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26年热血,从“埋头追赶”到“昂首领跑”,从“受制于人”到“自主可控”——吴小莉专访“北斗”卫星首席总设计师谢军

来源: 文化视界 2020-06-24 17:15:15
  谢军:压力非常大。我们国家申请的频率是在2007年的4月17号0点0时就到期了,如果这个时候你还不把自己的卫星发射上去,不按照国际电联的要求发播你所申请的导航频段里的导航信号,那么人家就可以把你这个申请作废。

  2020年6月23号9时43分,北斗三号全球卫星导航系统的最后一颗组网卫星,顺利进入预定轨道。中国的北斗与美国的GPS、欧洲的伽利略以及俄罗斯的格洛纳斯,并称为全球四大卫星导航系统。此后,中国北斗导航系统正式投入运营,向全球开放。

26年热血,从“埋头追赶”到“昂首领跑”,从“受制于人”到“自主可控”——吴小莉专访“北斗”卫星首席总设计师谢军

  2018年,吴小莉曾与”北斗“三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军相约问答。专访中,谢军回忆了建设”北斗“工程时遭遇的重重困难和技术攻关;分享了26年来,中国卫星导航系统从无到有,从“受制于人”到“自主可控”的独家故事。

  1994年,中国政府决策启动北斗一号工程。其实早在80年代,自陈芳允院士提出“双星定位系统”后,科研人员已开始投入试验。但由于耗资巨大、投入周期长等原因,相关研究一度搁浅,直至1993年“银河号”事件发生。

  彼时,由于导航定位系统的原理所致,美国GPS民用信号对全球免费开放,因此很快风靡全世界,中国也不例外。1993年7月23日,美国以获得情报为由,指控中国“银河号”货轮向伊朗运输制造化学武器的原料,并威胁要对中国进行制裁。当时,“银河号”正在印度洋上正常航行,突然船停了下来。事后大家才知道,这是因为当时美国局部关闭了该船所在海区的GPS导航服务,使得轮船不知道该向哪个方向行驶。有媒体评价“大国重器,却受制于人的滋味不好受。”

26年热血,从“埋头追赶”到“昂首领跑”,从“受制于人”到“自主可控”——吴小莉专访“北斗”卫星首席总设计师谢军

  吴小莉:在1993“银河号事件”发生之后,对于中国的相关单位震动很大。

  谢军:GPS,从它建设到应用,就跟现在我们说的一样,它的实力确实取决于人的想象力。所以当时GPS既然已经投入服务了,我们国家在很多领域里头也在用它。当时,我们了解到这样一些信息后,真的感觉到作为一个大国、作为一个要独立自主发展的国家,一定要有自己的卫星导航事业。关于这件事,在研究所里的议论不是特别特别多,我想在这些高层上,会有一些讨论。然后我们感觉就是,给自己的任务、要求越来越明确了。

  吴小莉:您说得非常好。刚开始研发的时候,其实任务和要求并不很明确。在1970年代我们就有了“灯塔计划”,但是后来就搁浅了;80年代,陈芳允院士也提出了“双星定位”,但是后来也搁浅了。当时搁浅的原因是什么?

  谢军:陈先生提出来“双星定位系统”后,我们各大系统,一直是在做研究,一直到1994年工程立项,应该说都是按照陈先生的思路在做工作的结果。当时的进展比较慢,我个人的感觉是,可能一方面,当时国家对整个空间技术的掌握,包括往空间技术方面投资多少,不能确定。另一方面,确实是,对于卫星导航的工程建设,一旦投入以后,就不能中断,是一个非常巨大的投入。所以我觉得在当时的情况下,从国家的国力、以及对我们航天工业的评估结果来看,可能还是有一些犹豫。

  吴小莉:那个最大的震动就是,1993年的“银河号事件”。所以1994年,北斗一号的卫星的计划…

  谢军:国家就正式立项。之前做的所有铺垫工作开始有了明确的目标。

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  1994年,北斗一号工程正式启动,进行试验探索。彼时,美国GPS、俄罗斯格洛纳斯各发射了20多颗卫星,已经完成了全球组网。而北斗导航才刚刚起步的中国,正面对着西方国家对其实施的最严密的技术封锁。

  吴小莉:其实在那个时候,我们确定要做北斗一号,整个西方社会对于中国的技术封锁还是比较严密的。作为一个技术人员,有没有感受到这样的压力?

  谢军:在北斗之前,我在国外的通讯卫星公司工作,参加过一年,他们为香港一个公司做的卫星监制工作。在这个期间呢,像我们国家搞通讯卫星引进的一些产品,就无缘无故的得到了禁运、封锁。所以北斗一号立项的时候,对于技术禁运,以及不出售一些高指标产品给我们,应该说国外还是有所考虑。但是到北斗二号建设的时候,就明显的感觉到了国外在一些产品上,跟我们讨价还价,或者就不给你提供你所要求的技术指标。

  吴小莉:我们北斗一号立项的时候,他们还没有感觉到威胁。等到我们真的要做北斗二号的时候,他们觉得中国是来真的、有威胁了。

  谢军:应该说他觉得中国超过他总是不好的一件事情吧。

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  不止是中国,欧盟也在努力摆脱欧洲对美国全球定位系统的依赖。1999年,欧盟首次公布伽利略卫星导航系统计划,并吸引多国共同研制。中国也在2003年9月加入了“伽利略计划”,并承诺往后几年将陆续投资2.3亿欧元。但是进入2005年,由于政治原因,中国不但进不到“伽利略”计划的决策机构,甚至在技术合作开发上也被欧洲航天局故意设置的障碍所阻挡。最终中国人意识到,要想开发“北斗”,只能依靠自己!

  早在上世纪90年代初期,最适合卫星导航的黄金频段就已经被美俄两国全部占用。后来在中国与欧盟共同努力下,国际电联从航空导航频段中最大限度地挤出了一小段频率,供卫星导航使用。这一小段频率,只有黄金频段的四分之一,却是建设一个全球导航系统最基本的频率需求,且各国均可平等申请。但是为了争取这一小段频率,中国和欧盟进行了长达八年的磋商谈判,也被称为中欧的“频率之争”。

  谢军:作为无线电信号来讲,如果它在一个区域里头,大家都用相同的频段来操作的话,肯定会造成一些相互之间的影响。所以国际上,专门有个国际国际电信联盟,来管理不同频道的信号可以用于什么,比如天上对地的哪个频率是作为什么业务用的。那么作为导航卫星,星对地的频段应该说非常非常少的。早期就是由美国先设计了一些,占用了一些,另外俄罗斯的格洛纳斯系统,它搞评分的它也占用了一些。真正到欧洲搞伽利略工程、中国搞北斗工程的时候,剩给我们频率带宽资源已经非常非常少了。

  所以从2004年,我们要抓紧立项,也是为了保证我们能够占有相应的一些频率资源;同时呢,也能够为一直要做的卫星导航系统、为它的良好建设,打下一个基础。所以这件事情确实是工程的一个核心。

  吴小莉:我们2004年正式要来做这个事情,但是2005年伽利略的第一颗星已经打上去了。根据先到先得的原则的话,他们如果继续发射卫星,其实频率很快就会被占用了。

  谢军:压力非常大。我们国家申请的频率是在2007年的4月17号0点0时就到期了,如果这个时候你还不把自己的卫星发射上去,不按照国际电联的要求发播你所申请的导航频段里的导航信号,那么人家就可以把你这个申请作废。

26年热血,从“埋头追赶”到“昂首领跑”,从“受制于人”到“自主可控”——吴小莉专访“北斗”卫星首席总设计师谢军

  2005年,欧盟发射了首颗伽利略导航卫星。此时,距离中国申请使用的频段有效期只剩不到3年时间,而中国的首颗北斗导航卫星还在研制之中。直到2007年4月14日,距离有效期还剩三天的时候,首颗北斗导航卫星终于立在了发射塔架上。

  谢军:从2005年开始,大家就在按照我们修正过的流程在做。当时的计划就是我们要在2007年4月上旬完成这颗卫星的发射。但非常不巧的是,3月下旬,我们发现这第一颗星有非常多的事情出现。我们预定的4月7号发射时间,后来推迟了一个礼拜,到了4月14号才发射。

  这颗星出现的影响卫星按时发射的事件还是有很多的。最开始这颗卫星的电源系统出现了故障,我们必须要对自己相似的产品进行检查。那么我们到了靶场以后,到转场加注前评审的时候,我们有个发动机又被我们的操作人员给磕碰了。那么发动机还能不能正常地、安全地完成它在轨的任务,也需要确认。第三个波折就是,那时候卫星都完成加注了,也完成了和火箭的对接,上了发射塔架,整流罩都盖起来了,结果我们在第一次加电测试的时候,发现我们的重要的应答机存在着一个问题:不能起振。我们还是非常果断地,就决定要把这个产品拿下来,但是检查这个故障也是非常非常困难,经过三天三夜的排查,经过各方的努力,总算是把问题搞清楚也解决了,保证它后面能按时发射。

  第一颗卫星是4月14号发射成功的。因为火箭打不到我们要求的工作轨道上,所以一般卫星入轨以后,还要经过三到四次的变轨。进入工作轨道以后,才能按照程序一步步来开机。有些卫星,特别像导航通信,有大功率的这种射频部件,我们一般要停留几天再开机。但是北斗,因为我们涉及到4月17日0点0时0分0秒必须要发射的情况,所以我们在16号,应该是八点多钟,晚上八点多钟就决定把最后的最关键的放大器打开,把我们的导航信号发播下来,实现了我们的占领频率这样一个任务。

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  中国的卫星导航系统形成“三步走”发展战略:2000年年底建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年的年底建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;2020年的前后建成北斗全球系统,向全球提供服务。

  吴小莉:北斗三号要全球组网的时候,我们要建立星间链路。星间链路是什么?

  谢军:星间链路实际上就是要在空间的一颗卫星和另外的卫星,以及这颗卫星和其它在网络里头卫星要建立起来一个通道、星间的通路。

  要建设全球系统呢,因为我们不可能在全球布那么多站,不能像美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯那样在全球布站。我们是基于国内这些地面的运控监测站的基础上,对全球进行服务。所以就一定要通过地面站监测、测量、控制我可见的卫星,然后通过我可见的卫星再控制和测量我的地面站不可见的卫星,以此实现全球服务能力的保证。

  北斗系统呢,是一个长期稳定运行的系统。我们国家建设北斗系统的一个原则就是要独立自主、独立运行。如果你要在国外建了站,一旦有些什么特殊情况发生,那么依赖于那个站的工作,可能就不能正常运行下去了。除此之外,星间链路还有非常重要的一个作用,也是现在国际上所有的卫星导航系统都在考虑的,就是整个系统如何能够在不依赖于地面站的情况下,来实现长期的自主的来对用户提供服务。

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  2015年的8月,两颗全球系统试验卫星首次建立起了星间链路,标志着中国掌握了这一个国际领先的核心技术。

  事实上,很多国家都已经与中国的北斗建立了合作。比如中俄开通了卫星导航联合监测平台,签署了北斗与格洛纳斯两大系统的兼容互操作声明;成立了中欧卫星导航合作工作组;并且在非洲各国相继建立了北斗的地面接收站等等。日臻完善的中国北斗,正在蜕变成为世界的北斗。

  有媒体报道,2012年“北斗”正式登陆民用市场,短短5年总产值就已经高达了2500亿元人民币,成为了一张崭新的中国名片。随着从亚洲布局向全球组网迈进,“北斗”产业也已经迸发出了惊人的力量。短短几年,70多个国家和地区都已经有了北斗的身影:巴基斯坦的交通运输、港口管理;缅甸的土地规划、河运监管;老挝的精细农业、病虫灾害的监管;文莱的都市现代化建设、智慧旅游;印尼的海上集成应用等等。中国的“北斗”已经走出国门,正在加速融入这个多元的世界。

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  吴小莉:现在看起来,北斗深耕东盟,还有“一带一路”的国家,而且在做全面的基础设施的升级。

  谢军:对。在走出去的过程中,我觉得从道理上来讲,应该说一定要保证你所提供给人家的服务,特别是像卫星导航的这种基础设施,卫星运行一定要可靠,一定要稳定。不能我搞了一个基础建设,地面的也好,终端也好,过几天你就运行不好,甚至就中断服务了,所以我觉得这个是非常非常重要的。

  吴小莉:您曾经说过,企业搞北斗+,是一片蓝海,但是我们在民用推广上,跟GPS的差距还是有的。那您觉得这个差距,说明了什么样的不足?

  谢军:我们国家建设北斗卫星导航系统,首先是一个工程建设项目。应该说整个工程建设上头来讲,在应用方面投入的力量,还是非常非常不足的。2012年12月,我们正式的宣布提供服务。那么2012年12月当时的情况,大家也都知道,实际上GPS的应用已经非常非常普及了。而且在应用的过程中间,很少发现哪个地方有什么大的缺陷。在这种基础上,当时国内很多搞卫星导航接收机、搞终端的厂家,并不是十分的热衷于研发北斗的这些算法芯片等等。所以我个人觉得,随着2012年,我们提供服务,以及这几年的稳定服务,现在越来越多的厂家,把研发的精力放到了北斗二号的这些芯片终端上头。那么虽然现在市场不如GPS的大,但是慢慢慢慢,一定是会赶上去的。

  随着北斗三号最后一颗卫星的成功发射,北斗+时代即将加速开启。据《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示:2019年,中国卫星导航与位置服务产业总体产值就达3450亿元,其中与卫星导航技术研发和应用直接相关的产业核心产值为1166亿元,在总产值中占比为33.8%。而随着“北斗+”和“+北斗”应用的深入推进,由卫星导航衍生带动形成的关联产值继续保持高速增长。挑战既机遇,北斗“收网”,打开巨大想象空间......

[ 责任编辑:王姝方 ]

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