“北斗”璀璨

 

图为北斗卫星导航系统。

 

 

图为北斗卫星导航系统。

 

他站在那里，仰望着天空——蔚蓝色的苍穹明净如水，广阔无垠。一轮弯月银光淡柔，几颗星星若隐若现。

 

60多年来，他主持以我国第一颗人造地球卫星东方红一号为代表的45颗卫星的研制和发射，主持我国月球探测、北斗导航重大航天工程的研制工作，为我国突破人造卫星技术、卫星遥感技术、地球静止轨道卫星发射和定点技术、导航卫星组网技术和深空探测技术做出了重大贡献。他是我国人造卫星技术、深空探测技术和卫星导航技术的开创者之一。

 

仰望着星空，他在描绘“中国星座”的辉煌蓝图……

 

他就是共和国勋章获得者孙家栋。

 

天上有颗北斗“星”

 

2004年3月，中国绕月工程正式启动，孙家栋被任命为绕月探测工程总设计师。同年12月，继上世纪90年代担任北斗一号系统工程总设计师后，他再次被任命为北斗二号系统工程总设计师。75岁的孙家栋进入他一生中最忙碌的时期。

 

一肩挑着“北斗”，一肩压着“探月”。“星星”与“月亮”紧密相伴。常常上午开“北斗”会，下午又要研究“探月”。孙家栋恨不得长出三头六臂。

 

一场春雨刚刚停歇。

 

清晨，秘书李钢接上孙家栋往机场赶，准备去西昌卫星发射中心。车刚出机关大门，李钢的手机响了，电话是孙家栋夫人魏素萍打来的：“快掉头回来，忘了带东西了。”

 

车子重新开回家，魏素萍站在家门口，将手里的塑料袋交给李钢：“昨晚装箱子时，忘了把这双布鞋放里面了。”

 

70多岁的人了，长年累月在外面跑，一进家门，孙家栋常常累得连话都不愿多说。魏素萍心细，发现每次出差回来，老伴的双脚都有些浮肿，肯定是走路走多了累的。此后，每次出差前她帮装箱子时，都要带一双布鞋。

 

回到车上，李钢将布鞋交给孙家栋，说：“孙老，赶紧换上布鞋吧，否则，阿姨会‘问罪’下来的。”

 

孙家栋说：“换没换，她怎能知道？”

 

李钢开起了玩笑：“天上不是有北斗吗？”

 

孙老笑着说：“北斗会这么灵吗？下了车换也不晚，她不知道。”

 

说话间，李钢手机铃声又响了。魏素萍问：“李秘书，他换上布鞋了吗？要是没换就在车上换了，这样下车时，会舒服些。”

 

李钢连忙朝孙家栋使了个眼色：“阿姨，已经换了。”

 

孙家栋不紧不慢地说着：“天上还真有北斗盯着呢……”

 

老伴的温馨，让孙家栋心头一热。然而，此时孙家栋心中想的却是北斗、北斗。

 

1989年2月，美国全球定位系统（简称GPS）成功发射第一颗组网工作卫星。1994年美国将24颗卫星部署在6个地球轨道上，GPS系统覆盖率达到全球98%。俄罗斯1995年完成了格洛纳斯系统卫星星座的组网布局。

 

孙家栋坐不住了，他知道卫星导航系统对于国家建设和国防建设的重大意义。他更清楚，一个国家假如使用别人的卫星导航系统，无异于将命运的绳索交给别人。

 

1983年陈芳允院士提出了双星定位的设想。1994年，国家批准北斗一号立项。自此直至2014年，孙家栋一直担任北斗工程总设计师，带领北斗人逐步探索出具有中国特色的“三步走”发展战略：第一步，2000年建成北斗一号系统（北斗卫星导航试验系统），为中国用户提供服务；第二步，2012年，建成北斗二号系统，为亚太地区用户提供服务；第三步，2020年建成北斗全球系统，为全球用户提供服务。

 

1994年12月，孙家栋被任命为北斗一号系统工程总设计师。重任在肩的孙家栋满腔热血、满怀激情。

 

北斗一号卫星系统总设计师范本尧曾说：“北斗一号卫星最初的研制规划中，计划在东方红二号甲卫星双自旋卫星平台基础上研制一种导航卫星专用平台。但这类卫星平台没有太阳翼，功率比较小。为这个平台我们做了很多次试验，但都没有成功，耗费了大量精力。”

 

后来有一天，范本尧碰到了孙家栋。见他皱着眉头，孙家栋问，找到好平台了吗？范本尧说，做了很多试验还是不行。孙家栋说，看来不能一条路走到底，得换思路、换平台啦。

 

换平台，关系到改变研制规划。范本尧问：“换哪种平台？”孙家栋说：“东方红三号平台怎么样？”“东三”平台比“东二”平台强多了，但因为前不久第一颗东方红三号卫星发射失败，所以那时候人们不敢提用“东三”平台取代“东二”平台。孙家栋像是看出了其中缘由：“老范，你是‘东三’的总设计师，你说说这次失败的主要原因是什么？”“我认为‘东三’失败是卫星的质量问题，一些关键部件达不到设计要求，而不是设计问题。”孙家栋说：“既然不是设计问题，把质量问题解决了，完全可以用‘东三’平台取代‘东二’平台。我们再仔细论证一下，此事不能再拖了。”

 

孙家栋果断拍板，北斗一号卫星平台转而采用东方红三号卫星的三轴稳定平台。路子顺了，大大加快了卫星的研制进度。

 

北斗初建，遇到一个瓶颈问题——信号快速捕获。能否实现对信号的“快速精跟”，成为决定北斗一号系统整体性能，甚至左右整个工程进展的关键。

 

1995年，国防科技大学在读博士王飞雪和同学雍少为、欧钢，获知这一信息，摩拳擦掌，跃跃欲试。他们用4万元从北京买回一台当时算是比较先进的台式计算机。把一个不到10平方米的仓库，简单地收拾一下当作试验室。没有仪器，就东凑西借。那些日子，他们每天工作十七八个小时，饿了就泡袋方便面，累得眼皮都撑不开时，就冲杯浓咖啡提神，直到实在困得不行，才打开行军床小憩。

 

一次次论证，一次次推翻重来。孙家栋对这个年轻的团队给予全力支持，他说：“攻关，最重要的是要创新。”

 

王飞雪另辟蹊径，提出了一种新的算法：“全数字化快速捕获信号与接收技术方案。”他们通过测试得到的第一批“快捕精跟”数据，效果远远超过了大家的期望值。3年后，星地对接现场，显示器上脉冲“闪耀”，信号捕捉成功。

 

2000年10月31日、12月21日，长征三号甲运载火箭分别将第一、第二颗北斗导航试验卫星送入地球同步轨道，建成了北斗一号系统。

 

双星组成的北斗一号系统能全天候、全天时地提供卫星导航信息，还具备短报文通信服务能力。我国成为继美国、俄罗斯之后，第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

 

“让我们自己也成为巨人”

 

仰望星空，孙家栋的眉心微微蹙在一起，无形的压力和紧迫感爬上心头。

 

星载原子钟像一只“拦路虎”，横在北斗二号系统面前。

 

时间和空间位置信息，都是一个国家重要的战略资源。卫星的位置信息和星上精准的时间信息，是导航卫星最核心的两大参数。

 

星载原子钟被称为导航卫星的“心脏”。如果原子钟误差1纳秒（10亿分之一秒），就意味定位会有0.3米误差。

 

当时世界上只有少数几个国家具备星载原子钟的研制能力，由于中国当时的技术基础还比较薄弱，只好去国外买。北斗一号卫星用的两只原子钟是进口的，指标很低，算是勉强能用。

 

北斗二号卫星研制初期本想走老路，还去国外买。但国外好几家都以保密为由，一口回绝了。后来，好不容易找到欧洲一家厂商，答应卖给我们一款产品，技术参数基本够用，正准备签合同。没想到除了价格一涨再涨，对方还附加了一系列霸王条约：比如卖给我们的产品，档次要比他们用于伽利略导航系统的低一个级别；发货时必须等待他们国家有关部门批复等。

 

孙家栋对现北斗三号系统工程副总设计师、时任北斗二号卫星系统总设计师谢军说：“我们再也不能对进口产品存在依赖性了。星载原子钟必须下决心自己搞，就是砸锅卖铁也要做出自己的品牌。”

 

在工程办公室组织下，孙家栋带领有关机关、谢军等专家去几家科研单位调研。当时参与原子钟研发的有北京大学、中国科学院武汉物理与数学研究所、中国空间技术研究院西安分院、航天科工集团203所等。孙家栋的态度非常明确：“原子钟技术不过关，卫星绝对不能上天。”

 

中国空间技术研究院西安分院星载铷钟首席专家贺玉玲，回顾近10年艰难曲折的研发之路，感慨地说：“家人经常会抱怨我，你们是做‘钟’的，怎么这样不守时？有时候为了获得一个更稳定的数据，可能需要反复测试。连白天黑夜都忘了，更顾不上节假日。”

 

在中国科学院武汉物理与数学研究所研究员梅刚华的办公室，至今还珍藏着几抽屉的试验品，这些试验品见证了课题组20年来的艰难求索。梅刚华说：“刚开始的时候，我们做出的原子钟的精度与西方发达国家的差距是两个数量级。原子钟的核心部件微波腔只有一个胶卷大小，要在里面特定位置打几个槽，测量宽度和深度，当时没有计算机模拟仿真，只能靠人工一点点摸索、一点点打磨。”仅这一项技术，他们就进行了上百次试验。最终，具有全新结构和工作原理的开槽管式微波腔研制成功。

 

终于，有3家科研单位分别研制成功各有特色、具有完全自主知识产权、满足北斗系统工程要求的星载原子钟——中国终于有了自主研发的原子钟。

 

那天，孙家栋亲自见证了4台完全符合技术要求的国产原子钟，装载在北斗二号系统首颗卫星上。

 

2007年大年初三，北斗系统高级顾问、时任北斗二号系统工程副总设计师李祖洪和时任北斗二号卫星系统总设计师谢军，带着试验队将北斗二号第一颗卫星运到西昌卫星发射中心。检测设备安装就位，便开始了200个小时的不间断加电测试，模拟卫星和有效载荷在太空连续工作的状态。从工程总指挥到技术人员，大家一起排班，分分秒秒，紧盯着数据，不敢有丝毫大意。

 

两个多月，马不停蹄，每天都是超负荷工作。

 

那天快中午时，李祖洪接到谢军从厂房打来的电话：“李总，卫星发动机出问题了！”

 

从北京来的孙家栋马上就要下飞机，李祖洪本来要去接机的，这时也顾不上了，赶紧往厂房赶。

 

进了厂房，到了工装架子旁，谢军告诉李祖洪，试验队员在发动机底部发现了一个疑点。李祖洪趴下身子，探头看了看，证实了发动机的疑点情况。

 

大家正着急着，孙家栋闻讯直接赶来了。

 

听了汇报，孙家栋先蹲下身子，想看看到底是什么情况，但发动机底部离地面只有五六十厘米，看不太清楚。谁也没有想到，孙家栋索性躺在地面，脸朝上，身子往发动机底部慢慢蹭，终于看清楚了疑点情况。

 

孙家栋从发动机底部钻出来，喘了几口气，说：“应该只是擦了一下，问题不是很大，但必须立即请厂家的专家来鉴定。”

 

他擦了擦头上的汗水，此时秘书想搬一张椅子让他坐下休息，被他用眼神制止了。旁人不知道孙家栋犯有陈旧性腰肌劳损，剧烈的疼痛常常会让他步履艰难。

 

事后，李祖洪感动地说：“当时，看到78岁的孙老躺在地上，钻进发动机的底部，我们真的很感动！”

 

发动机厂家的专家赶来了，经探伤仪探测机体没有裂痕，高温涂料也没擦坏。几方评估后，可以按原计划发射。

 

卫星转场到发射区，与火箭对接，进入卫星状态检查，整流罩合上。

 

然而，在最后的总检查中，应答机里面一个振荡器工作临界，时而停振，时而正常。卫星上天后，有可能影响信号的正常传输。

 

发射场区指挥部经慎重研究决定，问题必须彻底归零才能发射。

 

在六七十米高的发射塔架上，重新打开整流罩，科研人员几经周折，将几十个螺栓拧下来。整流罩打开后，又小心翼翼地把卫星的舱板打开，才从卫星里面取出应答机。

 

发射场无法修复应答机，试验队员抱着应答机，火速送往成都。

 

此事过后没多久，4月11日，孙家栋又赶到西昌发射场。

 

刚下飞机，他便问李祖洪：“应答机的问题解决了吗？”

 

李祖洪摇了摇头：“还在成都修理，急人，都快火烧眉毛了。”

 

孙家栋对李祖洪说：“不可松懈，一切按预定部署进行。”

 

应答机终于修复，从成都火速送回发射场，已是4月13日中午。

 

4月14日凌晨，北斗二号系统第一颗卫星，终于顺利升空。

 

5时16分，太阳翼帆板成功展开。

 

在指控中心，孙家栋注视着面前的大屏幕，神色淡定，心中却是波涛翻涌。他知道一场真正的考验才刚刚开始——再过不到72个小时，我国向国际电信联盟申请的导航信号频点就将过期作废。卫星仅仅发射成功还不算，必须在72小时内顺利开机、正常运转，而这一切，谁也不敢打保票。

 

太空中的频率资源十分有限。2000年4月17日，我国向国际电信联盟申请导航卫星的轨道位置和频率资源，国际电信联盟辟出两小段资源作为卫星导航合法使用频段。根据国际电信联盟“谁先占有谁先用”的原则，必须在7年有效期内发射导航卫星，并成功接收传回信号，逾期则自动失效。

 

因此，一个新的问题摆在了面前：卫星入轨后，按规范操作，卫星要在真空环境下暴露5天后再开启设备。提前开启，很有可能引发微波信号大功率微放电，导致卫星报废。可是再等5天，势必错失国际电信联盟规定的最后期限。

 

16日20时14分，我国申请的空间频率有效期只剩下不到4小时。

 

孙家栋从座席上站了起来，拧眉沉思了片刻，与在座的有关同志会商后果断决策：“加电开机！”

 

当晚，十几家终端设备厂家，在北斗系统主控站的一个大操场上，把接收机摆成一大排，技术人员在焦急中不时仰望漆黑的夜空，等待着一个“精灵”——那个来自远方的信号。

 

“有了！”不知谁最先喊了起来。

 

21时46分，地面系统正确接收到了卫星播发的B1导航信号。

 

21时54分，接收到了卫星播发的B2导航信号。

 

22时03分，接收到了卫星播发的B3导航信号。

 

整个大操场上欢声雷动。

 

此时，离国际电信联盟限定的时间仅剩2小时。

 

犹如世界杯比赛的“压哨破门”，北斗系统申请的卫星导航信号频率与轨位资源保住了，中国北斗在最后时刻，拿到了进军全球卫星导航系统俱乐部的“入场券”。

 

第二天，在宾馆吃早餐时，孙家栋把李祖洪、谢军还有一些骨干招呼到一起，交代了下一步工作后，缓缓地说：“最近我听说了一段话，不知道是哪位哲人说的，说得特别好。”

 

大家都放下了筷子。

 

孙家栋认真了起来：“这段话是这么说的：在北斗工程起步之时，我们也希望站在‘巨人的肩膀上’，但‘巨人’可不这么想，他对我们技术封锁，不让我们站在他的肩膀上。所以唯一的办法，就是我们自己成为巨人。”

 

李祖洪一听愣了一下。这时有人突然想起来了：“孙老，这话是祖洪总指挥说的。”

 

大家都笑了。孙家栋却变得更严肃了，他说：“前几天，有人告诉我祖洪总指挥讲的这段话，我觉得讲得特别棒，说出了我们的心里话。这些年来，我们曾想站在‘巨人的肩膀上’，可‘巨人’不仅不让我们站，而且还卡我们、压我们。在事实面前，我们终于醒悟过来了。靠别人靠不住，只有靠自己，拼搏努力，让我们自己也成为‘巨人’，让中国的航天也成为‘巨人’！”

 

大家心里铆足了劲：让中国航天也成为“巨人”！

 

星耀全球

 

2009年，北斗三号系统正式启动建设。

 

北斗三号系统将建成拥有24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星，共30颗卫星组成的全球卫星导航系统。

 

在第一次大系统协调会上，孙家栋明确提出：“我支持工程大总体提出的所有星载产品必须百分之百国产化的意见建议”，真正做到“北斗星、中国芯”。他的态度充满坚决。

 

这是一位老科学家集大半生科研经历的亲身感受，包括曾经有过的深刻教训。核心技术引进不来，买不到，唯有自主创新，大胆突破。作为北斗系统工程的总设计师，孙家栋除了要为这项巨大的工程进行科学设计，还必须为整个工程划定一条底线——“核心技术自主可控”便是这条底线，同时也是北斗系统的“生命线”。

 

孙家栋带领中国北斗人，坚守着这条“生命线”。

 

2014年12月，时任北斗系统工程副总设计师杨长风接任北斗系统工程总设计师，孙家栋被聘任为高级顾问。

 

北斗三号系统最大的亮点是星间链路。这是我国北斗由区域迈向全球的关键，也是一个少有经验可借鉴的新难题。

 

杨长风有些犹豫，星间链路万一失败，将严重影响北斗系统全球组网建设进度。

 

杨长风与孙家栋谈了自己的担忧。孙家栋没有正面回答，而是问：“长风啊，你认识咱们酒泉卫星发射中心首任司令员孙继先中将吧？听说过他在长征中的故事吗？”

 

“听说过呀！”

 

“长征中，孙司令员是红一军一营营长。那年5月，部队到达大渡河，前有堵截，后有追兵，情况十分危急。刘伯承、聂荣臻首长亲临前线指挥，孙继先从二连亲自挑选并带领十七勇士组成突击队，硬是在被敌人视为插翅难飞的天险防线上，打开一个缺口，为中央红军北上开辟了一条通道……”

 

听到这里，杨长风心领神会。

 

孙家栋接着说：“我们经历过多少次被‘逼’的境况啊？但我们不都靠着自己的智慧，每次都绝路逢生了吗？”

 

浩瀚银河遥相望，星间链路搭桥梁。国防科大、中科院、中国空间技术研究院分别组织队伍攻关。

 

2015年3月，由中科院微小卫星创新研究院研制搭载星间链路的卫星发射成功，正式开启星间链路验证工作。

 

同年8月，由中国空间技术研究院研制的两颗北斗三号试验卫星成功在轨建立星间链路，标志着我国成功验证了全球导航卫星星座自主运行核心技术，为建立全球卫星导航系统迈进一大步。北斗团队再一次交出了令世界震惊、令国人满意的答卷！

 

那天，孙家栋到一线了解星间链路的验证情况。

 

听了杨长风和谢军的介绍，孙家栋非常高兴。他说：“此前，我们面前也遇到了‘大渡河’，别无选择，我们只能选择强渡。今天，我高兴地看到，我们已经渡过了‘大渡河’。我又一次感受到了自主创新的蓬勃生命力。”

 

忽然，孙家栋发现站在眼前的都是面生的年轻人，两眼一亮，问其中一名技术骨干：“小伙子，今年多大了？”

 

“孙老，我29岁。”

 

“29岁，多年轻啊！我29岁那年，刚刚留学回国。你参加工作几年了？”

 

“两年。”

 

孙家栋说：“参加工作两年，便参与这么重大的工程，真是后生可畏。你们赶上了一个好时代，我们的国力强大了，我们的航天发展了！”

 

将要离去时，孙家栋又收住脚步，对身旁的年轻人说：“我今天很高兴，星间链路验证取得关键性突破。但让我更欣慰的是，有你们这支年轻的队伍，这说明我们的北斗事业永远年轻，中国的航天事业永远朝气蓬勃！”

 

2020年6月23日9时43分，西昌卫星发射中心，长征三号乙运载火箭成功将北斗三号系统最后一颗全球组网卫星发射上天。

 

从1994年北斗一号系统立项伊始，30万人接力奋斗了26年，梦想终于实现，北斗星耀全球。

 

从“区域服务”到“全球组网”，从追赶到并跑，从受制于人到自主可控，中国北斗一步步走向卓越。北斗三号系统具有导航定位和通信数传两大功能，可提供定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位共7类服务，是功能强大的全球卫星导航系统。全球范围定位精度优于10米、测速精度优于0.2米/秒、授时精度优于亿分之一秒、服务可用性优于99%。

 

交通运输、公共安全、农林渔业、水文监测、天气预报、通信报时、救灾减灾……北斗系统正深深融入国家核心基础设施，并产生显著的经济效益和社会效益。随着北斗高精度和人工智能、大数据、云计算、5G通信等新技术的结合，北斗应用从卫星导航定位延伸到了工业互联网、物联网、车联网等新兴应用领域……

 

一个民族的智慧，一个国家的创造力，往往需要一些标志性的成果来证明。北斗系统体现出中国速度，凝结着中国智慧，展现了中国志气，而这些，是任何东西都不能替代的！

 

制图：蔡华伟