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中国北斗研制回顾:8年16星 强劲势头追赶GPS-武汉全站仪GPSRTK总汇

北京时间10月25日23时33分,中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭,成功将第16颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道。(中新网 孙自法 摄)


闯出中国式自主导航之路——北斗导航卫星研制历程回顾
10月19日,西昌卫星发射中心里很热闹、很忙碌。
距第16颗北斗导航卫星实施发射不到一个星期,这天下午,发射中心正在进行最后一次星箭总检查。声声指令中,长三丙火箭托举着北斗卫星矗立在塔架前,身披阳光,背靠蓝天,英姿飒爽。
中国航天科技集团五院北斗导航卫星总指挥李长江站在不远处。他仰望着火箭顶端的北斗卫星,眼睛眯着,嘴角微微扬起。“从2000年第1颗北斗导航试验卫星发射起,每次北斗卫星发射,我都在这。”他说。
10月25日晚,第16颗北斗导航卫星顺利升空。这标志着我国北斗卫星区域导航系统建设全面完成,将形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。浩渺的太空中,中国人布下了属于自己的星座,从此定位、导航、授时不再受制于人。
回顾过去10余年的研制历程,北斗卫星导航系统承担着提高综合国力的重大使命,自力更生、披荆斩棘,闯出了一条中国式自主导航之路。
“三步走”战略确定,中国“北斗”起航
说到卫星导航,大多数人首先会想到美国GPS导航系统。多年来,卫星导航领域基本形成了GPS独霸天下的格局。
其实,在提出利用卫星进行导航定位的设想方面,中国与世界同步。
上世纪60年代,GPS开始起步。几乎同一时段,中国也开始了自己的卫星导航系统设计,取名为“灯塔”。但是由于国家财力等原因,工程搁浅。
1983年,“两弹一星”元勋、中科院院士陈芳允提出了双星定位设计方案。基于此方案,我国开始积极立项论证。1994年,经国家批准,北斗卫星导航系统建设的大幕正式拉开。
当时,世界各大国都高度认识到自主开发卫星导航系统的重要意义。除美国外,俄罗斯在开发格洛纳斯系统,欧盟则致力于建设伽利略系统,印度、日本也在积极谋求建设独立自主的卫星导航系统。作为国家安全和社会发展不可或缺的信息基础设施,卫星导航系统是大国地位和综合国力的重要标志。各国在空间领域的角力,成为了一场没有硝烟的战争。
我国基于国情,创造性地提出了北斗卫星导航系统建设发展的总体思路,先“区域”再“全球”,采取“三步走”的发展战略。李长江说,“三步走”的意思是,先建立北斗卫星双星定位试验系统,形成区域有源定位与导航服务能力;然后完成3种轨道10余颗卫星的发射,建成区域导航系统,形成区域无源服务能力,向亚太地区提供定位、导航、授时以及短报文通信服务;最后建成由3颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成、覆盖全球的北斗全球卫星导航系统,形成全球无源服务能力,实现独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠、国际一流、具有中国特色北斗导航系统建设的目标。
双星定位,“快、好、省”地迈出自主导航第一步
北斗工程启动后,中国航天科技集团五院承担起北斗导航卫星的研制工作。经过数年攻关,北斗定位卫星01星于2000年10月31日发射,11月6日成功定点;同年12月21日,02星发射,12月26日成功定点。经过近3年的调试、测试和试运行,2003年12月15日,我国第一代卫星导航系统正式开通运行,成为继美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯系统之后,全球第三个建成并投入使用的卫星导航定位系统。
北斗卫星导航定位试验系统具有鲜明的特色,利用两颗地球静止轨道卫星实现区域导航定位属于世界首创。李长江表示,该系统是个创新、实用且投资很少的初级起步系统,它的建立,解决了我国卫星导航定位系统有无的问题,“快、好、省”地迈出了我国卫星导航系统建设的重要一步。
该系统具有三大功能,一是快速确定用户所在的地理位置,向用户及主管部门提供导航信息;二是为用户与用户、用户与地面指挥中心之间提供双向简短报文通信服务,用户可以一次传送120个汉字的短报文信息;三是向用户定时发播授时信息,为用户提供时差修正值。
北斗试验系统建成后,对推动国防和国民经济建设起到了重要作用。2008年汶川地震,重灾区通信中断。救援部队持“北斗”终端设备进入,利用其短报文功能突破通信盲点,与外界取得联系。同时管理中心则通过位置报告功能,随时掌握着每一个终端所处的位置。此外,该系统广泛应用于交通运输、通信、电力、金融、气象、海洋、水文监测等各个方面,取得了显著效益。
“北斗试验系统建设之初,就被定位为一个验证技术、积累经验的试验性工程。”中国航天科技集团五院北斗导航卫星副总师王东表示,在该系统的建设中,进行了大量的新技术的试验验证,从而使下一代导航卫星网络的建设部署获得了技术上的准备。
8年16星,中国速度强势追赶
北斗试验系统实现了从无到有的突破,但也存在一些问题,如覆盖范围有限、用户数量受限、定位精度不高、不适用于高速移动的用户等。新一代北斗导航系统的建设迫在眉睫。
“其实在北斗试验系统建设的同时,我国已从上世纪末开始了第二代北斗导航系统的研发。”王东说,与试验系统相比,新一代北斗导航系统由多颗卫星组成,具备无源定位、测速和授时功能,同时也将双向简短数字报文通信、位置报告等功能保留了下来。
2004年,北斗卫星区域导航系统工程正式立项,各项工作全面启动。
2007年4月14日,该系统的第1颗卫星发射成功,拉开了北斗区域导航系统建设的序幕。这是一颗中圆轨道卫星,它以首颗“正式”北斗导航卫星的身份,有效验证了导航系统的技术、原理和体制;2009年4月15日,第2颗北斗导航卫星,也是北斗家族中首颗地球静止轨道卫星发射成功。这标志着该系统正式进入部署实施阶段。
在2010年里,北斗系列卫星连续密集发射,一共增加了5位“新成员”。当2011年4月第8颗北斗导航卫星入轨后,北斗卫星区域导航系统形成了由3颗同步静止轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星组成的“3+3”星座构型,具备了向我国大部分地区提供初始服务的能力。随着2011年7月27日和12月2日,第9、第10颗北斗导航卫星“落户”倾斜同步轨道,更是有效提高了系统的可靠性和稳定性。是年12月27日,北斗卫星导航系统新闻发言人宣布,该系统开始试运行,向中国及周边地区提供连续的、免费的导航定位和授时服务。
今年,北斗卫星区域导航系统再次迎来密集发射期。随着第16颗北斗导航卫星的成功发射,该系统完成了所有卫星发射任务。至此,系统空间段由5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中轨道卫星组成星座,标志着我国全面完成区域导航系统建设,形成了覆盖亚太大部分地区的服务能力。
“在空间资源的角逐中,‘北斗’起步虽比GPS晚了20年,却以强劲势头迎头追赶。”谈及此处,李长江颇为自豪。
厉兵秣马,北斗积极备战“巅峰对决”
在北斗导航系统的建设中,五院研制队伍坚持自主创新,攻克了10多项关键技术,填补了数十项技术空白。
“除了对各项关键技术的突破,系统建设中还会不断出现意想不到的难题。对此,我们必须逐一攻克,实现目标。”王东介绍说,针对卫星在轨运行时暴露出的问题,参试人员按照“举一反三”的原则,不断对后续卫星进行改进。一方面对单星技术加以完善,包括加强卫星的稳定性、可靠性、抗干扰能力,增强其寿命等;另一方面也对系统进行改进,包括规范运行管理、优化信号处理等。
伴随着一次次攻坚克难,北斗团队探索出一条科学组织航天器组批研制生产的新模式,为北斗卫星导航系统的建设和今后的可持续发展奠定了坚实的技术基础。
同时,北斗卫星导航系统凭借其独有的导航、通信相结合的服务特色,在各个领域得到了广泛应用,实现了“边建设、边发展、边应用”的良好局面。经过北斗卫星导航定位试验系统几年的发展,再到北斗卫星区域导航系统的建成,其巨大的应用潜力和作用逐步被国内用户所认可。
此外,经过十几年来的工程实践,大量的工程管理和技术人员得到了锻炼,一个以中青年人为骨干的航天器工程研制生产和航天技术应用人才队伍活跃在导航卫星研制和应用的舞台,为卫星导航系统的未来发展提供了雄厚的人才保障。
下一步我国将突破以星座组网、高精度时空基准、星座自主运行为主要特征的关键技术,发射多颗导航卫星,于2020年建成北斗卫星全球导航系统。届时,北斗导航系统服务范围将覆盖全球,导航定位精度、系统安全性能继续提高,短报文通信功能也将进一步改善。(付毅飞)
本报评论员文章:创新赢得制高点
北斗二号第16颗卫星一飞冲天,开启了中国卫星导航技术的新时代,中国人终于在浩瀚太空中布下了自己的卫星星座系统,在卫星导航技术领域占据了重要的一席之地。8年16颗卫星、打造覆盖亚太地区的区域导航系统,北斗二号的成功不仅意味着中国已经位居世界卫星导航技术强国之列,也意味着全世界近1/3人口有机会享受更加优质的导航服务。这是自主创新的又一次成功实践,也是中国科技发展对亚太地区、对世界的巨大贡献。
回顾北斗卫星导航项目立项之初,我们的技术基础薄弱。卫星导航是国家安全不可或缺的战略基础设施,也是能够服务社会、带来巨大经济效益的重要信息基础设施。在这样一个关系国计民生的战略领域,无法指望从发达国家直接获取技术经验,自主创新是我们的必然选择。十几年来,北斗人发愤图强,协力攻关,填补了铷原子钟等数十项技术空白,设计出适合我国技术特点的独特星座结构,破解了卫星姿态精确控制和精密测距等一系列技术难题。从当年定位、导航、授时受制于人,到如今成为卫星定位导航技术领域中重要的一极,北斗短短十几年的发展说明,自主创新不是能不能的问题,而是敢不敢的问题。
8年16颗卫星,历经十几年完成了两代卫星导航系统的研发和建设,这是令世界惊叹的“中国速度”。快速却稳健的步伐背后,是科学高效的管理体系,是产学研用的协同创新,充分体现了举国体制的巨大优势。卫星导航是典型的系统工程。总体设计是工程成败的核心,各子系统、各研发团队之间的密切配合是保证系统高效推进的基础。项目论证阶段,北斗人便创造性地提出了“三步走”这一符合我国技术特点和基本国情的发展战略。系统研发和建设阶段,包容开放的大局意识和总体意识深入北斗人的骨髓。可以说大到每一颗卫星,小到每一个产品,无不体现着协同创新的巨大力量。北斗导航卫星之所以8年16颗连战连捷,是优秀科技人才竞相集聚和优质创新资源高效利用的直接结果。而“中国速度”的背后,是中国特色自主创新所独有的集中力量办大事的制度优势。
北斗卫星导航系统研发过程中,“人才第一”始终是项目管理理念中重要的一条。北斗项目充分发挥老一代科技工作者的领头作用和中青年优秀人才的骨干作用,坚持以导航系统研制项目为平台,建立了科学合理的用人机制,最大限度地激发科技人员的创新激情和创造活力。在北斗的人才队伍中,既有运筹帷幄、布局谋篇的领军大将,也有迅速成长、担当重任的青年才俊。北斗十几年拼搏,造就了一支站在前沿、勇于创新、善打硬仗的高素质人才队伍。他们是北斗成功的关键,也是北斗形成的最宝贵财富。
天翻地覆谁得知,如今正南看北斗。在十几年的发展历程中,科研人员紧抓历史机遇,志存高远,勇担使命,实现了我国卫星导航系统研发建设的重大跨越,以优异成绩谱写出自主创新的华美篇章。



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