郭丽娟

　　颁奖辞

　　滴答、滴答，中国在等待你的回答。你的夜晚更长，你的星星更多，你把时间无限细分，你让速度不断压缩。三年一腾飞，十年一跨越。当第五十五颗吉星升上太空，北斗照亮中国人的梦。

　　2020年6月23日，随着北斗三号最后一颗组网卫星顺利升空，北斗全球组网就此完成。中国成为继美国、俄罗斯之后世界上第三个拥有全球卫星导航系统的国家。

　　从此，仰望星空，我们能看见两个“北斗”。一个有7颗星，已在宇宙间存在亿万年之久，自古以来为人类指位定向;一个有30颗星，从无到有诞生发展不过26年，在浩渺太空却能为人类提供精确到10米的定位。

　　前者名为“北斗七星”，是自然的馈赠;后者名为“北斗三号全球卫星导航系统”，是一项由中国航天人创造的奇迹。

　　“我们北斗三号逐步把所有星上的单机产品的国产化率从80%提高到了100%。所以国产化这件事情，我觉得在我整个负责和跟大家一块研制北斗三号卫星的过程中，应该是做得比较漂亮的一件事情。”航天科技集团五院北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军说。

　　“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”这是中国的航天梦。而对谢军而言，北斗卫星导航系统就是实现中国航天梦的重要体现、重要一站。

　　“我们的征途是星辰大海。”谢军说。而征服星辰大海这条路就像在太空中攀登珠穆朗玛峰一样艰难曲折。

　　与北斗结缘

　　1982年，从国防科技大学毕业的谢军，被分配到航天工业部五院504所工作，该院从20世纪80年代北斗计划起步开始，就一直担负着北斗卫星系统和产品的设计制造工作。谢军与北斗结缘的种子在那时便已种下。

　　“那些航天领域的泰斗级人物对待工作真的是一丝不苟，这对我影响很深。”初到504所，谢军便被所里那些德高望重的老一辈航天人朴实严谨的工作作风所感染。

　　那是一段至今令谢军难以忘怀的日子。刚到504所時，谢军被分到天线技术研究室。那时测试天线一定要爬到野外一个很高的测试塔架上。当时的谢军并不知道自己有恐高症，只觉得自己年轻，应该上塔架，但一爬到高高的测试塔架上他就不停地眩晕，浑身没劲，室里的老同志知道后就不再让他上测试塔架，于是他就在地面上负责转动转台上的天线，那时转台转动天线只能靠手一度一度转和测，烈日炎炎下他一蹲就是一下午。

　　不久之后，谢军接手了第一件产品的研制——同轴波导转换。那时调节测试驻波的仪器设备非常简陋，需要用手一点点垫模片，把模片垫得合适了指标才会满足要求，这是一项琐碎而单调的工作，但谢军认为，那段时光学到的知识十分扎实。

　　岁寒，然后知松柏之后凋也。正是在504所那段岁月的历练，让谢军养成了刻苦踏实的工作作风，也让他坚定了要从老一辈航天人手中接过“接力棒”的决心。从504所最年轻的高工、最年轻的研究员和副所长，一路走来，十几本工作笔记密密麻麻地记录着谢军参研10多颗卫星和飞船的工作体会。

　　2003年9月，2个来自北京的电话改变了谢军的人生轨迹。打第一个电话的是时任五院院长袁家军，他说，院里决定调你担任北斗二号的技术总负责。时任504所所长的谢军，知道这副担子不轻，不敢贸然答应。几天后，谢军的老领导、五院常务副院长兼北斗二号总指挥李祖洪的电话来了：“你别犹豫，现在北斗二号的任务很紧迫，难度很大，赶紧来。”

　　当年12月，五院成立北斗二号项目办，谢军正式走马上任。

　　北斗一号始建于20世纪90年代，陈芳允院士认为国家实力有限，不可能像发达国家一样一下子打几十颗导航卫星上天，便提出了“双星定位”的体制，用“2颗GEO星（地球静止轨道卫星）+地面站”的方式，实现了我国导航卫星从无到有的飞跃，但其覆盖区域和定位精度仍难以满足国家发展和百姓生活的需求。横亘在谢军和他的团队面前的，是从平台到星上载荷的全新挑战。

　　“作为北斗二号的技术总负责，每颗卫星的设计定型、生产制造、进场发射，谢总都要在文件上签字的，因此，他的压力确实很大。”负责北斗系统建设工作的研发副总师周鸿伟说。

　　北斗一号采用的是通讯式的有源定位，用户机必须发送信息才能参与定位，这一转发式体制不仅造成用户容量受限，而且用户机的成本很高;而北斗二号采用广播式的无源定位，即用户机可不发送信息，只要接收和解读4颗以上导航卫星发来的数据，即可计算出其自身所在的位置，这一导航方式用户数量可以不受限制。

　　而为了实现上述目标，北斗二号必须以星载原子钟来定时，方能实现定位。而此前，北斗一号的授时工作主要由卫星地面站来完成，星上没有原子钟组。

　　差之毫厘失之千里

　　现在的手机时间与电视台的时间永远是同步的，就是因为采用的是北斗卫星导航系统授时时间。我国卫星导航的时间精度是50纳秒。1纳秒是千分之一微秒、百万分之一毫秒、10亿分之一秒。光速是每秒30万公里，如果有一只原子钟慢了1秒，那计算机就会判读你离这颗卫星又远了30万公里。

　　“我们已知：C（距离）=R（光速）×T（时间），因此T的误差量级为：1毫秒的误差，在定位精度上造成的距离误差为300公里;1微秒的误差影响定位精度300米，1纳秒的误差是0.3米。”谢军说。

　　太空版的“差之毫厘，失之千里”更突出了星载原子钟的重要性。

　　“星载原子钟从哪里来？最初，我们也想过购买或引进。”谢军说，“但要么是发达国家不卖给我们，要么是价格贵到我们买不起。我们的自主创新其实是逼出来的。”

　　“在改革开放初期，我们也曾大量引进、吸纳西方的先进技术和元器件。但是一旦应用到我们的尖端装备上，随即就会受到封锁和制裁，市场上马上就买不到了，即使还能买到，价格也会被抬高10倍以上。”中国的航天史实则是一部自主创新史。

　　“我们的经费，只够买北斗二号所需原子钟数量的一半，还有一半必须我们自己动手造。当时我们就提出了‘集智攻关，团结协作，强强联合，突破星载原子钟的工程化的要求，必须拿下原子钟。”谢军说。

　　深思熟虑之后，谢军下决心让星载原子钟百分之百国产化，走自主研发之路，“一定要让重要的核心关键技术牢牢掌握在自己手里”。

　　“一开始，我们就想到过自主创新很难，但真没想到这么难。”谢军回首这些年走过的创新之路时说，“有人问我，做总师最怕什么？就是怕自己做出决策后，解决不了产品的问题，而眼看着时间在一个月一个月过去，这是最焦虑的。”

　　“当初，研制出的第一台原子钟在工作中经常突跳，精度很差。怎么办？我自己的专业不是研究原子钟的，只能泡在一线上，和研制原子钟的专家一起分析问题，想方设法攻克难关。”谢军总是用心去深入一线，那些原子钟生产厂家的技术人员，他都叫得出名字。有时做产品试验，他也一直守着，曾36个小时不合眼。

　　星载原子钟设计出来后，谢军提出，必须防止出现星载原子钟在地面准而上了太空不准的问题。这就要从解决太空和地面的差异入手，地面有空气的辐射、对流、传导，而太空中没有。经过反复攻关，终于在生产控制中解决了在非真空的条件下，模拟保证真空条件下的工作特性问题。

　　星载原子钟对环境温度非常敏感。在太空中，因阳光的直接照射和地球阴影区域的不断交替，卫星每天的温差上下200多摄氏度。谢军带领团队为星载原子钟组设计了一个恒温舱，通过精密的温控措施，将温度控制在设定目标值的±1℃之内。“这1℃的误差所带来的影响，直接关系到我们要求的10—14的精度。我们系统的要求就是这么高，这才能保证我们的星载原子钟300万年只有1秒的误差。”谢军说。

　　太空浩瀚，但频率资源有限。此前，国际电联曾规定，任何国家申请空间轨道和信号频率资源是有时限的，如超过7年还不能将所设计的卫星发射上天，所申请的频率资源作废。

　　当时，美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯导航卫星已经使用了大量频率，所剩下来的有限资源为欧洲导航卫星“伽利略”和中国导航卫星“北斗”所分享，谁先完成发射谁拥有使用频率的优先权。国际电联“先到先得”“逾期作废”的规定，给了中国航天人很大的压力。

　　“我是在2006年3月时，才听说我们2000年向国际电联申请的导航信号频点，到2007年4月17日要过期。”谢军说，当时确实有点紧张，“因为当时我们卫星的研发还未全部完成，担心时间不够。唯有优化流程，抓紧研发。”

　　2007年的春节都没有过完，大年初三，五院的大队人马就从北京飞往西昌。卫星总设计师谢军带头，所有参试人员进场后先干3天体力活，搬设备、扛机柜……检测设备安装就位，马不停蹄开始了连续6天6夜的不间断加电测试，以模拟卫星和有效载荷在太空连续工作的状态。从院士、型号总师到技术人员，一刻不停地轮班盯着测试进程，发现了问题及时解决。

　　所有的问题都“归零”之后，专家层决定：北斗二号首颗MEO试验星14日发射。

　　“就在卫星发射前一天晚上10点多，孙家栋院士还在和我商量，万一卫星在太空再发生什么故障，你要怎么和地面测控系统、发射场系统协调？我都一一记在‘发射任务清单上。”谢军说，“孙院士等老一辈航天人的责任感真的是特别强。按照孙总的要求，我们与地面测控人员的沟通协调一直持续到14日凌晨2点。所幸，非常顺利。”

　　“我们终于实现了2007年4月17日前激活北斗导航信号的目标要求，确保了北斗二号系统申请的卫星导航信号频率与轨位资源有效！此时，距离国际电联规定的空间频率申请失效仅剩不到4个小时。”

　　“北斗二号，从2004年立项到2012年完成，由5颗GEO、5颗IGSO（倾斜地球同步轨道卫星）和4颗MEO实现组网，可为亚太区域提供导航服务。定位精度从北斗一号的20—30米，提高为水平和高程均為10米，接近当时的GPS民用标准。”谢军表示。

　　向北斗三号进军

　　“北斗三号的预研，于2009年启动。2017年11月5日，首次发射北斗三号的2颗全球组网卫星。”谢军说，“北斗三号系统共有30多颗导航卫星组成：3颗GEO、3颗IGSO和27颗MEO。2018年12月27日，北斗三号基本系统正式向‘一带一路及全球提供基本导航服务，向距离全球组网的目标迈出了实质性的一步。目前，北斗三号在国内的定位精度可达4—6米，部分地区最高精度可达2.5米，而在全球的定位精度是10米以内。”

　　全球组网，全球服务，是北斗三号的目标和承诺，也带来了全新的挑战。

　　首先是中国的卫星地面站基本都在中国境内，卫星在西半球上空时怎么办？

　　谢军带领团队花了近5年的时间，不仅提出了星间链路高轨和中轨结合的方案，首创了星间链路和混合星座的架构体系，还研发、突破、解决了原子钟组、大功率微波产品、高精度测量等一系列重大难题。

　　星间链路在空中为北斗三号的30多颗导航卫星建了一个“群”：只要依靠国内的地面站，就可管理全球的卫星，解决了海外布站、卫星境外监测的难题，实现了所有导航卫星的互联互通。即使和地面联系一时中断，卫星也能继续提供服务。

　　GEO运行的是定点在赤道上空3.6万公里的地球静止轨道;而IGSO运行的是倾斜地球同步轨道，星下点在地球上呈“8”字形;而MEO运行的中圆轨道也要距地面2.15万公里。北斗三号卫星某型号总体技术负责人聂欣说，这3种卫星彼此之间最远的距离是6.9万公里，要始终保持联系，谈何容易。

　　北斗三号卫星之间的信号不是采用广播式发送的，而是采用更高频段的窄波束，所以对卫星天线的指向性要求非常高。且由于双方无时无刻不在运动之中，通信天线既要像“万里穿针”般精准，实现信号的快速捕捉、跟踪和通信，还要把卫星运动带来的“多普勒效应”出现的误差补偿掉，这对中国首个创建的大型空间网络来说，是极大的挑战。

　　谢军对研发团队反复强调：“谁也不要以国产化为理由，降低标准。”用于放大无线电信号的行波管放大器，之前一直使用进口产品，按国产化要求有关单位开始自己研制。费了九牛二虎之力拿出了6台产品，却被谢军全部退货。

　　“当时作出这个决定其实挺难的。”谢军说，“我知道这个新产品用一二年还是可以的，但我们北斗三号的寿命要求是提高到10—12年，如果它第3年出问题了怎么办？和大家反复商量之后，还是决定拿下来重新研发。”

　　北斗三号卫星某型号总体技术负责人聂欣说，谢总强调要把所有的创新建立在扎实可靠的数据上，新产品在地面上就要进行全寿命不断电的可靠性试验，以充分掌握其长期性能，如发现问题必须进行改进“归零”。

　　导航卫星总体室副主任设计师康成斌说，谢总非常务实，他有句口头禅是“大家不要只提问题，而要提解决问题的方案”。

　　中国北斗将成世界北斗

　　深邃夜空，斗转星移。从2000年10月北斗一号第一颗试验卫星成功发射，到2020年6月23日北斗三号最后一颗全球组网卫星升空，20年来，44次发射，中国先后将4颗北斗试验卫星，55颗北斗二号、三号组网卫星送入太空，开启了中国“星网”导航全球的时代。

　　在谢军参与北斗项目的16年间，经手的卫星多达43颗。手心手背都是肉，没有哪一颗让他“省心”过。

　　“即使顺利上天了，要操心的事儿还是很多。”说起卫星，谢军完全一副慈父模样。

　　在谢军嘴里，培育卫星就像养孩子，从生、养、育，到读书、成家、立业，孩子走多远，老父亲都少不了牵挂。“唯一不同的是，孩子离家了还能常回来看看，卫星的属性决定，它们一走就不会再回来，联系就只能通过无线电信号。”

　　“卫星发射入轨以后，工程研制队伍并非不做任何工作。管理上，北斗系统相对其他航天系统，专门设置组建了由卫星设计方为主的在轨支持系统，由有经验的卫星设计师对在轨产品以及卫星工作状态通过卫星下传的工作参数以及工作状态的信号连续地判读。工程上，定期进行评估。在入轨之后，还充分地利用大数据技术，以便能够更好地对卫星产品的工作状态做出判断。”

　　通过这样一些管理，研制过程加严，上天以后不放松监测，整个系统的理念要“先于故障发现问题、先于问题发现苗头、先于苗头解决问题”。

　　首获占“频”之胜、攻克无“钟”之困、消除缺“芯”之忧、破解布“站”之难。如今，中国的北斗导航系统已达到国际一流水平。

　　“北斗卫星导航系统收官之星遨游太空，是几代航天人、北斗人为之奋斗的目标最终实现的里程碑。”谢军说，“早在20世纪六七十年代，老一辈航天人就曾提出过一个名为‘灯塔的卫星导航计划，可由于当时国家陷于‘文革动乱，只能被迫止步，但这个‘灯塔的梦想始终在我們一代又一代航天人心里。”

　　航天界流行的一句话——一次成功不代表次次成功，别人成功不代表你能成功。谢军的解读更为苛刻，他说：“成功是差一点的失败，失败是差一点的成功。有人常说，‘差一点我就成功，但差一点也不行。”

　　当被问及是否觉得工作辛苦时，谢军微微一笑说：“航天工作很吸引我，当你有了热爱，所有征服挑战、解决困难的过程都变得十分有趣。”

　　灿烂星空，北斗闪耀。卫星的终点是浪漫琼宇，谢军的终点也是起点。对于谢军来说，“收官之星”不代表着北斗工程的结束，而是整个系统发展的一个新的节点。在谢军的心里，一直有一个信念——“中国的北斗将来一定会成为世界的北斗”。