最后一颗北斗:从一无所有到全部自主,26年剑指苍穹

北美留学生日报 北美留学生日报 2020-06-24

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1991年1月17日凌晨2点39分,静谧的伊拉克西部边境突然出现一阵轰隆隆的声音,9架武装直升机排成一队,导弹从低空穿过,直取两座预警雷达。


夜晚被战火点亮,一场名为“沙漠风暴”的斩首行动,正式拉开序幕。


美军隐身战斗机携带着精确制导的穿甲炸弹,撕裂了巴格达内的防控系统;战斧巡航导弹划过天际线,伊拉克地面引导系统也被摧毁。


仅仅一天时间,失去指挥的伊军战机就像无头苍蝇般横冲直撞,被全面掌握战场信息的美军精准打击,毫无还手之力。


被炸毁的米格-29,尚未起飞


这场海湾战争只打了42天,联军就解放了科威特。


这一切,都要得益于GPS的应用——时任美国国防部长理查德·切尼就表示,“GPS对战争的胜利起到重要作用,伊拉克绝对不会想到,在没有任何地形特征的情况下,我军能够胜利地横穿西部沙漠。”


当时,只有美国的军队拥有GPS技术,虽然只有15颗卫星,但其攻击力之精准,被称为外科手术式的打击


是的,GPS,全球定位导航系统,虽然我们平时看地图、导航、高铁、飞机,甚至定外卖、叫滴滴、骑共享单车都离不开GPS应用。



GPS的控制权掌握在美国手里


在网上,经常能看到有人提问,如果美国关闭GPS,世界会怎么样?


会不会飞机冲撞,轮船乱窜,汽车瞎跑,人们在大街茫然四顾,不知如何才能到达目的地。



在今天以前,如果美国关闭GPS,世界可能陷入一团混乱。


但是今天以后,时代就变了。


昨天是个将载入史册的日子。9点43分,北斗三号最后一颗卫星在西昌航天发射场成功发射。



北斗卫星的授时有多准?


300万年只差一秒。


北斗卫星的精度有多高?


现在可以实现分米、毫米级别的定位。如果说以前只知道你在哪个教室,现在可以确定你在哪块地板砖。


北斗卫星可以为多少人提供服务?


没有数量上限,无数个。


北斗系统的短报文通信功能,更是世界独一家。


短报文功能,在2008年汶川地震,所有通信、电力、交通全部切断的情况下,依然能将灾区的情况通报给外界,为救援打开了生命通道。


汶川地震,15勇士在通信完全中断的情况下“惊天一跳”,他们就带有北斗系统接收机


北斗卫星导航系统的最后一片拼图,终于凑齐了。


在这个至关重要的领域,中国人终于有了自己的眼睛。


有了每一个螺丝钉都是国产的北斗导航系统,我们不会让芯片领域的美国陷阱再次上演。


为了这一天,孤独的东方红卫星,已经在太空中等待了五十年。




1



1957年10月,前苏联发射了发射了世界上第一颗人造卫星,11月,搭载一只小狗的第二颗人造卫星也成功发射。



这给美国带来不小的压力。


尽管时任美国总统艾森豪威尔在发布会上明确表示,“苏联卫星并没有引起我们的担心,一点也没有”,但美国国内却一片焦虑。


有媒体甚至表示,这是第二次偷袭珍珠港。因为火箭既然能搭载卫星,也能挂一个4吨的核弹头,飞到自己家门口来。


着急忙慌的美国在12月上马“先锋号”火箭进行首次卫星试射,结果天不遂人愿,火箭起飞2秒钟就一头栽到地上,一场希望,化为一片火海。


一个月后,美国再度重振旗鼓,这一次,“探索者1号”人造卫星顺利进入太空。


人类把目光投向广袤的宇宙,似乎证明自己最好的办法,就是征服太空。


美苏太空竞赛如火如荼,苏联把加加林送上太空,NASA的经费也在燃烧,美元成吨成吨地砸下去,卫星一颗一颗地打上天。



热闹都是他们的,我只觉得羡慕。


然后悄悄努力。


1958年,国家投入2亿的研发专款,请来竺可桢、钱学森、赵九章挂帅,要“搞自己的人造卫星”,奈何当时中国的工业和科技力量都有限,再加上三年经济困难,卫星计划不得已,调整为“大腿变小腿,卫星变探空”


1960年,中国第一个土火箭在上海试射,这个火箭的头体分离装置是闹钟改的,点火装置是手电筒灯丝上的硝化棉改的,燃料加压是自行车打气筒完成的,弹道也用算盘来计算,草稿纸堆起来,足有3个半人那么高——火箭也才4米多高。


简易的发射指挥所


靠着这样“行就行,不行也得行”的信念,随后的几年,中国导弹、原子弹、氢弹陆续试验成功。


造武器不是问题,能不能打出去才是关键,于是,一度被搁浅的“人造卫星计划”,重新上马。


到1970年,第一颗人造卫星东方红一号终于发射成功。


全世界都听到了东方红的曲调,中国也成为了世界上第五个拥有独立发射卫星技术的国家。



东方红只是一颗实验性质的卫星,设计寿命二十年,但是仅仅工作二十多天就停转了。


它对于中国的意义,更多是精神上的鼓舞。


孤独的东方红一直在太空中漫无边际地游荡,等待着来自远方的亲人。而它等来的,只是一颗、一颗、又一颗来自美苏的同行。


此时,美国和苏联的卫星,已经开始应用到气象、通信、侦查、导航领域了。距离来自中国的北斗系统正式启动,还有二十多年。




2



上世纪70年代,在太空竞赛里如鱼得水的美国经过论证发现,可以通过人造卫星实现定位和导航功能,开始着手研制GPS,苏联也启动了格洛纳斯卫星导航系统。


艺高人胆大。美国开始将GPS应用于军事领域,用来定位导航、搜集情报、监测核爆、应急通讯。


海湾战争,就是GPS技术的开场秀。


海湾战争之前,人们想象的战场,是刺刀,是炸弹,是核武器。


海湾战争之后,世界恍然大悟,原来以高科技、信息化为主的现代化,才是未来的“战场”。



站在潮头的美国GPS,本来还有一个格洛纳斯虎视眈眈,谁知太空站走在前面的苏联,政治战却打得一塌糊涂,一夜解体,格洛纳斯卫星导航系统壮志未酬,直到1993年才被俄罗斯重启。


一步差,步步差。


1994年,独占先机的美国占据黄金轨道,24颗卫星全部布设完成,GPS可以覆盖全球98%的地区。


绝对的霸主地位,让GPS成了定位导航的代名词。


GPS的功能过于强大,一开始,谨小慎微的美国人藏着掖着,GPS仅供军方使用,但俄罗斯却将格洛纳斯开放民用,用于航运、海运、交通等领域,眼看要打破GPS等全球垄断地位。


不得已,美国GPS也开放商用,但精明的美国人,还是偷偷设置了干扰信号,直到现在,军用GPS的精度,依然比民用高10倍。


去除主动干扰后,GPS定位精度大大提高 图/schlaggo.de


精准,有多重要?


如果不够精准,可能就没有“东风快递,使命必达”的承诺。


毕竟有时候,真理要靠实力来证明。


当年的美苏斗法,让世界看到了导航系统的应用领域和想象空间,更重要的是,一个独立的卫星导航系统,对一个国家的重要性,不言而喻。


于是,中国的“北斗卫星导航系统”,欧洲的“伽利略卫星导航系统”相继启动。




3



卧榻之侧,岂容他人酣睡。


中国北斗在问世之初,就遭遇了难以想象的困境。


其实早在1985年,陈芳允院士就提出了用两颗地球同步轨道卫星开展双星定位的设想,然而在那个一穷二白的年代,中国航天事业一度捉襟见肘,缺人缺钱还好说,最主要的是,由于国外的技术封锁,卫星导航系统的关键技术和设备几乎空白,只能自主研发,慢慢摸索。


双星计划示意图


1989年,双星系统得到验证,可以实现精度30米的定位,虽然相比GPS和格洛纳斯,依然有差距,但这是一个先解决有没有的问题。


既然核心技术取得了突破,1994年1月10日,北斗一号正式立项,确定了“先区域后全球”的“三步走”计划。


2000年,北斗一号两颗卫星先后发射成功,主要在中国境内提供导航服务,校准精度虽然只有20米,但这意味着中国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。



问题又来了。


太空资源,讲究先到先得,美国和俄罗斯的人造卫星已经占据了导航的黄金频段和轨道,中国的北斗和欧盟的伽利略,只能挑着人家剩下的轨道运行。


这就好比,先来的吃肉,后来的喝汤,最后来的,只能对着一个空碗叹息。


中国没有叹息。


从2000年开始,中国联合欧盟,一起在国际电联呼吁,扩展卫星导航频率。


电联表示,行吧,给你们开放一段频率和轨道,但要在7年内发射卫星,不然过期失效。


一颗卫星的研制周期是5年,北斗二号到2004年才正式立项,这就意味着留给北斗二号的时间只有3年。


当时中国最需要的技术,是高精度的原子钟,这也是卫星导航系统的核心所在。为了节省时间,中国开始寻求欧盟的技术合作,正好“伽利略”缺乏研究经费,双方看着对方,越看越顺眼,于是一拍即合,签订了合作计划。



谁曾想,当中国拿着钱和一腔热血立志要搞出一番名堂的时候,欧盟却玩起了小心思——原子钟的资料不给看,技术细节不告知——所有核心的东西你都没资格参与,只能我馋你的钱,你休想学我的技术。


对中国来说,太屈辱了。


黯然离开,却蹉跎了好长光景,当中国再次回到原点,一群平均年龄20岁的年轻人,边学边干,终于发狠两年,造出了原子钟。


这个原子钟的精度,运行10万年,只差一秒


有了原子钟,一切似乎都水到渠成。


按照国际电联的规定,北斗二号第一颗卫星要在4月18日零点之前发射,但是卫星在发射的前3天,应答机却出现异常,信号极不稳定。


北斗系统的发射地西昌卫星发射中心


怎么办?


北斗二号决不能带着隐患上天,可是想拿出应答机,就要爬上六七十米的发射塔架,还要把火箭的整流罩、卫星的舱板全部打开,如果有一点失误,整个任务都可能失败。


其次,拿到应答机以后,要通过一一排除找到问题,然后再解决,可是发射场不具备试验条件,必须要回上海才行,时间肯定来不及。


一群人只能抱着应答机,星夜赶往就近的成都一家科研所,一个点一个点地找问题,整整72小时,检修4次,没有一个人合过眼,终于发现了问题所在。


4月17日,北斗二号终于成功发射,但想要得到国际电联的认可,光上去不行,还得有信号传回来。


十几家科研单位的一众人挤在操场上,将接收机排成一线。他们伸着脖子仰望头顶的一片漆黑,漫无目的地等待着。


晚上8点,接收机终于传来了北斗二号的信号!


此时距离电联给出的最后期限,只有4个小时。



操场上欢呼一片,年轻人抱作一团,只有一位老人扭过头去,偷偷地抹眼泪。


这位老人,就是北斗二号的总设计师杨长风,他说,北斗二号的频率保住了,中国卫星导航合法的权益保住了。


从2009年开始,北斗二号其他卫星不断升空,4年时间就成功发射15颗卫星,到2019年,北斗二号导航系统全面组网完成,可覆盖亚太地区。



同时,计划覆盖全球的北斗三号已经在紧锣密鼓地研发中。


当时,很多人会酸,北斗二号只是中国壳,核心的芯片还是别人家的。吃过原子钟的亏,中国航天人深知自主研发的意义,天天将“国产化我骄傲,国产化我心跳”挂在嘴边,到北斗三号的时候,其有效荷载部件,包括操作系统、芯片,已全部实现国产化


2017年,北斗三号前两颗卫星上天仅仅过了半个月,美国就找上门来,签署了《北斗与GPS信号兼容与互操作联合声明》,表示要和北斗合作,互惠共赢;欧盟的伽利略曾指望美国援助,却在一度搁浅后,也发来贺电,希望和中国共用频率和轨道。


原来那些高冷的国外厂商也掉头抛出橄榄枝,用我的,用我的,条件尽管提,价格好商量。


北斗一代终端问世以后,国外厂商的芯片价格,从1000块钱降到了500块钱。


北斗二代终端问世以后,这个价格,又从500块钱,变成了200块钱,变成100块钱、50块钱。


现在,这个进口芯片的价格,只有1美元。


只不过,这一次轮到你们高攀不起了。





尾声



由于惯性,东方红卫星不会从天上掉下来,而是一圈又一圈地守护着地球飞行。


按照国际叫法,东方红已经成了数量庞大的太空垃圾中的一员。虽然在我们心中,它永远是那个探索天空的先驱。


今年3月28日20点37-50分许,“东方红”一号卫星过境北京上空。


这一天距离它的五十岁生日只有一个月,距离北斗组网只有三个月。



如今,北斗三号最后一颗卫星成功发射。


如今,中国全部自主的北斗卫星导航系统终于全面建成,为世界提供了“中国方案”。



可能会有人说,有实力又如何,现在大多数人用的还是GPS,你看苹果手机就不支持北斗。


但是在这种关系国计民生的关键领域,有和没有,就是生死一线之间的距离。


美国断了台积电的芯片供应,我们顶多用不上好用的手机;但是一旦GPS被切断,而我们又没有自己的替代方案,那等待着我们的只有毁灭。


而有了北斗,我们才有坐下来和美国人谈判的资本。



为了和GPS抗衡,北斗已经走过了一段坎坷的岁月,从螺丝钉到原子钟都要独立自主的路。


而现在等待着北斗的,是更难的路:商业化。


北斗导航系统的另一位总设计孙家栋曾经说过,我们建设北斗,关键在于用,只有惠及大众,才是赢家。



在商业化领域,GPS依然是个需要人仰视的巨人。


但我相信,在新基建时代走在前面的中国,在GIS数据采集、精准农业、智慧物流、无人驾驶、工程勘察等需要卫星导航的领域,北斗的未来,充满了想象力。


今天,中国的军事装备、科研系统以及交通、探测等领域,已经全部用上了北斗系统,到现在为止,北斗已经有实力,“照亮”整个世界。



只要你足够强大,到处都是朋友。


在中国航天前行的路上,我们经历过冷眼和封锁,也经历过突破和创新,这背后,是数不清的科研人员苦心孤诣,筚路蓝缕,才有了今天的成就。


如今,北斗导航系统有300多个单位,8万多名北斗人,他们将一起同心协力,为中国自主卫星导航,探索一个更好的前景。


出发吧,中国北斗,未来的征途,是星辰大海。




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