1994→2024，北斗30周年！走出一条独特的卫星导航探索之路

北斗：远在天边，近在眼前（科技视角·高水平科技勇敢做自力更生自力更生的排头兵）

第59颗、第60颗北斗导航卫星在轨示意图。

中国科学院供图

开发商正在进行卫星组装工作。

中国航天科技集团公司五院供图

不久前，我国在西昌卫星发射中心成功发射第59颗和第60颗北斗导航卫星。该组卫星是我国北斗三号全球卫星导航系统建成开放后发射的第二组中地球轨道卫星。这也是北斗三号全球卫星导航系统的最后一次发射。

北斗卫星导航系统（以下简称“北斗系统”）是我国围绕国家安全和经济社会发展需要自主建设和运营的卫星导航系统。经过多年发展，北斗系统已成为为全球用户提供全天候、全天候、高精度定位、导航和授时服务的重要新型基础设施。

从北斗一号、北斗二号到北斗三号，从双星定位到全球组网，从亚太覆盖到全球服务，北斗系统自1994年立项以来，已走过波澜壮阔的30年。

30年来，全体北斗人秉承“自主创新、开放融合、团结奋进、追求卓越”的新时代北斗精神，践行“中国的北斗、世界的北斗、中国的北斗、世界的北斗”的发展理念。一流的北斗”，把北斗系统打造成一张亮丽的“国家名片”。

“无论遇到什么困难，我都会咬紧牙关，坚持到最后。”

根据我国导航卫星建设规划，北斗一号覆盖国内区域，北斗二号拓展至亚太地区，北斗三号走向全球。

2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式启动。我国建设的独立、开放、兼容的卫星导航系统从此开启了高质量服务世界、造福人类的新篇章。

回顾创新历程，北斗三号从区域走向全球的关键技术难点之一是高效实现卫星间的测量通信。

为此，我国科研人员大胆创新，找到了新途径，提出了星间链路技术。所谓“星间链路”，就是卫星之间的通信线路。它是航天器与航天器之间具有数据传输和测距功能的无线链路。根据国内站点部署情况，提供全球运营服务。有了这项技术，即使北斗卫星在地球的另一边“隐形”，仍然可以通过北斗卫星的星间链路进行联系。这是北斗全球导航系统建设的一大特色。

康成斌深入参与星间链路关键技术研究。中国航天科技集团公司五院通信导航部导航室主任自2010年参加工作以来，全身心致力于北斗系统的发展。

想要实现“星对星”和“太空桥”是极其困难的。康成斌介绍，北斗三号系统卫星间距最远7万公里。不仅要让两颗卫星远远地面对面就好像近在咫尺，还要保证即使相隔7万公里也能出现厘米级的位置。变化可以立即被感知和测量，星座中的任何两颗恒星都必须建立类似的连接。 “这是一个巨大的技术飞跃。”

“几乎从零开始，团队压力很大。”康成斌表示，要充分论证科学原理的正确性，并进行无数次实验验证。

为了加快星间链路技术的突破，不耽误卫星研制的整体进度，康成斌和团队成员睡在试验场，争分夺秒地从早到晚测试星间链路技术。

当测试出现问题时，康成斌带领团队冷静推演、计算，直至发现所有疑点。 “无论遇到什么困难，我都会咬紧牙关，坚持到最后。”这是支撑康成斌克服困难的信念。让他感动的是，这段时间，许多白发苍苍的院士和总工程师的技术专家来到会场，慷慨解囊。

星间链路技术让北斗系统实现“一星、全星”。从白手起家、奋起直追，到与世界领先的全球导航系统并肩，一代又一代科研人员自力更生、锐意创新、努力超越，开创了一条独特的卫星导航探索之路。

“只有踮起脚尖去接触最好的技术，我们才能确保进步。”

北斗系统汇聚了全国400多个单位共同攻关，凝聚了超过30万科研人员的汗水和智慧。其中，北斗三号卫星研制由中国航天科技集团公司五院和中科院微小卫星创新研究院共同承担。

最后一颗北斗三号组网卫星完成后，中科院微小卫星创新研究院研究员、北斗三号卫星系统总设计师林宝军收到短信称：“这颗卫星终于我们成功了，完成了别人认为不可能的事情。”

谈到创新的秘诀，林宝军的回答是“理念创新”。

2015年3月30日，北斗三号全球系统首颗试验卫星成功发射入轨。这是中国科学院研制的第一颗北斗导航卫星。这颗实验星拥有超过70%的新技术，并且运行良好。

按照惯例，卫星上的新技术占比一般不超过30%。为什么敢从30%改到70%？

林保军说：“攻克关键技术问题通常需要10年时间，而卫星的寿命往往超过10年。到卫星运行结束时，20年前使用的技术已经被使用了。因此，创新性这个概念的前瞻性和前瞻性非常重要。” “勇敢地突破一些传统观念的束缚很重要。”在他看来，“在成熟技术保证的基础上，只有小心翼翼地拿到最好的技术，才能保证先进性。”

林宝军将卫星上的结构、热控等10多个子系统合并为电子、控制、结构、有效载荷四大功能链，简化了系统结构，提高了整体可靠性。例如，每个子系统原本需要一台计算机，一颗卫星甚至需要24台计算机。通过技术创新，现在一台计算机就可以完成整个卫星的计算。团队经过反复筛选验证，优选成熟的部件和工艺路线，确保创新技术的落地实施，使卫星整体技术领先。

这期间，有人质疑：“我们能不能稳一点？”林宝军顶着压力，带领这支平均年龄只有31岁的团队，夜以继日地工作，终于研制出了一颗性能优异的卫星。仅2018年，该团队就高密度研制并发射了8颗北斗三号中轨组网卫星，为北斗三号基础系统做出了突出贡献。

据介绍，北斗系统攻克了大量关键核心技术，各类部件国产化研制实现突破，北斗三号卫星核心部件国产化率达到100%。

“让‘卫星短信’走进千家万户”

庞大而精密的北斗系统除了由卫星组成的空间部分外，还包括由测控系统、运行控制系统等组成的地面部分，以及由各种终端和应用系统组成的用户部分。

郑晓东，中国电子科技集团网络通信研究院高级工程师。从事北斗导航地面系统建设20余年。他带领团队自主研发了具有中国特色的北斗民用短消息通信平台。

从功能上看，其他卫星导航系统只能提供被动定位，因此用户只能知道“我在哪里”。北斗用户不同。他们不仅知道“我在哪里”，而且还可以告诉别人“我在哪里”和“我在做什么”。当遇到突发地震、海上遇险以及其他通信方式失效时，北斗短报文通信可以成为人们传递求救信息、拯救生命的关键保障。

郑晓东带领团队先后攻克微弱信号捕获跟踪、高精度同步等多项技术难题，实现一系列创新突破，使北斗三号全面兼容北斗短报文通信业务-2系统并提高其信息发送能力。一次升级到1000个汉字，大大提升了短信系统的服务能力，为短信的大规模应用奠定了基础。

“让‘卫星短信’走进千家万户。”为此，郑晓东团队还创造性地提出了将北斗短信嵌入智能手机的概念。手机如何与太空中的卫星建立直接连接？

“这要求产品在非常小的尺寸下具备高功率发射和高灵敏度接收能力。”郑晓东及其团队攻克了高灵敏度快速采集、集成射频基带设计等核心技术，研发出了全球首款低成本、低成本的北斗短信消费终端芯片。

研发之路并非一帆风顺。郑晓东回忆，曾经团队与一家手机厂商合作搭建手机测试环境。实际进行测试的时候，调试始终没有成功，大家都很着急。这时，团队核心成员王晓玲提出了一个想法——在多个城市测试北斗卫星信号，通过真实的测试数据分析问题并优化性能。这个想法得到了团队的认可，大家克服困难，仅用一个月时间就完成了百余座城市的北斗卫星信号测试。依靠这些宝贵的测试数据，制定了整体解决方案，解决了所有问题。

如今，通过在手机中插入短信芯片，手机可以在紧急情况下无需地面移动网络就具备与外界通信的能力。此类手机可广泛应用于遇险报警、紧急救援、灾害指挥、海上作业等场景。”郑晓东说。

北斗虽远在天边，但应用却近在咫尺。目前，全国已有2500多个水库使用北斗短报文通信服务进行水文监测。搭载国产北斗高精度定位芯片的共享单车数量已突破1000万辆。支持北斗短信通信功能的手机已经发布。北斗系统正在全力赋能各行各业，成为经济社会发展的基石和重要引擎。

根据中国卫星导航系统管理办公室发布的规划，到2035年，将建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时系统。为了这一目标，北斗人一直在路上。