大炮打蚊子 比“大炮打蚊子”还要精确万倍 这个团队日夜颠倒只为追“星”

科技生态系统

日夜颠倒，只为追“星”

——北斗全球联网过程中的两三件事

北斗卫星部分开发者合影。

北斗卫星开发网站。照片由中国航天科技集团第五研究院提供

曾经为世界贡献四大发明，推动人类文明车轮前进的中国，在21世纪的第二个十年，再次贡献了中国人的智慧。

今年7月31日，中国北斗全球卫星导航系统迎来了正式开通服务的历史时刻。北斗导航信号在空的时候传播开来，全世界人民都在“中国北斗”的指引和陪伴下。今天我们走近了创造北斗卫星奇迹的幕后科研团队代表。

6月初，北斗三号卫星飞行控制小组前往Xi卫星测控中心，执行最后一颗组网卫星的飞行控制任务。变轨完成后，飞控机组在昼夜反转数天后将面临新的挑战，每12小时进行一次定点捕捉。6月30日，北斗全球网最后一颗星成功固定。

如果说北斗全球卫星导航系统的建设是一场持续数年的持久战，那么飞控任务就是这场持久战的最后冲刺。从太阳翼的完美亮相，到卫星的几次精密变轨，再到高精度定点捕捉，科技团队的努力，一次又一次地展示了中国北斗的精神。用他们的话说，昼夜颠倒，只为追星。

比“大炮打蚊子”准一万倍

北斗三号某星间链路相控阵天线是我国北斗星座星间链路的核心设备，在Tai 空中被称为“高精度标尺”。

中国航天科工集团第五研究院综合部专家告诉记者，导航星座上配备的一个相控阵天线在距离地球24000公里的Tai 空实现了精确的“握手”。在交换信息的同时，可以精确测量对方的位置精度，保证导航星座在轨的精确自主运行。

在Tai 空中，北斗三号卫星之间的距离远达7万公里。天线通过精确的相位中心稳定设计和链接设计，可以保证分米级的测量误差，比“大炮打蚊子”精确一万倍。设计团队要采取一系列的方法来保证这个“高精度尺”在北斗三号的整个生命周期内不会发生变化。

专家透露，相控阵天线的组件数量是中国单颗卫星中最多的，甚至超过传统卫星组件数量的一半，其复杂性可见一斑。这些元器件大多是高端半导体器件，已经汲取了国内自主设计能力。这次用的元器件都是国控，打破了欧美长期以来限制的瓶颈。

全面开放“城际高速公路”

如果将30颗北斗全球联网卫星视为30 空个中心城市，在传统模式下，在地面城市与各个空个中心城市之间建立卫星-地面走廊，对城市运营管理状况进行监控。

然而，第五研究院的专家告诉记者，北斗三号首先设计了空城市之间的城际公路，并在主要空城市之间建立了高速公路。最后，它在卫星上建立了通往地面城市的高速公路，轨道最高，体积最大。其中北斗星之间的网络团队智慧凝聚。

北斗三号2012年开始开发时，设计团队没有任何参考案例。在研究空数据系统和传统卫星通信知识的基础上，设计人员分析了地面网络的成果和卫星设计的特点，得出了最高效、最灵活的方案。

第五科学院的专家告诉记者，与地面不同，在地面上计算机可以直接连接到网络上，不同高度和相位的卫星之间的可见关系发生变化，而北斗三号使用相控阵天线建立的星间链路每分钟要“扫描”20颗卫星或地面站目标，变化的频率更快。

“就像在自习室传递纸条一样，在收到另一个伙伴的纸条时，科技人员要保存纸条，然后选择最合适的时间发出，直到达到目标。”第五研究院北斗卫星开发专家表示。

卫星传送的纸条比较复杂，需要区分遥控、遥测、操控、消息等服务的优先级，在大量的纸条中找到最重要、最紧急、最合适的，先发出去，还要考虑负责传送纸条的同学书桌抽屉是否满了。

成功来之不易

当然，在北斗卫星的研制和发射过程中，科研团队也经历了许多风风雨雨。

一位五院北斗卫星开发专家告诉记者，2012年初，由于一个技术问题，一整颗卫星配置“翻车”，大家彻夜未眠。一位以经验、冷静、世故著称的设计师被紧急召回北京，立即从北斗二号调至北斗三号，加入新方案的论证团队。

用“时间紧，任务重”来形容这次“救援行动”更为恰当。这是一次真正的“封闭高效的聚会”，所有的工作人员都驻扎在北京的某个地方。经过整整一个月，新方案终于达到了实施要求。

2015年北斗三号即将发射测试卫星，其成功与否将直接影响后续组网任务的顺利进行。为了赶上“发射窗口”，开发团队绞尽脑汁，尽最大努力一天24小时两班倒...他们只有一个想法——“必须准时离开工厂！”

大厅里亮如白昼，他们分不清是深夜还是白天。困了就出去洗脸提神。当他们累了，他们在现场休息一会儿。“天线展开顺畅，旋转指令正确”……每一个节点任务的顺利完成，都会给在场的人一个“强心剂”。

然而，这种喜悦并没有持续多久。10月的某一天，天线在轨出现了问题，多年的辛苦白费了。“在航海家的字典里，没有‘承认失败’这个词。即使面对前所未有的问题，也要放手！”第五医院的专家说。

2015年12月25日，在全队的努力下，北斗人创造了中国航天史上的奇迹——天线在轨问题成功解决，工作正常！那天晚上，全队沸腾了。“成功不易！”

北斗“前路漫漫”

今年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统竣工开通仪式在人民大会堂隆重举行。北斗一号卫星总指挥李祖宏在现场见证了这一历史性时刻。

开幕式结束后，他甚至对记者说了三句“非常”的话:“我非常荣幸、非常高兴、非常激动地参加活动，见证北斗三号全球卫星导航系统建成开通的历史性时刻！”

他告诉记者，开幕式是对北斗项目参与者的极大鼓舞，也是对北斗团队几十年来辛勤工作的最高肯定。李祖洪表示，北斗三号全球卫星导航系统的建成开通，是我国北斗卫星导航系统建设“三步走”的里程碑事件，并不意味着北斗导航工程的完成。

“可以说，前面的路还很长，远处还有无数的青山在，意味着我们肩上的担子更重，要求更高。”李祖宏表示，要弘扬和落实“中国北斗、世界北斗、一流北斗”的发展理念，关键是解决好北斗卫星导航系统的使用问题。

北斗三号卫星总设计师谢军既兴奋又激动，但也有新的责任和压力。

担任北斗卫星总设计师16年后，谢军深切感受到，从事这个国家重大工程是光荣的，使命与责任并存。他说:“我深深知道，北斗卫星导航系统对国家安全、国民经济、社会发展和公共生活具有重要意义。”

他告诉记者，北斗三号全球卫星导航系统的开通是一个新的起点，对北斗系统的设计者和建设者提出了更高的要求。“做好在轨卫星的运行管理和技术保障，确保卫星12年工作寿命，确保北斗系统特别是北斗卫星以其安全稳定的运行、连续可靠的信号和各种优质服务得到检验”。