探秘中國北斗導航衛星:最高機密到民用歷時(shí)20年
發(fā)布日期:: 2011/6/21 作者來(lái)源:: 中國新聞周刊/衛通達
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(huì )在廣東珠海市開(kāi)幕，代表“北斗導航”工程的天地一體衛星運行沙盤(pán)在展會(huì )上亮相。
2010年12月17日，第7顆北斗導航衛星發(fā)射前的星箭對接。12月18日，第7顆北斗導航衛星成功進(jìn)入太空。
北斗記
——探秘中國北斗衛星導航定位系統
約四十年前，美國軍方開(kāi)始了被稱(chēng)作“全球定位系統”(GPS)的研制?，F在，在我們頭頂上空約2萬(wàn)公里處的中地球軌道，GPS系統部署了24顆衛星，地面站對這些衛星的信息數據進(jìn)行捕捉、處理、解碼，并將有關(guān)信息發(fā)至用戶(hù)終端機——這樣，GPS給全球提供準確的定位、測速和高精度的時(shí)間標準。
如今，GPS在我們生活中已然不可或缺——飛機、汽車(chē)、船舶用它來(lái)導航；公安、金融、消防部門(mén)用它來(lái)監控、報警；而不少路癡朋友們駕車(chē)出行，也往往得有它來(lái)壯膽伴行……
在GPS占領(lǐng)95%中國衛星導航定位市場(chǎng)的今天，一種想象不免令人時(shí)常不安——假如在關(guān)鍵時(shí)刻美國人關(guān)掉GPS，或者在上面“動(dòng)點(diǎn)手腳”，我們的戰略武器怎么辦？我們的飛機怎么辦？我們的路癡們怎么辦？事實(shí)上，這已經(jīng)不只是想象與擔心，而是已有先例可循——1996年臺灣海峽局勢緊張的時(shí)候，中國軍隊的一次大規模軍事演習便曾受到過(guò)GPS信號中斷的干擾。
基于上述擔心，世界各大國與國家集團開(kāi)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星導航定位系統。從上世紀80年代末開(kāi)始，未雨綢繆的中國科學(xué)家們也開(kāi)始致力于研制中國自己的“GPS”。當時(shí)，經(jīng)濟基礎薄弱的中國，太空夢(mèng)想還很微小和低調。這個(gè)被命名為“北斗”的計劃，誕生之初并未著(zhù)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(shí)期構建宏大系統的難題。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(kāi)始了。憑著(zhù)中國人探索精神與務(wù)實(shí)態(tài)度，北斗計劃歷經(jīng)周折，厚積薄發(fā)，終于，在2000年，第一顆北斗試驗衛星得以發(fā)射進(jìn)入太空軌道。
時(shí)至今日，北斗系統已經(jīng)成功發(fā)射了7顆衛星，夢(mèng)想也在逐漸豐滿(mǎn)壯大。根據當前的計劃，北斗系統預計到2012年共發(fā)射12顆工作衛星，完成服務(wù)范圍覆蓋亞太地區的目標；到了2020年，北斗將發(fā)射5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，成為一個(gè)向全球提供服務(wù)的衛星導航系統。
從當初的“最高機密”，到今日向民用市場(chǎng)推廣，北斗計劃已經(jīng)走過(guò)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(fǎng)了北斗計劃最初的參與者以及核心科學(xué)家團隊，揭開(kāi)它的神秘面紗。圍繞這個(gè)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(jià)值，同時(shí)也呈現它所面對的優(yōu)美與憂(yōu)患并存的前景。
來(lái)源：中國新聞周刊
北斗前傳
從北京北三環(huán)一個(gè)普通招待所三樓那個(gè)簡(jiǎn)陋狹小的“游擊隊”辦公室，到今日浩瀚宇宙中七顆北斗導航衛星，北斗計劃見(jiàn)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(shí)
71歲的卜慶君有一個(gè)半舊的本子。他小心翼翼地翻開(kāi)，拿出夾著(zhù)的一頁(yè)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(méi)辦法看清報紙上的文字，但是憑借著(zhù)剪報的形狀，他依舊記得上面的內容。
這些剪報都是關(guān)于北斗導航衛星的報道，從新衛星發(fā)射成功到中美談判，他都一一剪下，珍藏起來(lái)。
四分之一個(gè)世紀之前，中國的科學(xué)家開(kāi)始研制中國自己的衛星導航系統。后來(lái)，這個(gè)由中國自主研發(fā)的導航系統被命名為“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(guò)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(cháng)為總參謀部測繪局局長(cháng)，再成為現在的退休老人。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全球定位系統國際運用研討會(huì )”。
“那個(gè)會(huì )議是在1985年的4月15日到18日?！北M管已經(jīng)過(guò)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(zhuān)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(zhuān)家在會(huì )議上的發(fā)言卻讓卜慶君提高了警惕。
美國的GPS系統誕生于1973年， 由美國國防部組織研發(fā)。在那次研討會(huì )上，除了介紹GPS的前景和用途，美國軍方告訴與會(huì )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(huì )采取三種措施應對緊急狀況：第一，降低對方的導航精度；第二，隨時(shí)變換編碼；第三，進(jìn)行區域性管理。也就是說(shuō)，通過(guò)以上三種方式，美國軍方可以限制國內外用戶(hù)對GPS的使用。
“這些都是在會(huì )議上公開(kāi)說(shuō)的。我了解這些之后，就覺(jué)得如果我們依靠這個(gè)，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。
根據掌握的情況，卜慶君撰寫(xiě)了一份報告，其中寫(xiě)道，“對于GPS的發(fā)展和應用要跟蹤研究，與此同時(shí)要發(fā)展中國自己的衛星導航系統?！?/P>
但這只是一個(gè)夢(mèng)想，具體怎樣開(kāi)展研究，毫無(wú)頭緒。
就在同一個(gè)月，卜慶君受邀參加了另外一個(gè)學(xué)術(shù)研討會(huì )。中國科學(xué)家陳芳允在會(huì )議上作了一個(gè)在當時(shí)聽(tīng)來(lái)十分新穎的演講——“利用兩顆衛星就可以解決地面定位問(wèn)題”，后來(lái)被歸納為“雙星定位”。卜慶君在會(huì )場(chǎng)里坐著(zhù)，突然意識到這似乎可以用來(lái)開(kāi)展中國導航系統的研究。他找到時(shí)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(shuō)明自己的來(lái)意之后，陳芳允告訴他，“其實(shí)我們自己已經(jīng)研究了兩年?！弊鳛橹?zhù)名的電子學(xué)專(zhuān)家，陳芳允和其他同事兩年來(lái)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(kāi)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(shuō)明會(huì )?！按蠹叶加X(jué)得可以，我們就決定開(kāi)始籌備可行性論證?！辈窇c君說(shuō)。
第二年3月，卜慶君起草報告請求國家啟動(dòng)雙星定位系統的研究。一個(gè)月后，由國家主管部門(mén)召開(kāi)了可行性論證會(huì )?！皡⒓訒?huì )議的人還真不少。鐵道部、電信局、交通部、林業(yè)局都去了?！辈窇c君語(yǔ)氣一轉，“但是，支持的很少，還是潑冷水的多?！?/P>
人們提出了三個(gè)質(zhì)疑：第一，既然有GPS，為什么我們還要搞這個(gè)雙星定位？第二，我們的技術(shù)水平能否達到？第三，我們有沒(méi)有這個(gè)經(jīng)濟實(shí)力？
“大家說(shuō)的確實(shí)都是現實(shí)問(wèn)題。從這開(kāi)始到后來(lái)的很多次討論，都有不同意見(jiàn)?，F在回頭想想，我很感謝這些意見(jiàn)，讓我們必須很謹慎?！辈窇c君說(shuō)。
與會(huì )者的質(zhì)疑并非沒(méi)有道理。美國GPS系統自1973年開(kāi)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(shí)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(huì )議進(jìn)行了熱烈甚至是激烈的討論、爭辯，最終，眾人從國家戰略和特殊時(shí)期國家安全的角度，認識到自主研發(fā)導航系統的重要性，以及衛星測量手段對國防建設、科研建設的重要意義。很快，參與研發(fā)的團隊列出了17項重大原始試驗專(zhuān)項。
在這之后，從1986年直至1994年的八年時(shí)間里，這些科學(xué)家一直埋頭于理論的推演和專(zhuān)項實(shí)驗。
二
衛星對于大多數普通人來(lái)說(shuō)充滿(mǎn)神秘。
“其實(shí)衛星就相當于以前打仗時(shí)候的消息樹(shù)。在一個(gè)高地上種棵樹(shù)，有日本鬼子來(lái)了，人們就把那棵樹(shù)拽倒，另外一邊的人就都能看見(jiàn)了?！北倍穼Ш较到y工程總師、被譽(yù)為中國“衛星之父”的科學(xué)家孫家棟對《中國新聞周刊》記者說(shuō)，“這就是信息傳遞。衛星另外還有兩個(gè)功能，即信息獲取和導航?！?/P>
衛星導航是這些用途中最為復雜的問(wèn)題。根據科學(xué)家的計算，如果圍繞著(zhù)地球發(fā)射24顆衛星，形成三個(gè)不同的軌道面，編織成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，那么無(wú)論何時(shí)何地，人們都能同時(shí)看到四顆星。美國GPS系統的研發(fā)就是依據這個(gè)原理。
而與此不同，中國科學(xué)家陳芳允所提出的雙星定位，是只用兩顆衛星即可完成最基本的定位功能?！斑@是根據中國自己的需求和經(jīng)濟實(shí)力設定的，”孫家棟說(shuō)，“當時(shí)的中國剛剛改革開(kāi)放，經(jīng)濟實(shí)力不夠。而且，當時(shí)也不需要設計出針對全球的系統?！?/P>
于是，科學(xué)家們開(kāi)始致力于研究只用于中國本土的衛星導航系統。自從1986年的會(huì )議上人們達成一致之后，導航項目的研究就開(kāi)始各自向不同部門(mén)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(zhuān)家團開(kāi)始撰寫(xiě)立項申請。因為測量就是定位方向，這個(gè)中國的導航計劃被命名為“北斗”。
立項工作并非一帆風(fēng)順。
遇到的第一個(gè)阻力，是從研發(fā)之初就困擾著(zhù)科學(xué)家們的經(jīng)費問(wèn)題。1995年，有關(guān)部門(mén)向國務(wù)院匯報北斗計劃。國務(wù)院當時(shí)對此計劃作出了批示?！芭菊f(shuō)，這個(gè)計劃很重要，但也說(shuō)錢(qián)可能沒(méi)那么多，是不是可以考慮先搞預研?！辈窇c君對《中國新聞周刊》記者回憶。
所謂預研，是指國家劃撥少量款項進(jìn)行嘗試性預先研究工作，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。當天晚上，他給國家主管部門(mén)領(lǐng)導打了一個(gè)電話(huà)。在電話(huà)里，他懇切地說(shuō)，“咱們可不能再搞預研，這個(gè)項目已經(jīng)走到這一步了，如果搞預研就等于把這個(gè)項目毀了?！?/P>
王統業(yè)這位領(lǐng)導在電話(huà)里勸他不要著(zhù)急。兩天之后的領(lǐng)導例會(huì )上，他將卜慶君在電話(huà)里的想法說(shuō)給大家，大家商議之后覺(jué)得還是應該盡力申請正式立項。
彼時(shí)，中國另外兩個(gè)衛星計劃已經(jīng)確定，兩個(gè)計劃分別有一顆備份星指標。經(jīng)過(guò)商議，大家決定將前兩個(gè)計劃的備份星指標分給北斗計劃使用?！拔覀兒蛢蓚€(gè)衛星計劃團隊多次商議，如果你們打(衛星)成功了，備份星就不需要了。打不成，你們還得繼續找問(wèn)題呀。所以，就先給我們用好了?！敝袊l星導航的開(kāi)拓者和奠基人之一、北斗計劃工程副總師譚述森笑著(zhù)對《中國新聞周刊》記者回憶說(shuō)。
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(gè)新生的衛星導航計劃終于得以正式立項。此時(shí)，美國的GPS系統已經(jīng)走過(guò)快二十年，整體系統已經(jīng)完成布網(wǎng)，正式開(kāi)始向全球提供服務(wù)。而俄羅斯自己研制的格洛納斯導航系統已在建設當中。
三
問(wèn)題接踵而至。
從1985年進(jìn)行論證開(kāi)始，中國航天科技集團五院就一直擔任著(zhù)北斗計劃中衛星方面的設計工作。而當北斗計劃正式立項之后，正巧趕上航天飛船“神舟”計劃開(kāi)始上馬。這樣一來(lái)，任務(wù)一下子加重。在此背景下，相關(guān)部門(mén)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(lái)。
“這也是1995年下半年的事。這一年啊……”回憶起那一段往事，很多當事者都不免嘆口氣。當時(shí)，這個(gè)調整并未與總參測繪局商議。卜慶君知道之后，直接給時(shí)任解放軍副總參謀長(cháng)曹剛川的秘書(shū)打了一個(gè)電話(huà)，“你跟曹副總長(cháng)匯報一下，不能答應這個(gè)調整，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(cháng)的理解支持。
遷往上海的計劃最終沒(méi)有實(shí)施。此時(shí)，相關(guān)專(zhuān)家已經(jīng)陸續被調往北京。但是，這些研究浩瀚宇宙的科學(xué)家甚至沒(méi)有一間合適的辦公室?！爱敃r(shí)房子很緊，來(lái)了人都是打游擊?！北倍废到y副總設計師譚述森說(shuō)。北斗計劃最初的辦公室，就設立在總參測繪局招待所的三樓。
“連我現在這辦公室的一半大小都沒(méi)有?！弊T述森指著(zhù)自己40平米的房間說(shuō)。他到任的時(shí)候，辦公室一共五個(gè)人，狹小的空間內只能將就容下辦公桌。
匱乏的不只是辦公設施，還有人才。卜慶君曾經(jīng)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)的校長(cháng)商量，希望對方能為北斗計劃提供幾個(gè)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(gè)前來(lái)應聘的博士生都會(huì )問(wèn)兩個(gè)問(wèn)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(shí)，廣東一家企業(yè)前來(lái)招聘，待遇是月薪五千，另提供一套住房。一個(gè)月之后，卜慶君的部下一個(gè)博士生都沒(méi)有招到，只有四五個(gè)本科生愿意前往北京。
領(lǐng)導覺(jué)得必須解決住房問(wèn)題，不然沒(méi)有辦法吸引人才。于是，一方面開(kāi)始著(zhù)手蓋宿舍樓，另一方面開(kāi)始跑到北京市規劃局，提出建立北斗計劃總站需要用地。規劃局很大方地表示，“你們是保密單位。順義那邊要哪塊，我們來(lái)安排?！敝鞴茴I(lǐng)導表示太遠，不滿(mǎn)意。對方又說(shuō)，“那就沙河以北，哪塊都可以?！?/P>
“我們要上地?！?/P>
“其實(shí)我早就都看過(guò)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)完成了規劃，無(wú)法更改。卜慶君就與位于上地附近的航天城的負責人協(xié)調，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和生活區。
記得那是1997年1月16日，距離春節還有三天，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(gè)項目奔忙的同時(shí)，北斗研發(fā)團隊的科學(xué)家也一直在進(jìn)行著(zhù)自己的工作。他們?yōu)樽约憾ǔ龅哪繕耸恰氨０藸幤摺?——第一顆衛星的發(fā)射時(shí)間保證在1998年，爭取提前到1997年。
但是一切遠比設想的要復雜。
由于北斗系統的奠基理論為雙星定位，那么地面上的第三個(gè)點(diǎn)就需要有精確的地面高程，即地面高低分布的精確數據。對于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這個(gè)高程數據是一個(gè)極為龐大的數字化工程?！拔覀冇腥旰Ａ康臏y繪資料，但這些資料都是紙質(zhì)的，必須全部數字化?！笨倕y繪局一位資深專(zhuān)家回憶說(shuō)，“這就需要功能強大的計算機。但那個(gè)時(shí)候，擁有這樣的計算機都很困難?！?/P>
在總參測繪局局長(cháng)袁樹(shù)友少將的記憶中，這項龐大的數字化工程是從1996年開(kāi)始的?！澳菚r(shí)候咱們的銀河計算機也滿(mǎn)足不了需求，專(zhuān)家還是建議購買(mǎi)國外的設備?！痹瑯?shù)友對《中國新聞周刊》記者說(shuō)。最終，巨型計算機引入了北斗計劃。
在北斗系統籌備之初，這些早已熟悉GPS的科學(xué)家為自己提出要求?！皩Ш骄纫?，要有自己的創(chuàng )新?！北倍废到y副總設計師譚述森說(shuō)。他所指的創(chuàng )新，是指北斗系統獨有的、GPS不具備的短報文通信功能。
“這120個(gè)字的短信功能有時(shí)候非常重要，用戶(hù)之間可以互相聯(lián)系。比如汶川地震的時(shí)候，所有通信都斷了，救援隊就依靠這個(gè)功能?！币晃辉菏繉?zhuān)家如實(shí)對《中國新聞周刊》說(shuō)。
除此之外，科學(xué)家們還制定了導航反應的標準，在5秒之內必須有所反饋?！捌鋵?shí)5秒都會(huì )覺(jué)得時(shí)間長(cháng)，咱們必須從用戶(hù)的角度出發(fā)。如果過(guò)了幾分鐘沒(méi)有導航顯示，那你肯定認為這機器壞了。所以從一開(kāi)始，我們這制定了5秒的標準?！弊T述森說(shuō)。
為了達到這些標準，北斗衛星發(fā)射時(shí)間推遲了兩年。直到2000年10月，北斗導航系統的第一顆衛星才正式送入軌道。而在此六個(gè)月之前，北斗系統的理論奠基人陳芳允已經(jīng)因病去世。
“他去世的時(shí)候，我去他家了。唉……”卜慶君老人嘆了口氣。陳芳允最終沒(méi)能看到自己的理論成為現實(shí)。
時(shí)隔兩月，第二顆衛星成功發(fā)射。此刻，從提出理論，到發(fā)射衛星上天，北斗計劃已經(jīng)走過(guò)15年。
在最初的雙星定位理念實(shí)現的同時(shí)，北斗總師孫家棟開(kāi)始把自己的擔憂(yōu)擺上桌面?！爱敃r(shí)就擔心如果兩顆星當中有一顆壞了怎么辦。我就覺(jué)得這個(gè)問(wèn)題很為難，無(wú)論如何也得向領(lǐng)導匯報?！睂O家棟對《中國新聞周刊》記者回憶。于是，經(jīng)過(guò)申請，又補發(fā)了兩顆備份星。而在一切都看似順利推進(jìn)的時(shí)候，麻煩再次降臨。北斗一期和二期之間銜接的一顆衛星發(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(gè)名為“泰山計劃”的方案，這樣的工作一直持續到當年年底，以保證北斗計劃一期和二期的順利交接。
2003年12月開(kāi)始，北斗系統正式開(kāi)通開(kāi)始向國內用戶(hù)提供服務(wù)。作為測量技術(shù)手段，雖然目前北斗系統的應用還遠不如GPS一樣完善，但以往一直依賴(lài)于GPS授時(shí)、導航的用戶(hù)，開(kāi)始多了一種選擇——而這從長(cháng)遠來(lái)說(shuō)，無(wú)論是從國家戰略層面，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(huì )召開(kāi)，已經(jīng)退休的很多領(lǐng)導仍到會(huì )參加。會(huì )議上，專(zhuān)家評估后宣布，當12顆衛星布網(wǎng)完成后，北斗系統的年產(chǎn)值可能達到500億。
如今，中國軍隊的導航和授時(shí)方式已經(jīng)逐步由GPS向北斗轉換，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。2010年12月18日，北斗系統成功發(fā)射了第七顆衛星。目前，北斗系統進(jìn)入了衛星發(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(gè)向全球提供服務(wù)的衛星導航系統。為人類(lèi)貢獻了“司南”的中華民族，通過(guò)北斗計劃，進(jìn)入了定位和授時(shí)的宇航時(shí)代。 ★
(實(shí)習生 蒙佳 劉艷平對本文亦有貢獻)
來(lái)源：中國新聞周刊
整理:洪麓豐
