探秘中國北斗導(dǎo)航衛(wèi)星:最高機密到民用歷時20年
- 發(fā)布日期: 2011-06-21
- 生成日期: 2022/6/1
- 發(fā) 布 人: 衛(wèi)通達
- 信息來源: 中國新聞周刊
中國新聞周刊封面:北斗記
2010年11月16日,第八屆中國國際航空航天博覽會在廣東珠海市開幕,代表“北斗導(dǎo)航”工程的天地一體衛(wèi)星運行沙盤在展會上亮相。
2010年12月17日,第7顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射前的星箭對接。12月18日,第7顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功進入太空。
北斗記
——探秘中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)
約四十年前,美國軍方開始了被稱作“全球定位系統(tǒng)”(GPS)的研制?,F(xiàn)在,在我們頭頂上空約2萬公里處的中地球軌道,GPS系統(tǒng)部署了24顆衛(wèi)星,地面站對這些衛(wèi)星的信息數(shù)據(jù)進行捕捉、處理、解碼,并將有關(guān)信息發(fā)至用戶終端機——這樣,GPS給全球提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。
如今,GPS在我們生活中已然不可或缺——飛機、汽車、船舶用它來導(dǎo)航;公安、金融、消防部門用它來監(jiān)控、報警;而不少路癡朋友們駕車出行,也往往得有它來壯膽伴行……
在GPS占領(lǐng)95%中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位市場的今天,一種想象不免令人時常不安——假如在關(guān)鍵時刻美國人關(guān)掉GPS,或者在上面“動點手腳”,我們的戰(zhàn)略武器怎么辦?我們的飛機怎么辦?我們的路癡們怎么辦?事實上,這已經(jīng)不只是想象與擔(dān)心,而是已有先例可循——1996年臺灣海峽局勢緊張的時候,中國軍隊的一次大規(guī)模軍事演習(xí)便曾受到過GPS信號中斷的干擾。
基于上述擔(dān)心,世界各大國與國家集團開始考慮對策,由此誕生了俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略等等衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。從上世紀80年代末開始,未雨綢繆的中國科學(xué)家們也開始致力于研制中國自己的“GPS”。當(dāng)時,經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱的中國,太空夢想還很微小和低調(diào)。這個被命名為“北斗”的計劃,誕生之初并未著眼于全球。
最初,中國科學(xué)家陳芳允提出了與GPS不同的雙星定位理論,用以解決在資金困難時期構(gòu)建宏大系統(tǒng)的難題。北斗這一宏偉計劃,就這樣在總參測繪局招待所三層一間狹小的辦公室里悄悄開始了。憑著中國人探索精神與務(wù)實態(tài)度,北斗計劃歷經(jīng)周折,厚積薄發(fā),終于,在2000年,第一顆北斗試驗衛(wèi)星得以發(fā)射進入太空軌道。
時至今日,北斗系統(tǒng)已經(jīng)成功發(fā)射了7顆衛(wèi)星,夢想也在逐漸豐滿壯大。根據(jù)當(dāng)前的計劃,北斗系統(tǒng)預(yù)計到2012年共發(fā)射12顆工作衛(wèi)星,完成服務(wù)范圍覆蓋亞太地區(qū)的目標;到了2020年,北斗將發(fā)射5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星,成為一個向全球提供服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
從當(dāng)初的“最高機密”,到今日向民用市場推廣,北斗計劃已經(jīng)走過了二十多年,而它的故事依然鮮有人知。近日,《中國新聞周刊》獨家采訪了北斗計劃最初的參與者以及核心科學(xué)家團隊,揭開它的神秘面紗。圍繞這個宏大的太空計劃,我們向讀者講述北斗團隊的傳奇故事,解析它在軍事和民用領(lǐng)域的價值,同時也呈現(xiàn)它所面對的優(yōu)美與憂患并存的前景。
來源:中國新聞周刊
北斗前傳
從北京北三環(huán)一個普通招待所三樓那個簡陋狹小的“游擊隊”辦公室,到今日浩瀚宇宙中七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星,北斗計劃見證了中國航天事業(yè)的理想與挫折,艱辛與榮耀
本刊記者/楊時
71歲的卜慶君有一個半舊的本子。他小心翼翼地翻開,拿出夾著的一頁報紙,“你看看這是不是美國和中國談判的那一篇?”如果不戴眼鏡,年逾古稀的卜慶君沒辦法看清報紙上的文字,但是憑借著剪報的形狀,他依舊記得上面的內(nèi)容。
這些剪報都是關(guān)于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的報道,從新衛(wèi)星發(fā)射成功到中美談判,他都一一剪下,珍藏起來。
四分之一個世紀之前,中國的科學(xué)家開始研制中國自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。后來,這個由中國自主研發(fā)的導(dǎo)航系統(tǒng)被命名為“北斗”。這一計劃從最初的“最高機密”,直到如今逐步推廣為民用,已經(jīng)走過了20多年。曾經(jīng)的主力科學(xué)家已經(jīng)成為白發(fā)蒼蒼的院士,北斗系統(tǒng)的理論創(chuàng)始人也已經(jīng)故去。
在這20多年中,卜慶君從中國人民解放軍一位參謀成長為總參謀部測繪局局長,再成為現(xiàn)在的退休老人。作為項目創(chuàng)始人之一,他對于20多年前的事情記憶猶新。
一
1985年,卜慶君受邀參加了在華盛頓舉辦的“GPS全球定位系統(tǒng)國際運用研討會”。
“那個會議是在1985年的4月15日到18日?!北M管已經(jīng)過去二十多年,卜慶君依然清楚記得具體日期。出發(fā)之前,學(xué)天文大地專業(yè)的卜慶君已經(jīng)了解GPS的功用和發(fā)展情況。但是,外國專家在會議上的發(fā)言卻讓卜慶君提高了警惕。
美國的GPS系統(tǒng)誕生于1973年, 由美國國防部組織研發(fā)。在那次研討會上,除了介紹GPS的前景和用途,美國軍方告訴與會者,GPS的編碼分為軍用和民用兩種。在特殊情況下,為了保證國家安全,軍方會采取三種措施應(yīng)對緊急狀況:第一,降低對方的導(dǎo)航精度;第二,隨時變換編碼;第三,進行區(qū)域性管理。也就是說,通過以上三種方式,美國軍方可以限制國內(nèi)外用戶對GPS的使用。
“這些都是在會議上公開說的。我了解這些之后,就覺得如果我們依靠這個,那我們不是要受制于人嗎?!辈窇c君對《中國新聞周刊》記者回憶。
根據(jù)掌握的情況,卜慶君撰寫了一份報告,其中寫道,“對于GPS的發(fā)展和應(yīng)用要跟蹤研究,與此同時要發(fā)展中國自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)?!?/P>
但這只是一個夢想,具體怎樣開展研究,毫無頭緒。
就在同一個月,卜慶君受邀參加了另外一個學(xué)術(shù)研討會。中國科學(xué)家陳芳允在會議上作了一個在當(dāng)時聽來十分新穎的演講——“利用兩顆衛(wèi)星就可以解決地面定位問題”,后來被歸納為“雙星定位”。卜慶君在會場里坐著,突然意識到這似乎可以用來開展中國導(dǎo)航系統(tǒng)的研究。他找到時任國防科工委副主任沈榮駿,講述了自己的想法。兩人一拍即合。
得到鼓勵的卜慶君直接去往陳芳允家里。在說明自己的來意之后,陳芳允告訴他,“其實我們自己已經(jīng)研究了兩年。”作為著名的電子學(xué)專家,陳芳允和其他同事兩年來的研究成為了日后“北斗計劃”的奠基理論。
在初次溝通之后,陳芳允開始為卜慶君介紹對此理論有所研究的科學(xué)家。他們在北京黃寺附近的一家賓館組織了一次理論說明會?!按蠹叶加X得可以,我們就決定開始籌備可行性論證。”卜慶君說。
第二年3月,卜慶君起草報告請求國家啟動雙星定位系統(tǒng)的研究。一個月后,由國家主管部門召開了可行性論證會?!皡⒓訒h的人還真不少。鐵道部、電信局、交通部、林業(yè)局都去了?!辈窇c君語氣一轉(zhuǎn),“但是,支持的很少,還是潑冷水的多?!?/P>
人們提出了三個質(zhì)疑:第一,既然有GPS,為什么我們還要搞這個雙星定位?第二,我們的技術(shù)水平能否達到?第三,我們有沒有這個經(jīng)濟實力?
“大家說的確實都是現(xiàn)實問題。從這開始到后來的很多次討論,都有不同意見。現(xiàn)在回頭想想,我很感謝這些意見,讓我們必須很謹慎?!辈窇c君說。
與會者的質(zhì)疑并非沒有道理。美國GPS系統(tǒng)自1973年開始研發(fā),已經(jīng)耗費上百億美金,并且承諾向全球提供服務(wù)。而此時的中國,走出文革尚不足十年,國民經(jīng)濟仍在困頓之中,人力物力奇缺。
會議進行了熱烈甚至是激烈的討論、爭辯,最終,眾人從國家戰(zhàn)略和特殊時期國家安全的角度,認識到自主研發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性,以及衛(wèi)星測量手段對國防建設(shè)、科研建設(shè)的重要意義。很快,參與研發(fā)的團隊列出了17項重大原始試驗專項。
在這之后,從1986年直至1994年的八年時間里,這些科學(xué)家一直埋頭于理論的推演和專項實驗。
二
衛(wèi)星對于大多數(shù)普通人來說充滿神秘。
“其實衛(wèi)星就相當(dāng)于以前打仗時候的消息樹。在一個高地上種棵樹,有日本鬼子來了,人們就把那棵樹拽倒,另外一邊的人就都能看見了。”北斗導(dǎo)航系統(tǒng)工程總師、被譽為中國“衛(wèi)星之父”的科學(xué)家孫家棟對《中國新聞周刊》記者說,“這就是信息傳遞。衛(wèi)星另外還有兩個功能,即信息獲取和導(dǎo)航?!?/P>
衛(wèi)星導(dǎo)航是這些用途中最為復(fù)雜的問題。根據(jù)科學(xué)家的計算,如果圍繞著地球發(fā)射24顆衛(wèi)星,形成三個不同的軌道面,編織成一個網(wǎng)絡(luò),那么無論何時何地,人們都能同時看到四顆星。美國GPS系統(tǒng)的研發(fā)就是依據(jù)這個原理。
而與此不同,中國科學(xué)家陳芳允所提出的雙星定位,是只用兩顆衛(wèi)星即可完成最基本的定位功能?!斑@是根據(jù)中國自己的需求和經(jīng)濟實力設(shè)定的,”孫家棟說,“當(dāng)時的中國剛剛改革開放,經(jīng)濟實力不夠。而且,當(dāng)時也不需要設(shè)計出針對全球的系統(tǒng)?!?/P>
于是,科學(xué)家們開始致力于研究只用于中國本土的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。自從1986年的會議上人們達成一致之后,導(dǎo)航項目的研究就開始各自向不同部門申請科研經(jīng)費。然而,北斗計劃的正式立項,一直等到1994年。
1994年,所有的前期論證工作基本完成,專家團開始撰寫立項申請。因為測量就是定位方向,這個中國的導(dǎo)航計劃被命名為“北斗”。
立項工作并非一帆風(fēng)順。
遇到的第一個阻力,是從研發(fā)之初就困擾著科學(xué)家們的經(jīng)費問題。1995年,有關(guān)部門向國務(wù)院匯報北斗計劃。國務(wù)院當(dāng)時對此計劃作出了批示?!芭菊f,這個計劃很重要,但也說錢可能沒那么多,是不是可以考慮先搞預(yù)研?!辈窇c君對《中國新聞周刊》記者回憶。
所謂預(yù)研,是指國家劃撥少量款項進行嘗試性預(yù)先研究工作,而并不能提供充裕資金保證項目的完成。
得知這一指示后,卜慶君坐不住了。當(dāng)天晚上,他給國家主管部門領(lǐng)導(dǎo)打了一個電話。在電話里,他懇切地說,“咱們可不能再搞預(yù)研,這個項目已經(jīng)走到這一步了,如果搞預(yù)研就等于把這個項目毀了。”
王統(tǒng)業(yè)這位領(lǐng)導(dǎo)在電話里勸他不要著急。兩天之后的領(lǐng)導(dǎo)例會上,他將卜慶君在電話里的想法說給大家,大家商議之后覺得還是應(yīng)該盡力申請正式立項。
彼時,中國另外兩個衛(wèi)星計劃已經(jīng)確定,兩個計劃分別有一顆備份星指標。經(jīng)過商議,大家決定將前兩個計劃的備份星指標分給北斗計劃使用?!拔覀兒蛢蓚€衛(wèi)星計劃團隊多次商議,如果你們打(衛(wèi)星)成功了,備份星就不需要了。打不成,你們還得繼續(xù)找問題呀。所以,就先給我們用好了?!敝袊l(wèi)星導(dǎo)航的開拓者和奠基人之一、北斗計劃工程副總師譚述森笑著對《中國新聞周刊》記者回憶說。
這樣的騰挪就使得北斗計劃的最初立項不再需要單獨劃撥資金,這個新生的衛(wèi)星導(dǎo)航計劃終于得以正式立項。此時,美國的GPS系統(tǒng)已經(jīng)走過快二十年,整體系統(tǒng)已經(jīng)完成布網(wǎng),正式開始向全球提供服務(wù)。而俄羅斯自己研制的格洛納斯導(dǎo)航系統(tǒng)已在建設(shè)當(dāng)中。
三
問題接踵而至。
從1985年進行論證開始,中國航天科技集團五院就一直擔(dān)任著北斗計劃中衛(wèi)星方面的設(shè)計工作。而當(dāng)北斗計劃正式立項之后,正巧趕上航天飛船“神舟”計劃開始上馬。這樣一來,任務(wù)一下子加重。在此背景下,相關(guān)部門希望將北斗計劃的工作遷往上海。
而如果遷往上海,研究工作基本需要重頭再來。
“這也是1995年下半年的事。這一年啊……”回憶起那一段往事,很多當(dāng)事者都不免嘆口氣。當(dāng)時,這個調(diào)整并未與總參測繪局商議。卜慶君知道之后,直接給時任解放軍副總參謀長曹剛川的秘書打了一個電話,“你跟曹副總長匯報一下,不能答應(yīng)這個調(diào)整,要不就把計劃毀了?!敝?,卜慶君又直接找到曹剛川,陳述遷址之弊,爭取首長的理解支持。
遷往上海的計劃最終沒有實施。此時,相關(guān)專家已經(jīng)陸續(xù)被調(diào)往北京。但是,這些研究浩瀚宇宙的科學(xué)家甚至沒有一間合適的辦公室。“當(dāng)時房子很緊,來了人都是打游擊?!北倍废到y(tǒng)副總設(shè)計師譚述森說。北斗計劃最初的辦公室,就設(shè)立在總參測繪局招待所的三樓。
“連我現(xiàn)在這辦公室的一半大小都沒有?!弊T述森指著自己40平米的房間說。他到任的時候,辦公室一共五個人,狹小的空間內(nèi)只能將就容下辦公桌。
匱乏的不只是辦公設(shè)施,還有人才。卜慶君曾經(jīng)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)的校長商量,希望對方能為北斗計劃提供幾個博士生。對方十分爽快,“你去挑人,他們愿意去,我就放人?!辈窇c君趕緊派人到哈工大,每個前來應(yīng)聘的博士生都會問兩個問題,“待遇多少?能解決住房嗎?”
而就在他們與博士生洽談的同時,廣東一家企業(yè)前來招聘,待遇是月薪五千,另提供一套住房。一個月之后,卜慶君的部下一個博士生都沒有招到,只有四五個本科生愿意前往北京。
領(lǐng)導(dǎo)覺得必須解決住房問題,不然沒有辦法吸引人才。于是,一方面開始著手蓋宿舍樓,另一方面開始跑到北京市規(guī)劃局,提出建立北斗計劃總站需要用地。規(guī)劃局很大方地表示,“你們是保密單位。順義那邊要哪塊,我們來安排。”主管領(lǐng)導(dǎo)表示太遠,不滿意。對方又說,“那就沙河以北,哪塊都可以?!?/P>
“我們要上地?!?/P>
“其實我早就都看過了,就選好了上地?!比缃?,卜慶君對《中國新聞周刊》記者笑呵呵地回憶。但是,上地附近已經(jīng)完成了規(guī)劃,無法更改。卜慶君就與位于上地附近的航天城的負責(zé)人協(xié)調(diào),在共用水電的情況下,劃撥出了附近的兩塊土地作為工作區(qū)和生活區(qū)。
記得那是1997年1月16日,距離春節(jié)還有三天,北斗地面中心的基建經(jīng)費也最終敲定。
四
就在決策指揮層為這個項目奔忙的同時,北斗研發(fā)團隊的科學(xué)家也一直在進行著自己的工作。他們?yōu)樽约憾ǔ龅哪繕耸恰氨0藸幤摺?——第一顆衛(wèi)星的發(fā)射時間保證在1998年,爭取提前到1997年。
但是一切遠比設(shè)想的要復(fù)雜。
由于北斗系統(tǒng)的奠基理論為雙星定位,那么地面上的第三個點就需要有精確的地面高程,即地面高低分布的精確數(shù)據(jù)。對于科學(xué)家來說,這個高程數(shù)據(jù)是一個極為龐大的數(shù)字化工程。“我們有三十年海量的測繪資料,但這些資料都是紙質(zhì)的,必須全部數(shù)字化?!笨倕y繪局一位資深專家回憶說,“這就需要功能強大的計算機。但那個時候,擁有這樣的計算機都很困難。”
在總參測繪局局長袁樹友少將的記憶中,這項龐大的數(shù)字化工程是從1996年開始的?!澳菚r候咱們的銀河計算機也滿足不了需求,專家還是建議購買國外的設(shè)備?!痹瑯溆褜Α吨袊侣勚芸酚浾哒f。最終,巨型計算機引入了北斗計劃。
在北斗系統(tǒng)籌備之初,這些早已熟悉GPS的科學(xué)家為自己提出要求?!皩?dǎo)航精度要高,要有自己的創(chuàng)新。”北斗系統(tǒng)副總設(shè)計師譚述森說。他所指的創(chuàng)新,是指北斗系統(tǒng)獨有的、GPS不具備的短報文通信功能。
“這120個字的短信功能有時候非常重要,用戶之間可以互相聯(lián)系。比如汶川地震的時候,所有通信都斷了,救援隊就依靠這個功能?!币晃辉菏繉<胰鐚崒Α吨袊侣勚芸氛f。
除此之外,科學(xué)家們還制定了導(dǎo)航反應(yīng)的標準,在5秒之內(nèi)必須有所反饋?!捌鋵?秒都會覺得時間長,咱們必須從用戶的角度出發(fā)。如果過了幾分鐘沒有導(dǎo)航顯示,那你肯定認為這機器壞了。所以從一開始,我們這制定了5秒的標準?!弊T述森說。
為了達到這些標準,北斗衛(wèi)星發(fā)射時間推遲了兩年。直到2000年10月,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的第一顆衛(wèi)星才正式送入軌道。而在此六個月之前,北斗系統(tǒng)的理論奠基人陳芳允已經(jīng)因病去世。
“他去世的時候,我去他家了。唉……”卜慶君老人嘆了口氣。陳芳允最終沒能看到自己的理論成為現(xiàn)實。
時隔兩月,第二顆衛(wèi)星成功發(fā)射。此刻,從提出理論,到發(fā)射衛(wèi)星上天,北斗計劃已經(jīng)走過15年。
在最初的雙星定位理念實現(xiàn)的同時,北斗總師孫家棟開始把自己的擔(dān)憂擺上桌面?!爱?dāng)時就擔(dān)心如果兩顆星當(dāng)中有一顆壞了怎么辦。我就覺得這個問題很為難,無論如何也得向領(lǐng)導(dǎo)匯報?!睂O家棟對《中國新聞周刊》記者回憶。于是,經(jīng)過申請,又補發(fā)了兩顆備份星。而在一切都看似順利推進的時候,麻煩再次降臨。北斗一期和二期之間銜接的一顆衛(wèi)星發(fā)射成功之后突然全部斷電,完全報廢。為此,研究團隊緊急制定了一個名為“泰山計劃”的方案,這樣的工作一直持續(xù)到當(dāng)年年底,以保證北斗計劃一期和二期的順利交接。
2003年12月開始,北斗系統(tǒng)正式開通開始向國內(nèi)用戶提供服務(wù)。作為測量技術(shù)手段,雖然目前北斗系統(tǒng)的應(yīng)用還遠不如GPS一樣完善,但以往一直依賴于GPS授時、導(dǎo)航的用戶,開始多了一種選擇——而這從長遠來說,無論是從國家戰(zhàn)略層面,還是在經(jīng)濟利益層面,都具有重要意義。
2007年2月,北斗二代論證會召開,已經(jīng)退休的很多領(lǐng)導(dǎo)仍到會參加。會議上,專家評估后宣布,當(dāng)12顆衛(wèi)星布網(wǎng)完成后,北斗系統(tǒng)的年產(chǎn)值可能達到500億。
如今,中國軍隊的導(dǎo)航和授時方式已經(jīng)逐步由GPS向北斗轉(zhuǎn)換,而金融、電力、漁政和森林防火等民間領(lǐng)域也逐漸嘗試使用北斗系統(tǒng)。2010年12月18日,北斗系統(tǒng)成功發(fā)射了第七顆衛(wèi)星。目前,北斗系統(tǒng)進入了衛(wèi)星發(fā)射布網(wǎng)的高峰期。按計劃,到2020年,北斗將與GPS一樣,成為一個向全球提供服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。為人類貢獻了“司南”的中華民族,通過北斗計劃,進入了定位和授時的宇航時代。 ★
(實習(xí)生 蒙佳 劉艷平對本文亦有貢獻)
來源:中國新聞周刊
整理:洪麓豐