北鬥衛星部分研製人員合影。
北鬥衛星研製現場。中國航天科技集團五院供圖
曾經為世界貢獻過四大發明、推動人類文明車輪滾滾向前的中國，在21世紀第二個10年，又一次貢獻出中國智慧。
今年7月31日，中國北鬥全球衛星導航系統迎來正式開通服務的歷史時刻。北鬥導航信號在時空傳播開來，全球民眾有了「中國北鬥」的導引和陪伴。今天，我們一起走近創造北鬥衛星奇蹟的幕後科研團隊代表。
6月初，北鬥三號衛星飛控團隊再赴西安衛星測控中心，開展最後一顆組網星的飛控任務。變軌完成後，飛控隊員在連續數天的日夜顛倒後面臨新的挑戰，每12小時進行一次定點捕獲。6月30日，北鬥全球組網最後一顆星成功定點。
如果說北鬥全球衛星導航系統的建設是一次歷時數年的持久戰，飛控任務便是此次持久戰的最後衝刺。從太陽翼完美亮相，到衛星的數次精準變軌，再到高精度定點捕獲，科技團隊的努力一次次彰顯了中國北鬥精神。用他們的話說，日夜顛倒，只為追「星」。
比「大炮打蚊子」還要精確萬倍
北鬥三號某星間鏈路相控陣天線，是我國北鬥星座星間鏈路的核心設備，被稱為太空中的「高精度標尺」。
中國航天科技集團五院總體部專家告訴記者，在距離地球2.4萬公裡的太空中，導航星座上裝備的某相控陣天線實現精確的「握手」，在進行信息交互的同時，可以精密測量出對方的位置精度，保障導航星座的精確在軌自主運行。
在太空中，北鬥三號衛星之間的距離最遠達到了7萬公裡，天線通過精確的相位中心穩定性設計和鏈路設計，可以將測量誤差保證在分米級，這個精度相比於「大炮打蚊子」還要精確萬倍。設計團隊要通過一系列方法，保證這把「高精度尺子」能在北鬥三號全壽命周期內不發生變化。
專家透露，某相控陣天線的元器件數量是我國衛星單機裡數量最多的，甚至超過了一顆傳統衛星元器件數量的一半，其複雜程度可見一斑。而這些元器件，大部分都是高端的某半導體器件，牽引了國產自主設計能力，此次所採用的元器件均為國產自主可控，打破了長久以來該領域被歐美制約的瓶頸。
全力開通「城際高速路」
如果把30顆北鬥全球組網衛星看作30個空中城市，傳統模式下，地面城市與每個空中城市之間建立星地廊道，監控城市運行管理狀態。
不過，五院專家告訴記者，北鬥三號首先在空中城市之間設計了城際公路，又在主要的空中城市之間建立高速公路，最後在軌道最高、體量最大的衛星上，架設了通往地面城市的高速公路。這中間，凝聚著北鬥星間網絡團隊的智慧。
2012年北鬥三號啟動研製時，設計團隊手上沒有任何可供參考的案例。設計師們在大量研究空間數據系統和傳統衛星通信知識的基礎上，分析地面網絡成果和衛星設計的特點，獲得效率最高、應用最靈活的方案。
五院專家告訴記者，與地面直接將計算機連接網線就可接入網絡不同，不同高度、不同相位的衛星之間的可見關係存在變化，而北鬥三號利用相控陣天線建立起來的星間鏈路，每分鐘要「掃過」20個衛星或地面站目標，變化頻率更快。
「就像在自習室傳紙條一樣，當收到另一個夥伴傳來的紙條時，科技人員要將紙條保存起來，再選擇最恰當的時機傳送出去，直到到達目標。」五院北鬥衛星研製專家說。
衛星傳的紙條更加複雜，還要區分遙控、遙測、運控、報文等業務的優先級，在一大堆紙條中找到最重要的、最緊迫的、路徑最合適的先發出去，還要考慮「負責中轉紙條的同學桌屜是不是已經滿了」。
成功來得太不容易
當然，在整個北鬥衛星研製發射過程中，科研團隊也經歷過不少風風雨雨。
五院一位北鬥衛星研製專家告訴記者，2012年初，由於一個技術問題，某顆整星構型「翻車」了，大家一夜無眠。以經驗豐富、沉穩老練著稱的一位設計人員被緊急召回北京，立即從北鬥二號轉入北鬥三號，加入了新方案的論證團隊。
用「時間緊、任務重」來描述這次「挽救行動」再合適不過。這是一次真正的「封閉式高效集同」，所有人員都駐守在北京某地。整整一個月，新方案終於滿足了運載要求。
2015年，北鬥三號即將發射試驗衛星，其成功與否直接影響著後續組網任務能否順利進行。為了趕上「發射窗口」，研製團隊絞盡腦汁，使出渾身解數，24小時兩班作業……他們只有一個念頭——「必須按時出廠！」
在亮如白晝的大廳裡，他們已然分不清是深夜還是白天，困了就出去洗個臉精神一下，累了就在現場稍微休息一會兒，「天線順利展開、轉動指令正確」……每一個節點任務的順利完成，都會給在場的人打上一支「強心劑」。
然而，喜悅沒能維持多久，10月的一天，天線在軌出現問題，多年的心血，就這樣付之東流了？「導航人的字典裡，沒有『認輸』二字，即使面對史無前例的難題，也要放手一搏！」五院一位專家說。
2015年12月25日，在整個團隊的努力下，北鬥人創造了中國航天史上的一個奇蹟——天線在軌問題圓滿解決，工作正常！那個夜晚，整個團隊沸騰了，「成功來得太不容易！」
北鬥「前路還長」
今年7月31日，北鬥三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式在人民大會堂隆重舉行，北鬥一號衛星總指揮李祖洪在現場見證了這一歷史性時刻。
開通儀式後，他向記者連說了3個「非常」：「能參加活動並見證北鬥三號全球衛星導航系統建成開通的歷史性時刻，我感到非常榮幸、非常高興、非常激動！」
他告訴記者，此次開通儀式是對北鬥工程參研參試人員的極大鼓舞，是對北鬥團隊幾十年來千辛萬苦、拼搏奮進的最高肯定。李祖洪說，北鬥三號全球衛星導航系統建成開通是中國北鬥衛星導航系統建設「三步走」的裡程碑式事件，並不是指北鬥導航工程的完結。
「可以說前路還長，遠處青山無數，意味著我們肩上的擔子更重了、要求更高了。」李祖洪說，要把「中國的北鬥，世界的北鬥，一流的北鬥」發展理念發揚光大、落到實處，關鍵是要解決好北鬥衛星導航系統好用、用好的問題。
北鬥三號衛星首席總設計師謝軍在激動、振奮的同時，也有了新的責任和壓力。
擔任北鬥衛星總設計師16年來，謝軍深感從事這項國家重大工程無上光榮，使命和責任並存。他說：「我深深知道北鬥衛星導航系統這項重大工程對國家安全、國民經濟、社會發展和大眾生活具有非常重要的意義。」
他告訴記者，北鬥三號全球衛星導航系統開通服務，對於北鬥系統設計和建設者來說，是一個新的起點，是一個更高的要求。「做好衛星在軌的運行管理與技術支持工作，保證衛星12年工作壽命，確保北鬥系統，特別是北鬥衛星以其安全穩定的運行、連續可靠的信號、多樣優異的服務接受考驗」。
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