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先后研制发射12颗卫星，造“星星”的他透露北斗导航还有这些计划

2023-07-31 23:14:54     来源 : 第一财经

今年5月，第五十六颗北斗导航卫星成功发射，这是我国北斗三号工程的首颗备份卫星，也是北斗三号工程高密度组网之后，时隔3年的首发任务。


(资料图)

作为我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，北斗系统是为全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。

从2000年年底北斗一号系统的建成，再到2020年7月31日北斗三号全球卫星导航系统建成开通，对于有着十四年“北斗”生涯的北斗三号卫星系统总设计师林宝军来说，他和团队先后研制并发射了12颗卫星。特别是2015年3月，林宝军和团队一起研制的我国新一代北斗导航卫星首发星，拉开了我国北斗全球系统组网建设的序幕。

“北斗应该是和我们老百姓日常生活关系最密切的一个卫星星座了，因为生活中85%的信息基本都与时空有关，而时空就是导航要干的事。”中国科学院微小卫星创新研究院副院长林宝军近日接受第一财经独家专访时告诉记者，他透露，对于已经应用于200个国家的北斗系统来说，接下就是要做更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系，“解决天上深空的问题、室内的问题、水下的问题”。

图为林宝军，第一财经记者任玉明／摄

北斗三号七成以上都是新技术

“天上的星星参北斗”。不管是交通运输、气象测报，还是救灾减灾、公共安全等，北斗系统提供服务以来，已经在多个领域得到了应用。特别是随着北斗三号的全球组网，“北斗+”高精度行业应用和“+北斗”的高精度大众化应用迎来新大机遇。

而在我国已经发射的三十多颗北斗三号卫星中，有12颗都是由林宝军所在的中国科学院微小卫星创新研究院（下称“卫星创新院”）研制的。特别是2015年3月成功发射的新一代北斗导航卫星首发星，就已突破了框架面板式结构、相控阵星间链路、时频无缝切换、新型信号体制等50余项关键技术，解决了北斗系统全球组网的瓶颈和系统运行连续性等难题，实现了关键器部件百分之百国产化。

“国际上有个惯例，在航天领域有个说法，为了系统可控，新技术不能超过30%，但对于北斗三号来说，新技术超过了70%也很好。”林宝军对记者解释，新技术不等于不可靠，只要是采用靠谱的、符合客观规律的技术，加上成熟的工艺和充分的实验，就能获得成功。“现在天上运行结果表明创新没有产生问题，而且解决了长期困扰我们的跟着别人用传统的技术很难跨越的技术瓶颈难题。”

这其中最重要的，源于三项突破：全球首台双频氢原子钟、Ka相控阵星间链路技术、导航卫星专用平台。特别是他带领团队全球首创的“Ka相控阵星间链路”技术，针对天上卫星如何对话的问题，实现了“一星通、星星通”，解决了制约北斗全球组网的瓶颈。

“星星之间的对话主要靠Ka技术，用Ka相控阵其实就相当于用30多条线把星星串起来，给它们建一个微信群，相互之间就能通信了。另外Ka技术还能相互测距，比如先测出我跟你的距离，你跟他的距离，这样就能算出我跟他的距离。这项技术能让星星们在7万公里的距离，测距精度最高可以到一个厘米。”林宝军解释。

同时，北斗导航卫星的“心脏”——氢原子钟，也是卫星创新院联合中国科学院上海天文台研制的，1千万年才误差1秒。

他解释，卫星导航之所以成立，就是因为我们可以把时间测得准了，“谁的钟做得好，谁就能把导航系统做得更好，它决定了导航能力的上限”。北斗三号采用的是钟的无缝切换技术——让氢钟和铷钟同时工作，也就是说如果氢钟坏了，可以无缝切换到铷钟，这个切换可以做到20皮秒，用户连感觉都没有，“也让我们的卫星的时频精度高出国外近一个量级”。

如今，北斗系统正与互联网、大数据、人工智能等新技术的融合发展，构建以北斗时空信息为主要内容的新兴产业生态链。截至目前，北斗系统已服务全球200多个国家和地区用户，国内多个导航地图供应商正式切换为北斗优先定位，日均使用量已超过3600亿次。

中国卫星导航定位协会今年发布的《2023中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示，2022年，我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到5007亿元人民币，同比增长6.76%。其中，包括与卫星导航技术研发和应用直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值同比增长5.05％，达到1527亿元，在总体产值中占比为30.5％。

而根据我国导航战略需求，2035年前将建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。

林宝军表示，接下来北斗要做下一代综合时空体系，解决天上深空的问题、室内的问题、水下的问题。“现在北斗卫星的覆盖，以及其他几大导航系统，覆盖的是地面以上到几千公里的一个空间。而从深空到室内再到地下做到无缝衔接还是很难的。特别是水下这块，难度最大。因为天上卫星的信号，还是靠微波信号传到地面到终端，而这些信号在水里是通不过的，这时候要用其他的一些方法。”

2020年6月23日，我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。新华社记者 江宏景／摄

林宝军表示，接下来北斗要做下一代综合时空体系，解决天上深空的问题，室内的问题，水下的问题。“现在北斗卫星的覆盖，以及其他几大导航系统，覆盖的是地面以上到几千公里的一个空间。而从深空到室内再到地下做到无缝衔接还是很难的。特别是水下这块，难度最大。因为天上卫星的信号，还是靠微波信号传到地面到终端，而这些信号在水里是通不过的，这时候要用其他的一些方法。”

年轻人掉进“坑”是客观规律

在卫星创新院行走， 你可以明显感觉到团队的“年轻化”。例如2015年的首发星，彼时团队平均年龄只有28岁。有的人从入职到成为副主任设计师，只用了4年。

在这些二、三十多岁的年轻人看来，“半路出家”做北斗导航系统的林宝军就是一个行走的百科全书。

“林老师本科专业是内燃机，硕士是计算机，博士又读的是软件控制，博士后是高能天体物理专业，所以基本上他就是一个行走的百科全书。像我们虽然都是做北斗三号的，但是也有各自的研究重点，比如我自己是做结构的，如果换别的领域，就不太懂了，但林老师就不会有这种问题，基本你问啥他都知道，而且突发奇想的点子特别多。”加入卫星创新院不久的“90后”北斗三号卫星结构与机构主管设计师解放对记者说，平时他们在开会的时候，林宝军聊着聊着就提出一个全新的想法，然后实验做下来发现确实可行。

林宝军告诉记者，虽然以前自己是做神舟飞船应用系统的，但北斗的研究领域其实也和以前的工作有不少关联，加上他个人对空间领域的工作非常感兴趣。“2009的时候已经做了15年神舟应用系统，但北斗系统那会正要从区域走向全球，需要新的力量加入，我就从北京调到了上海，这一晃就是14年。”

现在，林宝军每天7点都会骑着共享单车来到班车点，乘坐前往临港新片区班车去单位，在他看来，科研的路上难免会遇到困难和“坑”，掉入“坑”也是一种客观规律，关键是掉进入去后要赶紧爬起来接着往前走。

“年轻人除了要踏踏实实、别急功近利，也不能总是求 ‘稳’。比如路上有 ‘坑’那是客观规律，不管你走得快还是走得慢，终究还是会掉进去，不如掉进去后赶紧爬起来，接着往前走。你的目的是到达终点，而不是在路上有没有坑，怎么掉进去。某种意义上来说你不经过这个 ‘坑’的教训，不经过挫折，是越不过去的。”

在他看来，做科研只要大方向、大逻辑是对的，目的是到达彼岸，就不用去刻意追求哪条路径最优。只要想清楚这一点了，很多事情做起来就没那么困难了。

“现在我们做一个新的卫星，按道理来说几乎复制就可以了，但现在有些技术进步了，并不是说你有经验就不会遇到问题。在这个过程中出现再多的新问题，遇到一个问题就解决一个，遇坑填坑，这些坑填满了、问题解决了，自然就成功了。”

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