探秘中国北斗导航卫星:最高机密到民用历时20年

2011年06月20日13:48 | 中国发展门户网 www.chinagate.cn | 给编辑写信 字号:T|T
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新兵入列

“北斗”系统的快速崛起受到了包括美国、欧洲各国在内的密切关注。2010年1月以来连续发射5颗北斗工作卫星的计划,更令外界对Compass(北斗系统的英文名称)的战略意图产生了种种联想。

2010年10月在意大利都灵举行的全球卫星导航系统国际委员会第五届大会期间,负责北斗导航系统的中国官员,透露了中国北斗的部署计划和使用频段。

不过,在这次会议上,欧盟官员也表达了对北斗系统在频段使用上的意见。一直为伽利略计划搁置而犯愁的欧洲官员,面对北斗的强势推进态度尴尬。

“在北斗系统计划使用的频段,伽利略系统实际上拥有优先权。我们认为,两套系统在同一频段重叠运行,可能发生有害干扰,还可能引起两套系统的冲突。”欧盟欧洲委员会在接受《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》采访时重申了伽利略的立场。

对此,中方一直坚持自己的意见:按照国际电联的规定和程序,中方对此导航频段的使用具有同等优先权。

据一名知情人透露,有中国学者向欧洲方面提问:“频段重叠等于干扰吗?频段重叠等于不兼容吗?请回答Yes或No。”

这个提问难住了欧洲方面的技术人员,双方争执不下。结果还是国际电信联盟的一位官员介入,才缓和了争论。

曾多次参加国际导航系统协调会议的杨元喜说,在海外参会,最大的感受是但凡听到关于北斗的讨论,几乎都是正面少、负面多,“这是不公平的!”杨元喜说。

“有人把北斗描绘成一个‘trouble maker’(麻烦制造者)或是干扰者。当然,他们不会公开这么讲,但这个潜台词总是让人不舒服。事实上,北斗是贡献者。”一位业内专家对《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》记者说。

在观察家看来,欧洲人的为难与伽利略计划推进不顺有直接的关系。

2003年10月,经过近两年的谈判,中欧领导人在第六次首脑峰会期期间签署了《中华人民共和国与欧洲共同体及其成员国关于民用全球卫星导航(伽利略计划)合作协议》,并于次年进一步签署《中国国家遥感中心和伽利略联合执行体关于伽利略计划合作协议》。按照两份协议的内容,中国政府计划通过向伽利略项目投资2亿欧元的方式,购买伽利略项目的民用导航服务,并参加伽利略的开发项目。伽利略计划一度是中欧之间最大的科技合作项目,中国也成为参加伽利略计划的第一个非欧盟成员国。

然而,伽利略计划的投资方式却于近年来发生转变,欧盟各国从商业投资团体手中全盘接管了严重超支的伽利略(计划中投资为34亿欧元)。近10亿欧元的超支负担以及各国对伽利略的不同意见,让伽利略寸步难行。而此时,北斗却加速超车,双方合作的格局就此改变。

不过目前,中欧双方关于伽利略计划的合作协议依然有效。科技部直属的中国国家遥感中心与欧盟欧洲委员会企业与工业总司之间的交流仍然十分密集,有时几乎每星期都有。

“现在的问题对于伽利略和北斗来说都是利益攸关的问题。我们已经向北斗团队提出了相关建议,双方正在密切磋商。”欧盟欧洲委员会发言人表示。

负责北斗计划的专家坦言,面对中欧导航系统合作的两难境地,没有最佳方案,而只有相对较好的选择。

“双方竞争目前仍然存在。”景贵飞表示,“但现在需要通过双边和多边会谈解决的主要问题:一旦系统建成,北斗和伽利略、GPS、甚至格洛纳斯之间,究竟是替代还是互补。”

“在国际导航领域,北斗还是一个刚刚入行的新人。即便未来开放了北斗的接口,北斗依然需要利用西方主导的国际规则,通盘考虑自己在全球导航市场上的发展。”中国卫星导航应用管理中心总工程师柳其许说。

欧盟委员会发言人对《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》表示,欧盟完全支持中国发展自己的导航系统,两个系统可以通过合作取得积极成果。“在新的合作框架下,双方有新机遇为广大用户提供兼容、互通的导航信息。”

2012年,全球卫星导航系统国际委员会将在中国举行年会。杨元喜认为,这给北斗提供了一次难得的机会。

“我想,届时关于北斗如何成为国际导航系统的‘贡献者’的讨论,将会超过关于‘麻烦制造者’的争论。”杨元喜说。

景贵飞也表示,“双方真正的合作才刚刚开始有些味道。”  ★

(本刊记者杨时对本文亦有贡献)

“这里头需要有很多技术力量,要靠我们自己。”

需要用一大段的篇幅,才可能较完整地写下孙家栋的头衔。在学术上,他是中国科学院院士;如果结合当今中国科学领域最炙手可热的名词如“北斗”“嫦娥”,那他是北斗导航卫星第二代应用卫星的工程总师,也是中国探月工程总设计师;如果提及荣誉,他是中国“两弹一星”功勋科学家,国家最高科学技术奖获得者……

中国空间技术研究院在1967年成立之初,孙家栋担任中国第一颗人造地球卫星技术负责人。从此孙家栋开始与卫星结缘,先后担任了中国第一颗遥感探测卫星、第一颗返回式卫星的技术负责人、总设计师。在中国自主研制发射的100个航天飞行器中,由孙家栋担任技术负责人、总设计师或工程总师的就有34颗,被业界公认为中国的“卫星之父”。

2010年底的一天,孙家栋在中国航天科技集团的办公室里接受了《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》的专访,评述北斗计划发展历程以及中国卫星整体发展状况。

中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊:卫星导航功能是如何酝酿出来的?

孙家栋:1957年,苏联第一颗卫星上天。在那个年代,上天很不容易,科学家们所有的精力都集中在怎么将卫星送上去。至于送上去后干什么,当然也有少数科学家证明研究,但重点还是集中在这个梦想—怎么样摆脱地球引力的束缚,即上天。第一颗卫星上天后,老百姓很激动很兴奋,给科学家的震动也很大。

卫星上天后,科学家们就开始想如何让它为人类服务。卫星有三个方面的用途:信息传递、信息获取和导航。信息传递,比如说电视、通信。因为有了卫星,奥运会才能一夜之间传播到世界各地,才能成为一大笔盈利。

所谓的信息获取,就是气象卫星、资源卫星、天文卫星等等。相当于在卫星上装一个照相机,通过这个方法观测地球或者太阳等其他星星。美国刚刚宣布说发现了离地球最近的黑洞,形成的时间也很短,才30多年。这个发现对科学的推动是非常厉害的,这也就是依靠了卫星的信息获取功能。

再往下发展,科学家们就想,卫星发射上去之后,能不能把卫星当成一个自然星体去观察呢?这就讲到了导航问题。人类航海,一开始就是用北斗星来导航,通过测量北斗星的高度来换算出相应的地球纬度。有了人造卫星之后,能不能用它来导航呢?这个问题比较复杂。因为北斗星离人们很远,角度变化很小。此外,经过人们长期的观察,跟北斗星之间的相对位置是可以换算出来的。而人造卫星围绕地球转动很快,观察计算起来很难。所以带着这个问题,科学家们开始想尽一切办法,动了很多脑筋。

经过大量科学研究之后,科学家们在理论上把这个问题摸索清楚了。一颗卫星传递下来的信号,经过处理以后,与地球的圆面交叉以后,在地面上画个圆环。假设有两颗卫星,就画个圆环,两个圆环一定有两个交叉点,所以当你接到两个卫星的信号的时候,你一定在这两个交叉点的其中一个。假设你能接到三颗卫星的信号,那么第三颗星和这两颗星间又有一个交叉点,你所在那个交叉点一定是三颗星信号的交叉点。就这样,利用天上三四颗卫星传下来的无线信号和地面的关系,经过一些复杂的数学处理以后,就可以做到精确定位。

但这又有另外一个问题:卫星围绕着地球在动,你怎么样保证随时随地都能看见四颗星呢?所以,光有四颗星是不够的,得围绕地球多打星。这样算来算去,得围绕地球做一个网,这个网里有24颗卫星。

这个理论是美国人先提出来的。美国的GPS卫星导航系统围绕地球发射24颗卫星,就可以保证在人类活动的大部分地区,任何时间地点都可以同时看到四颗星,可以满足导航定位的问题。

中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊:美国GPS开始发展的时候,你就有所接触了吗?

孙家栋:那个时候,中国刚刚粉碎“四人帮”,改革开放初期。1979年邓小平到美国访问,就向美国总统提出来采购两个大项目,一个是通讯卫星,一个是遥感卫星地面接收站。后来,我第一次作为中国代表团成员,到美国去采购通讯卫星。代表团里还有中国科学院和广播电视部的同志。我们在美国停留40多天,和美国航天局的人接触,给我印象特别深。当时,GPS刚开始起步,他们给我们讲,GPS是要提供全球性服务的。事实上,GPS系统也是一步一步不断在调整和改进。一开始,GPS的目的性很强,就是为军事服务,但是办成了以后,美国人就渐渐发现民用领域的作用特别大。

中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊:中国的卫星发展过程有什么特点?导航卫星又是如何起步的?

孙家栋:1970年中国第一颗人造卫星“东方红”号上天以后,我感觉国家对于航天事业的指导方针是非常明确的,可以归纳为四个字,就是发展“急用”和“实用”项目。当时,提出来先发展“尖兵”,也就是监控卫星。后来就开始研制返回式卫星。前者是信息传递,后者就是信息获取。在这个基础上,就开始搞通讯卫星,因为部队需要通讯。通讯卫星没上天以前,通讯就靠铁路边上的一排电线杆子。到了80年代初,就开始搞气象卫星。

80年代中期,有科学家开始反复探讨卫星导航问题,我印象最深的,是以陈芳允为代表提出的双星定位理论。结合我们国家的特点,经济实力的情况,以及在国际上的地位,科学家们在一块反复研究这个问题。得出的第一个意见是,我们国家在那个年代暂时还没有建设全球性卫星导航定位系统的需求。其次,要结合国家的经济实力,得有个长远的规划。根据当时中国的经济实力,如果要搞一个全球性的卫星系统,经济上难以承受。第三,那个时候的技术水平也难以保障,如果搞全球的导航定位,技术上需要克服很多困难。

但是,我们也认为,当时国家虽然没有全球性的需要,但从长远考虑,今后建立全球性的导航定位系统,对于本国经济发展一定是需要的。

中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊:北斗系统现在开始推广民用,在应用方面,北斗系统面临什么挑战?

孙家栋:我们要给使用者树立信心,比如航天段的保证,不能说今天发六颗星,明天就坏三颗,那么谁还买你这个终端机?另外,地面管理等等也都是一套很复杂的系统,要对用户负责,出现问题要给予及时有效的反馈与服务。此外,不能对军用和民用区别看待。在和平时期,民用其实更重要。

总之,一定要让用户觉得方便可靠。GPS在市场上有如此大的份额,你不可能把他都挤出去。我的想法是,我们要加强和美国GPS的联系,尽量做到互操作,同时不影响我们系统的独立自主。也就是说,让我们的用户机既可以接受GPS的信号,又能接受北斗的信号,两个信号可以同时综合使用,提高精度。如果GPS搞“小动作”,可以把它关闭掉,我们自己的北斗可以独立工作。这种芯片要靠我们自己开发,别人是不可能给你开发的。所以,这里头需要有很多技术力量,要靠我们自己。不过,我想,要开发个芯片也不是什么难事。

我们使用的所有终端设备,要特别强调国产化。假如到了2020年,北斗的产值是四五千个亿,而其中有三千个亿是买外国的零部件回来装的,中国的附加值就一千个亿——咱们千万别干这个事。在这个问题上,国家要下决心。

关于北斗系统的应用,我感觉当前形势还是很好的,各级领导都开始认识到民用领域的重要性。我感觉再有个两三年时间,北斗系统基本组成一个区域网,到那个时候,北斗的应用会达到一个高潮。

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