞坚守的身影正在方寸荧屏前奋力拼争……
有了北斗,就有了朝着梦想前进的方向;有了他们,太空中就有了永不坠落的北斗星!