探秘中國北斗導航衛(wèi)星:最高機密到民用歷時20年
發(fā)布日期:: 2011/6/21 作者來源:: 中國新聞周刊/衛(wèi)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(wèi)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(wèi)星發(fā)射前的星箭對接。12月18日，第7顆北斗導航衛(wèi)星成功進入太空。
北斗記
——探秘中國北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)
約四十年前，美國軍方開始了被稱作“全球定位系統(tǒng)”(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(tǒng)部署了24顆衛(wèi)星，地面站對這些衛(wèi)星的信息數據進行捕捉、處理、解碼，并將有關信息發(fā)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(jiān)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(wèi)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(zhàn)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(guī)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(wèi)星導航定位系統(tǒng)。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(tǒng)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(tài)度，北斗計劃歷經周折，厚積薄發(fā)，終于，在2000年，第一顆北斗試驗衛(wèi)星得以發(fā)射進入太空軌道。
時至今日，北斗系統(tǒng)已經成功發(fā)射了7顆衛(wèi)星，夢想也在逐漸豐滿壯大。根據當前的計劃，北斗系統(tǒng)預計到2012年共發(fā)射12顆工作衛(wèi)星，完成服務范圍覆蓋亞太地區(qū)的目標；到了2020年，北斗將發(fā)射5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，成為一個向全球提供服務的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
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(yōu)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(huán)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(wèi)星，北斗計劃見證了中國航天事業(yè)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(wèi)星的報道，從新衛(wèi)星發(fā)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(wèi)星導航系統(tǒng)。后來，這個由中國自主研發(fā)的導航系統(tǒng)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(fā)蒼蒼的院士，北斗系統(tǒng)的理論創(chuàng)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(chuàng)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(tǒng)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(fā)之前，學天文大地專業(yè)的卜慶君已經了解GPS的功用和發(fā)展情況。但是，外國專家在會議上的發(fā)言卻讓卜慶君提高了警惕。
美國的GPS系統(tǒng)誕生于1973年， 由美國國防部組織研發(fā)。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(qū)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(fā)展和應用要跟蹤研究，與此同時要發(fā)展中國自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。”
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(wèi)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(tǒng)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(tǒng)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(yè)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(tǒng)自1973年開始研發(fā)，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(zhàn)略和特殊時期國家安全的角度，認識到自主研發(fā)導航系統(tǒng)的重要性，以及衛(wèi)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(fā)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(wèi)星對于大多數普通人來說充滿神秘。
“其實衛(wèi)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(tǒng)工程總師、被譽為中國“衛(wèi)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(wèi)星另外還有兩個功能，即信息獲取和導航。”
衛(wèi)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(fā)射24顆衛(wèi)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(tǒng)的研發(fā)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(wèi)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(tǒng)。”
于是，科學家們開始致力于研究只用于中國本土的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。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(fā)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(tǒng)業(yè)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(wèi)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(wèi)星計劃團隊多次商議，如果你們打(衛(wèi)星)成功了，備份星就不需要了。打不成，你們還得繼續(xù)找問題呀。所以，就先給我們用好了。”中國衛(wèi)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(wèi)星導航計劃終于得以正式立項。此時，美國的GPS系統(tǒng)已經走過快二十年，整體系統(tǒng)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(tǒng)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(wèi)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(xù)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(tǒng)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(yè)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(yè)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(guī)劃局，提出建立北斗計劃總站需要用地。規(guī)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(guī)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(xié)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(qū)和生活區(qū)。
記得那是1997年1月16日，距離春節(jié)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(fā)團隊的科學家也一直在進行著自己的工作。他們?yōu)樽约憾ǔ龅哪繕耸恰氨０藸幤摺?——第一顆衛(wèi)星的發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(chuàng)新。”北斗系統(tǒng)副總設計師譚述森說。他所指的創(chuàng)新，是指北斗系統(tǒng)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(lián)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(fā)。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(wèi)星發(fā)射時間推遲了兩年。直到2000年10月，北斗導航系統(tǒng)的第一顆衛(wèi)星才正式送入軌道。而在此六個月之前，北斗系統(tǒng)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(wèi)星成功發(fā)射。此刻，從提出理論，到發(fā)射衛(wèi)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(fā)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(wèi)星發(fā)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(xù)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(tǒng)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(tǒng)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(zhàn)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(wèi)星布網完成后，北斗系統(tǒng)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(tǒng)。2010年12月18日，北斗系統(tǒng)成功發(fā)射了第七顆衛(wèi)星。目前，北斗系統(tǒng)進入了衛(wèi)星發(fā)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(wèi)星導航系統(tǒng)。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
