探秘中國北斗導航衛星:最高機密到民用歷時20年
發布日期:: 2011/6/21 作者來源:: 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在廣東珠海市開幕，代表“北斗導航”工程的天地一體衛星運行沙盤在展會上亮相。
2010年12月17日，第7顆北斗導航衛星發射前的星箭對接。12月18日，第7顆北斗導航衛星成功進入太空。
北斗記
——探秘中國北斗衛星導航定位系統
約四十年前，美國軍方開始了被稱作“全球定位系統”(GPS)的研制。現在，在我們頭頂上空約2萬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行捕捉、處理、解碼，并將有關信息發至用戶終端機——這樣，GPS給全球提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。
如今，GPS在我們生活中已然不可或缺——飛機、汽車、船舶用它來導航；公安、金融、消防部門用它來監控、報警；而不少路癡朋友們駕車出行，也往往得有它來壯膽伴行……
在GPS占領95%中國衛星導航定位市場的今天，一種想象不免令人時常不安——假如在關鍵時刻美國人關掉GPS，或者在上面“動點手腳”，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？事實上，這已經不只是想象與擔心，而是已有先例可循——1996年臺灣海峽局勢緊張的時候，中國軍隊的一次大規模軍事演習便曾受到過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年代末開始，未雨綢繆的中國科學家們也開始致力于研制中國自己的“GPS”。當時，經濟基礎薄弱的中國，太空夢想還很微小和低調。這個被命名為“北斗”的計劃，誕生之初并未著眼于全球。
最初，中國科學家陳芳允提出了與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始了。憑著中國人探索精神與務實態度，北斗計劃歷經周折，厚積薄發，終于，在2000年，第一顆北斗試驗衛星得以發射進入太空軌道。
時至今日，北斗系統已經成功發射了7顆衛星，夢想也在逐漸豐滿壯大。根據當前的計劃，北斗系統預計到2012年共發射12顆工作衛星，完成服務范圍覆蓋亞太地區的目標；到了2020年，北斗將發射5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，成為一個向全球提供服務的衛星導航系統。
從當初的“最高機密”，到今日向民用市場推廣，北斗計劃已經走過了二十多年，而它的故事依然鮮有人知。近日，《中國新聞周刊》獨家采訪了北斗計劃最初的參與者以及核心科學家團隊，揭開它的神秘面紗。圍繞這個宏大的太空計劃，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域的價值，同時也呈現它所面對的優美與憂患并存的前景。
來源：中國新聞周刊
北斗前傳
從北京北三環一個普通招待所三樓那個簡陋狹小的“游擊隊”辦公室，到今日浩瀚宇宙中七顆北斗導航衛星，北斗計劃見證了中國航天事業的理想與挫折，艱辛與榮耀
本刊記者/楊時
71歲的卜慶君有一個半舊的本子。他小心翼翼地翻開，拿出夾著的一頁報紙，“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辦法看清報紙上的文字，但是憑借著剪報的形狀，他依舊記得上面的內容。
這些剪報都是關于北斗導航衛星的報道，從新衛星發射成功到中美談判，他都一一剪下，珍藏起來。
四分之一個世紀之前，中國的科學家開始研制中國自己的衛星導航系統。后來，這個由中國自主研發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，已經走過了20多年。曾經的主力科學家已經成為白發蒼蒼的院士，北斗系統的理論創始人也已經故去。
在這20多年中，卜慶君從中國人民解放軍一位參謀成長為總參謀部測繪局局長，再成為現在的退休老人。作為項目創始人之一，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”。
“那個會議是在1985年的4月15日到18日。”盡管已經過去二十多年，卜慶君依然清楚記得具體日期。出發之前，學天文大地專業的卜慶君已經了解GPS的功用和發展情況。但是，外國專家在會議上的發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。在那次研討會上，除了介紹GPS的前景和用途，美國軍方告訴與會者，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，隨時變換編碼；第三，進行區域性管理。也就是說，通過以上三種方式，美國軍方可以限制國內外用戶對GPS的使用。
“這些都是在會議上公開說的。我了解這些之后，就覺得如果我們依靠這個，那我們不是要受制于人嗎。”卜慶君對《中國新聞周刊》記者回憶。
根據掌握的情況，卜慶君撰寫了一份報告，其中寫道，“對于GPS的發展和應用要跟蹤研究，與此同時要發展中國自己的衛星導航系統。”
但這只是一個夢想，具體怎樣開展研究，毫無頭緒。
就在同一個月，卜慶君受邀參加了另外一個學術研討會。中國科學家陳芳允在會議上作了一個在當時聽來十分新穎的演講——“利用兩顆衛星就可以解決地面定位問題”，后來被歸納為“雙星定位”。卜慶君在會場里坐著，突然意識到這似乎可以用來開展中國導航系統的研究。他找到時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。在說明自己的來意之后，陳芳允告訴他，“其實我們自己已經研究了兩年。”作為著名的電子學專家，陳芳允和其他同事兩年來的研究成為了日后“北斗計劃”的奠基理論。
在初次溝通之后，陳芳允開始為卜慶君介紹對此理論有所研究的科學家。他們在北京黃寺附近的一家賓館組織了一次理論說明會。“大家都覺得可以，我們就決定開始籌備可行性論證。”卜慶君說。
第二年3月，卜慶君起草報告請求國家啟動雙星定位系統的研究。一個月后，由國家主管部門召開了可行性論證會。“參加會議的人還真不少。鐵道部、電信局、交通部、林業局都去了。”卜慶君語氣一轉，“但是，支持的很少，還是潑冷水的多。”
人們提出了三個質疑：第一，既然有GPS，為什么我們還要搞這個雙星定位？第二，我們的技術水平能否達到？第三，我們有沒有這個經濟實力？
“大家說的確實都是現實問題。從這開始到后來的很多次討論，都有不同意見。現在回頭想想，我很感謝這些意見，讓我們必須很謹慎。”卜慶君說。
與會者的質疑并非沒有道理。美國GPS系統自1973年開始研發，已經耗費上百億美金，并且承諾向全球提供服務。而此時的中國，走出文革尚不足十年，國民經濟仍在困頓之中，人力物力奇缺。
會議進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期國家安全的角度，認識到自主研發導航系統的重要性，以及衛星測量手段對國防建設、科研建設的重要意義。很快，參與研發的團隊列出了17項重大原始試驗專項。
在這之后，從1986年直至1994年的八年時間里，這些科學家一直埋頭于理論的推演和專項實驗。
二
衛星對于大多數普通人來說充滿神秘。
“其實衛星就相當于以前打仗時候的消息樹。在一個高地上種棵樹，有日本鬼子來了，人們就把那棵樹拽倒，另外一邊的人就都能看見了。”北斗導航系統工程總師、被譽為中國“衛星之父”的科學家孫家棟對《中國新聞周刊》記者說，“這就是信息傳遞。衛星另外還有兩個功能，即信息獲取和導航。”
衛星導航是這些用途中最為復雜的問題。根據科學家的計算，如果圍繞著地球發射24顆衛星，形成三個不同的軌道面，編織成一個網絡，那么無論何時何地，人們都能同時看到四顆星。美國GPS系統的研發就是依據這個原理。
而與此不同，中國科學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。“這是根據中國自己的需求和經濟實力設定的，”孫家棟說，“當時的中國剛剛改革開放，經濟實力不夠。而且，當時也不需要設計出針對全球的系統。”
于是，科學家們開始致力于研究只用于中國本土的衛星導航系統。自從1986年的會議上人們達成一致之后，導航項目的研究就開始各自向不同部門申請科研經費。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，專家團開始撰寫立項申請。因為測量就是定位方向，這個中國的導航計劃被命名為“北斗”。
立項工作并非一帆風順。
遇到的第一個阻力，是從研發之初就困擾著科學家們的經費問題。1995年，有關部門向國務院匯報北斗計劃。國務院當時對此計劃作出了批示。“批示說，這個計劃很重要，但也說錢可能沒那么多，是不是可以考慮先搞預研。”卜慶君對《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，他給國家主管部門領導打了一個電話。在電話里，他懇切地說，“咱們可不能再搞預研，這個項目已經走到這一步了，如果搞預研就等于把這個項目毀了。”
王統業這位領導在電話里勸他不要著急。兩天之后的領導例會上，他將卜慶君在電話里的想法說給大家，大家商議之后覺得還是應該盡力申請正式立項。
彼時，中國另外兩個衛星計劃已經確定，兩個計劃分別有一顆備份星指標。經過商議，大家決定將前兩個計劃的備份星指標分給北斗計劃使用。“我們和兩個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，你們還得繼續找問題呀。所以，就先給我們用好了。”中國衛星導航的開拓者和奠基人之一、北斗計劃工程副總師譚述森笑著對《中國新聞周刊》記者回憶說。
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，這個新生的衛星導航計劃終于得以正式立項。此時，美國的GPS系統已經走過快二十年，整體系統已經完成布網，正式開始向全球提供服務。而俄羅斯自己研制的格洛納斯導航系統已在建設當中。
三
問題接踵而至。
從1985年進行論證開始，中國航天科技集團五院就一直擔任著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”計劃開始上馬。這樣一來，任務一下子加重。在此背景下，相關部門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。
“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，這個調整并未與總參測繪局商議。卜慶君知道之后，直接給時任解放軍副總參謀長曹剛川的秘書打了一個電話，“你跟曹副總長匯報一下，不能答應這個調整，要不就把計劃毀了。”之后，卜慶君又直接找到曹剛川，陳述遷址之弊，爭取首長的理解支持。
遷往上海的計劃最終沒有實施。此時，相關專家已經陸續被調往北京。但是，這些研究浩瀚宇宙的科學家甚至沒有一間合適的辦公室。“當時房子很緊，來了人都是打游擊。”北斗系統副總設計師譚述森說。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有。”譚述森指著自己40平米的房間說。他到任的時候，辦公室一共五個人，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。卜慶君曾經與哈爾濱工業大學的校長商量，希望對方能為北斗計劃提供幾個博士生。對方十分爽快，“你去挑人，他們愿意去，我就放人。”卜慶君趕緊派人到哈工大，每個前來應聘的博士生都會問兩個問題，“待遇多少？能解決住房嗎？”
而就在他們與博士生洽談的同時，廣東一家企業前來招聘，待遇是月薪五千，另提供一套住房。一個月之后，卜慶君的部下一個博士生都沒有招到，只有四五個本科生愿意前往北京。
領導覺得必須解決住房問題，不然沒有辦法吸引人才。于是，一方面開始著手蓋宿舍樓，另一方面開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，我們來安排。”主管領導表示太遠，不滿意。對方又說，“那就沙河以北，哪塊都可以。”
“我們要上地。”
“其實我早就都看過了，就選好了上地。”如今，卜慶君對《中國新聞周刊》記者笑呵呵地回憶。但是，上地附近已經完成了規劃，無法更改。卜慶君就與位于上地附近的航天城的負責人協調，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費也最終敲定。
四
就在決策指揮層為這個項目奔忙的同時，北斗研發團隊的科學家也一直在進行著自己的工作。他們為自己定出的目標是“保八爭七” ——第一顆衛星的發射時間保證在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點就需要有精確的地面高程，即地面高低分布的精確數據。對于科學家來說，這個高程數據是一個極為龐大的數字化工程。“我們有三十年海量的測繪資料，但這些資料都是紙質的，必須全部數字化。”總參測繪局一位資深專家回憶說，“這就需要功能強大的計算機。但那個時候，擁有這樣的計算機都很困難。”
在總參測繪局局長袁樹友少將的記憶中，這項龐大的數字化工程是從1996年開始的。“那時候咱們的銀河計算機也滿足不了需求，專家還是建議購買國外的設備。”袁樹友對《中國新聞周刊》記者說。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的科學家為自己提出要求。“導航精度要高，要有自己的創新。”北斗系統副總設計師譚述森說。他所指的創新，是指北斗系統獨有的、GPS不具備的短報文通信功能。
“這120個字的短信功能有時候非常重要，用戶之間可以互相聯系。比如汶川地震的時候，所有通信都斷了，救援隊就依靠這個功能。”一位院士專家如實對《中國新聞周刊》說。
除此之外，科學家們還制定了導航反應的標準，在5秒之內必須有所反饋。“其實5秒都會覺得時間長，咱們必須從用戶的角度出發。如果過了幾分鐘沒有導航顯示，那你肯定認為這機器壞了。所以從一開始，我們這制定了5秒的標準。”譚述森說。
為了達到這些標準，北斗衛星發射時間推遲了兩年。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。而在此六個月之前，北斗系統的理論奠基人陳芳允已經因病去世。
“他去世的時候，我去他家了。唉……”卜慶君老人嘆了口氣。陳芳允最終沒能看到自己的理論成為現實。
時隔兩月，第二顆衛星成功發射。此刻，從提出理論，到發射衛星上天，北斗計劃已經走過15年。
在最初的雙星定位理念實現的同時，北斗總師孫家棟開始把自己的擔憂擺上桌面。“當時就擔心如果兩顆星當中有一顆壞了怎么辦。我就覺得這個問題很為難，無論如何也得向領導匯報。”孫家棟對《中國新聞周刊》記者回憶。于是，經過申請，又補發了兩顆備份星。而在一切都看似順利推進的時候，麻煩再次降臨。北斗一期和二期之間銜接的一顆衛星發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月開始，北斗系統正式開通開始向國內用戶提供服務。作為測量技術手段，雖然目前北斗系統的應用還遠不如GPS一樣完善，但以往一直依賴于GPS授時、導航的用戶，開始多了一種選擇——而這從長遠來說，無論是從國家戰略層面，還是在經濟利益層面，都具有重要意義。
2007年2月，北斗二代論證會召開，已經退休的很多領導仍到會參加。會議上，專家評估后宣布，當12顆衛星布網完成后，北斗系統的年產值可能達到500億。
如今，中國軍隊的導航和授時方式已經逐步由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，北斗系統成功發射了第七顆衛星。目前，北斗系統進入了衛星發射布網的高峰期。按計劃，到2020年，北斗將與GPS一樣，成為一個向全球提供服務的衛星導航系統。為人類貢獻了“司南”的中華民族，通過北斗計劃，進入了定位和授時的宇航時代。 ★
(實習生 蒙佳 劉艷平對本文亦有貢獻)
來源：中國新聞周刊
整理:洪麓豐
