為“北斗”上天鋪就科技路｜“率先行動”計(jì)劃

7月31日，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡稱北斗三號系統(tǒng)）正式開通。

多年來，中國科學(xué)院發(fā)揮多學(xué)科綜合優(yōu)勢，在衛(wèi)星制造、關(guān)鍵單機(jī)及部組件、核心芯片、時(shí)間與軌道測量、星地試驗(yàn)等方面，為北斗三號系統(tǒng)研制提供了強(qiáng)有力的科技支撐，詮釋了科技創(chuàng)新的核心價(jià)值。

近日，“中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重大專項(xiàng)”成果入選中科院“率先行動”計(jì)劃59項(xiàng)重大科技成果及標(biāo)志性進(jìn)展。

自主創(chuàng)新的“北斗星

“自主鑄就北斗星，創(chuàng)新擘畫玉汝成。開放彰顯乾宇志，融合時(shí)空謀共贏。萬眾抗疫同舟濟(jì)，一心相異退群聲。追求普惠華夏愿，卓越湛盧獻(xiàn)和平。”

前不久，中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長、北斗三號系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師林寶軍以新時(shí)代北斗精神——自主創(chuàng)新、開放融合、萬眾一心、追求卓越為題，作了一首藏頭詩。他把北斗比喻成“湛盧劍”，科研人員則是“鑄劍人”。

作為國家戰(zhàn)略科技力量，中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、上海天文臺、國家授時(shí)中心、國家空間科學(xué)中心等多家科研院所聯(lián)合攻關(guān)，成功研制和****12顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，為北斗系統(tǒng)提供從原材料、元器件、核心部組件到衛(wèi)星，從星上到地面的全鏈條解決方案。

林寶軍介紹，科研人員通過自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)高科技：突破全球系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星的核心關(guān)鍵技術(shù)，首創(chuàng)導(dǎo)航星座星間鏈路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“一星通、星星通”，衛(wèi)星觀測PDOP（位置精度強(qiáng)弱度）值提高10～30倍，在7萬公里的距離，100毫秒可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星捕獲和測距，衛(wèi)星雙向測距精度高達(dá)1厘米；全面推進(jìn)自主可控，采用了國產(chǎn)龍芯+FLASH的架構(gòu)，填補(bǔ)了國產(chǎn)航天處理器空白，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了微波等核心器件全部國產(chǎn)化，帶動材料、器件、部組件、單機(jī)到系統(tǒng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，使核心器部件自主可控……

“我們這支團(tuán)隊(duì)81個(gè)人，平均年齡31歲，干成了前人花20年才能干完的一件事情?！?/span>

林寶軍相信，未來一定能夠?qū)⒈倍纷龀筛鶪PS旗鼓相當(dāng)?shù)膶?dǎo)航系統(tǒng)。

最強(qiáng)“大腦”和“心臟”

在諸多自主創(chuàng)新技術(shù)中，最為基礎(chǔ)和核心的技術(shù)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)空基準(zhǔn)技術(shù)，也就是衛(wèi)星系統(tǒng)的“大腦”和“心臟”。

由中科院上海天文臺研發(fā)的信息處理系統(tǒng)部分基礎(chǔ)模塊就像北斗的“最強(qiáng)大腦”，能實(shí)時(shí)修正誤差、多備份，以保持高可靠度，確保北斗空間信號精度與GPS相當(dāng)。

星載原子鐘為衛(wèi)星系統(tǒng)提供高穩(wěn)定的時(shí)間頻率基準(zhǔn)信號，因其必須不間斷且穩(wěn)定，如同脈搏和心跳，被稱為導(dǎo)航衛(wèi)星的“心臟”。

中科院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研制的第三代星載銣原子鐘，如今已實(shí)現(xiàn)精度每天一百億分之三秒，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；中科院上海天文臺研制的星載氫原子鐘實(shí)現(xiàn)了約600萬年僅誤差1秒的精度，大幅度提升北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)精度。

“北斗為大家導(dǎo)航，而我們?yōu)楸倍贰畬?dǎo)航’”，科研人員中流傳著這樣一句話。

正是有了最強(qiáng)“大腦”和“心臟”，北斗三號系統(tǒng)的建成令世界對中國的衛(wèi)星研制技術(shù)刮目相看。

“長板”創(chuàng)新拓展未來需求

在林寶軍看來，中科院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)的前沿科技創(chuàng)新來源于理念上的變革。

“通常，大家都習(xí)慣于‘短板理論’，希望通過彌補(bǔ)技術(shù)短板來實(shí)現(xiàn)性能提升，‘短板理論’最經(jīng)濟(jì)?！彼嬖V《中國科學(xué)報(bào)》。

因此，一般衛(wèi)星上使用新技術(shù)的比例不到30%。

但是，在北斗三號系統(tǒng)的研制中，中科院科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地采取“長板理論”的策略，旨在最大限度拓展未來成長性需求。

林寶軍認(rèn)為，這給北斗三號系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了顛覆性改變。

中科院上海天文臺研制成功的第一臺雙頻氫原子鐘便是“長板理論”的最好詮釋，其精度比銣原子鐘高一個(gè)數(shù)量級。

“這臺氫原子鐘雖然沒有在軌運(yùn)行過，但我們認(rèn)為技術(shù)是可靠的，同時(shí)也裝備了銣原子鐘以確保萬無一失。”林寶軍介紹。

同時(shí)，科研人員也看到了先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)造的潛在應(yīng)用場景。

氫原子鐘可在20皮秒內(nèi)與銣原子鐘“無縫切換”，實(shí)現(xiàn)自主連續(xù)提供信號。

“這就意味著，如果開車時(shí)導(dǎo)航信號中斷，可以在用戶察覺不到的情況下切換到備份信號?！绷謱氒娬f。

基于“長板理論”，科研團(tuán)隊(duì)相信，新技術(shù)只要靠譜，不用十年，就能創(chuàng)造巨大的應(yīng)用空間。