今年5月，第五十六顆北斗導航衛(wèi)星成功發(fā)射，這是我國北斗三號工程的首顆備份衛(wèi)星，也是北斗三號工程高密度組網(wǎng)之后，時隔3年的首發(fā)任務。
作為我國自主建設、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施。
(資料圖片)
從2000年年底北斗一號系統(tǒng)的建成，再到2020年7月31日北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成開通，對于有著十四年“北斗”生涯的北斗三號衛(wèi)星系統(tǒng)總設計師林寶軍來說，他和團隊先后研制并發(fā)射了12顆衛(wèi)星。特別是2015年3月，林寶軍和團隊一起研制的我國新一代北斗導航衛(wèi)星首發(fā)星，拉開了我國北斗全球系統(tǒng)組網(wǎng)建設的序幕。
“北斗應該是和我們老百姓日常生活關系最密切的一個衛(wèi)星星座了，因為生活中85%的信息基本都與時空有關，而時空就是導航要干的事?！敝袊茖W院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長林寶軍近日接受第一財經(jīng)獨家專訪時告訴記者，他透露，對于已經(jīng)應用于200個國家的北斗系統(tǒng)來說，接下就是要做更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系，“解決天上深空的問題、室內(nèi)的問題、水下的問題”。
北斗三號七成以上都是新技術
“天上的星星參北斗”。不管是交通運輸、氣象測報，還是救災減災、公共安全等，北斗系統(tǒng)提供服務以來，已經(jīng)在多個領域得到了應用。特別是隨著北斗三號的全球組網(wǎng)，“北斗+”高精度行業(yè)應用和“+北斗”的高精度大眾化應用迎來新大機遇。
而在我國已經(jīng)發(fā)射的三十多顆北斗三號衛(wèi)星中，有12顆都是由林寶軍所在的中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院（下稱“衛(wèi)星創(chuàng)新院”）研制的。特別是2015年3月成功發(fā)射的新一代北斗導航衛(wèi)星首發(fā)星，就已突破了框架面板式結構、相控陣星間鏈路、時頻無縫切換、新型信號體制等50余項關鍵技術，解決了北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)的瓶頸和系統(tǒng)運行連續(xù)性等難題，實現(xiàn)了關鍵器部件百分之百國產(chǎn)化。
“國際上有個慣例，在航天領域有個說法，為了系統(tǒng)可控，新技術不能超過30%，但對于北斗三號來說，新技術超過了70%也很好?！绷謱氒妼τ浾呓忉?，新技術不等于不可靠，只要是采用靠譜的、符合客觀規(guī)律的技術，加上成熟的工藝和充分的實驗，就能獲得成功。“現(xiàn)在天上運行結果表明創(chuàng)新沒有產(chǎn)生問題，而且解決了長期困擾我們的跟著別人用傳統(tǒng)的技術很難跨越的技術瓶頸難題?！?/p>
這其中最重要的，源于三項突破：全球首臺雙頻氫原子鐘、Ka相控陣星間鏈路技術、導航衛(wèi)星專用平臺。特別是他帶領團隊全球首創(chuàng)的“Ka相控陣星間鏈路”技術，針對天上衛(wèi)星如何對話的問題，實現(xiàn)了“一星通、星星通”，解決了制約北斗全球組網(wǎng)的瓶頸。
“星星之間的對話主要靠Ka技術，用Ka相控陣其實就相當于用30多條線把星星串起來，給它們建一個微信群，相互之間就能通信了。另外Ka技術還能相互測距，比如先測出我跟你的距離，你跟他的距離，這樣就能算出我跟他的距離。這項技術能讓星星們在7萬公里的距離，測距精度最高可以到一個厘米?！绷謱氒娊忉尅?/p>
同時，北斗導航衛(wèi)星的“心臟”——氫原子鐘，也是衛(wèi)星創(chuàng)新院聯(lián)合中國科學院上海天文臺研制的，1千萬年才誤差1秒。
他解釋，衛(wèi)星導航之所以成立，就是因為我們可以把時間測得準了，“誰的鐘做得好，誰就能把導航系統(tǒng)做得更好，它決定了導航能力的上限”。北斗三號采用的是鐘的無縫切換技術——讓氫鐘和銣鐘同時工作，也就是說如果氫鐘壞了，可以無縫切換到銣鐘，這個切換可以做到20皮秒，用戶連感覺都沒有，“也讓我們的衛(wèi)星的時頻精度高出國外近一個量級”。
如今，北斗系統(tǒng)正與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術的融合發(fā)展，構建以北斗時空信息為主要內(nèi)容的新興產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。截至目前，北斗系統(tǒng)已服務全球200多個國家和地區(qū)用戶，國內(nèi)多個導航地圖供應商正式切換為北斗優(yōu)先定位，日均使用量已超過3600億次。
中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會今年發(fā)布的《2023中國衛(wèi)星導航與位置服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2022年，我國衛(wèi)星導航與位置服務產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達到5007億元人民幣，同比增長6.76%。其中，包括與衛(wèi)星導航技術研發(fā)和應用直接相關的芯片、器件、算法、軟件、導航數(shù)據(jù)、終端設備、基礎設施等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值同比增長5.05％，達到1527億元，在總體產(chǎn)值中占比為30.5％。
而根據(jù)我國導航戰(zhàn)略需求，2035年前將建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。
林寶軍表示，接下來北斗要做下一代綜合時空體系，解決天上深空的問題、室內(nèi)的問題、水下的問題?！艾F(xiàn)在北斗衛(wèi)星的覆蓋，以及其他幾大導航系統(tǒng)，覆蓋的是地面以上到幾千公里的一個空間。而從深空到室內(nèi)再到地下做到無縫銜接還是很難的。特別是水下這塊，難度最大。因為天上衛(wèi)星的信號，還是靠微波信號傳到地面到終端，而這些信號在水里是通不過的，這時候要用其他的一些方法。”
林寶軍表示，接下來北斗要做下一代綜合時空體系，解決天上深空的問題，室內(nèi)的問題，水下的問題。“現(xiàn)在北斗衛(wèi)星的覆蓋，以及其他幾大導航系統(tǒng)，覆蓋的是地面以上到幾千公里的一個空間。而從深空到室內(nèi)再到地下做到無縫銜接還是很難的。特別是水下這塊，難度最大。因為天上衛(wèi)星的信號，還是靠微波信號傳到地面到終端，而這些信號在水里是通不過的，這時候要用其他的一些方法?！?/p>
年輕人掉進“坑”是客觀規(guī)律
在衛(wèi)星創(chuàng)新院行走， 你可以明顯感覺到團隊的“年輕化”。例如2015年的首發(fā)星，彼時團隊平均年齡只有28歲。有的人從入職到成為副主任設計師，只用了4年。
在這些二、三十多歲的年輕人看來，“半路出家”做北斗導航系統(tǒng)的林寶軍就是一個行走的百科全書。
“林老師本科專業(yè)是內(nèi)燃機，碩士是計算機，博士又讀的是軟件控制，博士后是高能天體物理專業(yè)，所以基本上他就是一個行走的百科全書。像我們雖然都是做北斗三號的，但是也有各自的研究重點，比如我自己是做結構的，如果換別的領域，就不太懂了，但林老師就不會有這種問題，基本你問啥他都知道，而且突發(fā)奇想的點子特別多。”加入衛(wèi)星創(chuàng)新院不久的“90后”北斗三號衛(wèi)星結構與機構主管設計師解放對記者說，平時他們在開會的時候，林寶軍聊著聊著就提出一個全新的想法，然后實驗做下來發(fā)現(xiàn)確實可行。
林寶軍告訴記者，雖然以前自己是做神舟飛船應用系統(tǒng)的，但北斗的研究領域其實也和以前的工作有不少關聯(lián)，加上他個人對空間領域的工作非常感興趣?！?009的時候已經(jīng)做了15年神舟應用系統(tǒng)，但北斗系統(tǒng)那會正要從區(qū)域走向全球，需要新的力量加入，我就從北京調(diào)到了上海，這一晃就是14年?！?/p>
現(xiàn)在，林寶軍每天7點都會騎著共享單車來到班車點，乘坐前往臨港新片區(qū)班車去單位，在他看來，科研的路上難免會遇到困難和“坑”，掉入“坑”也是一種客觀規(guī)律，關鍵是掉進入去后要趕緊爬起來接著往前走。
“年輕人除了要踏踏實實、別急功近利，也不能總是求 ‘穩(wěn)’。比如路上有 ‘坑’那是客觀規(guī)律，不管你走得快還是走得慢，終究還是會掉進去，不如掉進去后趕緊爬起來，接著往前走。你的目的是到達終點，而不是在路上有沒有坑，怎么掉進去。某種意義上來說你不經(jīng)過這個 ‘坑’的教訓，不經(jīng)過挫折，是越不過去的。”
在他看來，做科研只要大方向、大邏輯是對的，目的是到達彼岸，就不用去刻意追求哪條路徑最優(yōu)。只要想清楚這一點了，很多事情做起來就沒那么困難了。
“現(xiàn)在我們做一個新的衛(wèi)星，按道理來說幾乎復制就可以了，但現(xiàn)在有些技術進步了，并不是說你有經(jīng)驗就不會遇到問題。在這個過程中出現(xiàn)再多的新問題，遇到一個問題就解決一個，遇坑填坑，這些坑填滿了、問題解決了，自然就成功了?！?/p>
（文章來源：第一財經(jīng)）
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