原標題:北鬥導航系統已步入新時代,但背後的故事驚心動魄!
11 月 5 日,北鬥三號雙星在西昌衛星發射中心發射成功。這是北鬥三號衛星的首次發射,標志著中國北鬥衛星導航系統步入全球組網新時代。央視專訪北鬥衛星導航系統總設計師楊長風,聽他講述北鬥幕後故事。
突破封鎖
造出衛星導航系統的 " 心臟 "
11 月 5 日 19 時 45 分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,成功發射兩顆北鬥三號全球組網衛星。
記者:這次發射應該是相對順利的。
楊長風:這次發射的精度非常高。打個比方,打靶十環是最高的,但聽說實際情況中,有十環還要加什麼的成績,我們這個得分就是 " 十加 "。
中國是繼美國、俄羅斯之後世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國傢。我國從上世紀後期開始探索,並逐步形成北鬥一、北鬥二、北鬥三三步走的發展戰略,逐步從服務國內到亞太再到全球。然而,這個建設過程卻困難重重。
2005 年,當時正在建設的北鬥二號系統的 " 原子鐘 " 突遇問題。原子鐘就如同一塊 " 手表 ",為衛星導航用戶提供精確的時間信息服務。高精度的時間基準技術直接決定著系統導航定位精度,對整個工程的重要性如同人的心臟。
楊長風:當時還想通過引進,但人傢就不給你。因為這是個高精的東西,他們對我們進行技術控制。沒有這個系統,基本上就是空中樓閣。
國外的技術封鎖,堅定瞭科研人員自力更生的信念。楊長風說,大傢有瞭一個共識,核心關鍵技術,必須要突破,不能受制於人。當時北鬥人有一句話," 六七十年代有原子彈,我們的北鬥人一定要有我們自己的原子鐘 "。
他們成立瞭三支隊伍同時開展研發,並在基礎理論、材料、工程等領域同步推進。就這樣,僅僅用瞭兩年的時間,科研團隊就攻克瞭原子鐘這個最大技術屏障。不僅如此,現在用在北鬥三號上的原子鐘,(其精度)已提升到每 300 萬年才會出現 1 秒誤差,完全滿足瞭我國的定位精度要求和衛星的使用壽命。
楊長風:最後這三支隊伍,幹出來的東西都上天應用瞭,而且比國外引進的效果還好,我們的水平確實已經是一種跨越。這種能力就是逼出來的,我們就是靠著這種叫作 " 骨氣 " 也好,叫作 " 努力 " 也好,把它拿下來瞭。
背水一戰
最後時刻擠進 " 導航俱樂部 "
2007 年,難題又來瞭。
導航衛星發射上天的前提是要有合法的軌道位置和頻率資源,這是世界各國必爭的寶貴資源。2000 年我國在國際電聯組織爭取到瞭軌道位置和頻率資源,但這不是永久的,必須要在 7 年的有效期內發射衛星成功收到信號,才算是真正占有這塊 " 太空國土 "。
我國原計劃在 2007 年底發射首顆北鬥導航衛星,但是如果按照這個時間,好不容易申請的軌道位置和頻率就過期瞭。北鬥團隊夜以繼日,終於趕在 2007 年 4 月初的時候,進入到瞭最後的發射階段。但是新的問題出現瞭。
楊長風:運載火箭上瞭發射塔架,進行第三次總檢查的時候,突然衛星應答機異常,應答機是天上、地下信號聯通的關鍵。確保拿到頻率資源,要有這個信號,於是我們把應答機取出來進行修復。
此時留給楊長風他們用來修復的時間隻剩下瞭三天的時間。他們爬上塔架打開火箭、撥開衛星,拿出有問題的應答機設備,從西昌趕到成都,從零開始,重新進行檢驗測試。
楊長風:那個時候,我們隻能用汽車運過去,顛簸四五個小時,都是懷裡抱著的,防止車的震動,像個孩子一樣保護著。
記者:那三天,您怎麼度過的?
楊長風:那三天說句實在話,心情緊張、沉重、壓力也很大,72 小時基本上沒合眼。
2007 年 4 月 14 日 4 時 11 分,這顆肩負著重要使命的北鬥衛星起飛,於 4 月 17 日 20 時許傳回瞭信號。此時。距離國際電聯的 " 七年之限 " 隻剩不到 4 個小時。
記者:您這一講,我其實覺得風險蠻大的,如果三天內問題沒解決,意味著我們可能喪失瞭這個空間的國土瞭。
楊長風:對,所以當時我說搶占這個頻率叫背水一戰。我記得我們第一組衛星信號發下來的時候,我們當時一個操場擺瞭一個桌子,擺瞭十幾個接收機,同時接到這樣一個信號的時候,當時整個操場的人都歡呼跳躍。我當時高興激動得都流淚瞭,無意識地就熱淚盈眶瞭,這是一種壓力的釋放。
" 零窗口 " 發射
衛星成功躲過雷擊
2011 年 7 月 27 日,矗立在發射塔架上的第九顆北鬥導航衛星發射在即,但當時卻烏雲密佈,天降雷雨。通常,遇到雷電天氣,大多數航天發射任務就會推遲。但是,北鬥衛星導航系統不行!必須要 " 零窗口 " 發射。
楊長風:" 零窗口 " 就是必須在規定窗口的這個時間內發射,就隻有這個時間,你要具備這種能力。
記者:提前錯後呢?
楊長風:它有一個窗口,前後錯 20 分鐘都可以。但錯 20 分鐘以後,對我們整個的運載工具,對我們衛星姿態控制的調整,要浪費很多的燃料。當時天氣預報白天有雨,晚上沒雨。但晚上臨發射時,雷電雨比白天還大。
當時,氣象預報是決策的唯一依據。大傢在等,也是在盼,40 分鐘的發射窗口一點一點過去瞭,還是沒有一點好轉的跡象。就在發射窗口關閉前 5 分鐘,氣象預報雷電可能會有一個短暫的間歇。機會稍縱即逝,北鬥團隊果斷決策,火箭帶著衛星破雲而出。
楊長風:發射完以後,當時還真是比較巧,發射完以後可能隻有幾十秒,結果又有一個雷擊。
記者:對發射會有影響嗎?
楊長風:已經發射上去瞭,隻要發射上去,因為發射上去隻要一百多秒,我們當時說真幸運,如果當時沒發射的話,整個發射場,後果真不堪設想。
應用廣泛
30 多顆衛星 2020 年將全球組網
北鬥人一步一個腳印,實現瞭跨越式發展。甚至開創瞭很多隻有北鬥衛星才有的新技術。建設北鬥衛星導航系統,最終就是為瞭應用。事實上,北鬥系統這些年已成功應用於我國的測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等很多領域。
楊長風:交通部使用瞭我們北鬥系統後,有一個全國的交通監管系統,對危險品的運輸車、旅遊客車、長途客車實時監控,目前已達 480 多萬輛。去年他們做瞭一個統計,事故率跟原來的同期相比減少瞭 50%,人員的傷亡率也降瞭 50%。
據我國權威部門統計,2016 年北鬥系統已實現產值 2000 億,這其中並不包括由此產生的社會效益和間接效益。以這次北鬥三號的首次發射任務為起點,我國將迎來北鬥三號衛星高密度發射。到 2018 年年底,將有 18 顆北鬥衛星發射升空,到 2020 年,將完成 30 多顆北鬥三號衛星的全球組網。
記者:作為總設計師,您個人還有更高的目標嗎?
楊長風:未來建立我們國傢的綜合導航定位設施服務體系,這是我們要爭取的一個目標,我估計在 2030 年就會實現,這可能是我們北鬥四代的發展目標。造福人類、服務全球,這就是我的一個最大目標。