[科学技术]中国北斗总设计师揭秘：研制经历 幕后故事

央视新闻(面对面):重围，中国卫星导航系统进入全球联网新时代。

杨长风:北斗无处不在，只要你敢想，就能应用。

承担责任，北斗人克服困难，挑战重重困难。

杨长风:他们说我们拿到信号了，我们赢了，我们的频率资源合法地位已经获得了。

在《面对面》中，北斗卫星导航系统总设计师杨长风讲述了北斗背后的故事。

11月5日19时45分，中国利用长征三号乙在西昌卫星发射中心成功发射了两颗北斗三号全球组网卫星。这是北斗三号卫星的首次发射，标志着中国北斗卫星导航系统进入了全球网络化的新时代。

记者:推出应该比较顺利。

杨长风:这次发射的准确率很高。我们来举一个这种准确性的例子。射击目标的时候十环是最高的，但是现在听说现实中十环是需要加东西的。我们的分数是十加，准确率这么高。

中国是世界上继美国和俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。卫星导航系统是空重要的信息基础设施。中国在上世纪后期开始探索，逐渐形成了北斗一、北斗二、北斗三三步走的发展战略，从服务中国到亚太再到世界。然而，在建立这一制度的过程中，存在许多困难。

记者:当时国家交给你的主要任务是什么？

杨长风:有两个目标，一是建成世界一流的卫星导航系统，二是到2020年实现产值4000亿。

2005年，在建北斗二号系统的“原子钟”突然遇到问题。原子钟就像一块“手表”，为卫星导航用户提供准确的时间信息服务。事实上，高精度时间基准技术是卫星导航系统的核心技术，它直接决定着系统的导航定位精度，对整个项目的成败起着决定性的作用，其重要性就像人心一样。

杨长风:我们研发之初，技术能力有限。我们还是想介绍的，但是后来真的开始介绍的时候，人家就不给你了。

记者:原因是什么？

杨长风:因为这个高精度的东西，他们控制了我们的技术。

记者:原子钟的重要性是什么？如果没有，会发生什么？

杨长风:不，这个系统基本上是空的一座城堡，它的时间已经不多了，可以说这个原子钟是整个系统的核心。

国外技术封锁成为当时制约北斗卫星导航系统建设的最大瓶颈。正是这一点，坚定了杨长风自力更生的信念。

杨长风:经过这次事件，我们国家和北斗战线的所有人都达成了共识，核心关键技术必须自己突破，不能被别人控制。当时有这么一句话，我们北斗人说了这么一句话，六七十年代有原子弹，我们北斗人一定有自己的原子钟。

记者:当时有没有类似军令这样的压力给你？

杨长风:其实是军令。

当时杨长风给自己定了一个目标，研发了一种误差只有10 -12次方的原子钟。一般来说，这个原子钟每10万年只有一秒钟的误差。但是摆脱被别人控制的被动局面有多容易呢？为此，他们成立了三个团队，同时进行研发，同时在基础理论、材料、工程等领域取得进展。

记者:坦率地说，在当时的研发阶段，有没有人担心这样的任务不能在规定的时间内完成？

杨长风:我真的不怕不像你说的那样被造出来。这方面我还是有信心的。

记者:我一向乐观自信。

杨长风:我一直很乐观，成为一种自信。我觉得我肯定能表现出来。

就这样，杨长风只用了两年时间就攻克了原子钟最大的技术壁垒。而且北斗三号上使用的原子钟，每300万年才升级到1秒的精度，完全满足了中国的定位精度要求和卫星的使用寿命。

杨长风:这三支队伍是能够互相赶上的。令人欣慰的是，最后三支队伍已经把天堂里的东西都应用了，应用效果比从国外引进的要好。事实上，我们的研究团队长期不懈努力，我们的水平确实有了飞跃。现在已经到了10的负13次方，10的负14次方，10的负15次方。

记者:准确率越来越高。

杨长风:越来越高了。这个能力是逼出来的。最后，你也没办法。因为这个原因，我们的科技人员靠它，这叫骨气或者说辛苦，最后拿下来。

2007年是中国北斗卫星导航系统建设的关键一年。突破了原子钟的屏障之后，新的问题又来了。将导航卫星发射上天的前提是要有合法的轨道位置和频率资源，这是世界各国必须争夺的宝贵资源。2000年，中国在ITU中获得了轨道位置和频率资源，但这不是永久性的。只有当卫星在7年的有效期内成功接收时，它才能被视为真正拥有这片“泰空土地”。这个轨道位置和通道资源被杨长风和他的北斗团队最后一站抢到了。

杨长风:我提到这个的时候，情绪很激动。在ITU，申请这个频率的时候，ITU有这样的规定。你申请了频率之后，不使用的话，你的使用权就被拿走了。我记得是2000年4月18日。为什么我要提到这个日期，七年后？

记者:那是2000年4月18日。

杨长风:到2007年4月18日，如果你不在这个频段和这个位置，当卫星发射信号时，如果你没有这样的信号，你将自动退出这个空陆地位置。

按照原北斗卫星导航系统建设规划，我国于2007年底发射了第一颗北斗导航卫星。但是按照这个时间，我们申请的轨道位置和频率就到期了。为了保持轨道位置和频率，北斗团队夜以继日地工作，最终在2007年4月初进入最后发射阶段。但是新的问题出现了。

杨长风:2007年4月，我们抢到了这个时间，陪同扛上发射塔。登上发射塔后，我们做了第三次。在一般检查的时候，突然我们的卫星转发器出现了异常。这是什么转发器？相当于一部与天地互联的手机。只有有了这个转发器，我们才能知道天空和地下的信号是可以连接的。当时就发现了这个问题。当时我们做决定的时候，其实是因为不稳定才涨的，时好时坏。但是，为了保证我们得到这个频率资源，有这个信号，我们决定把转发器拿出来修理。

因为这颗卫星有占用频率资源的“使命”，杨长风只剩下三天时间来修复它。为了万无一失，他们在仔细研究后决定“挖出”这颗卫星。他们爬上高塔，打开火箭，打开卫星，取出故障的转发器设备，从西昌赶到成都，从头开始，重新测试。

杨长风:那时候要用车运，颠簸了四五个小时，都抱在怀里，然后之后。

记者:为什么抱在怀里？

杨长风:只是一个盒子。握住它，防止汽车摇晃。

记者:就像抱着自己的孩子一样。

杨长风:孩子也一样，所以被保护。

记者:我特别想知道的是，那三天你是怎么度过的？因为这是最关键的一环。

杨长风:说实话那三天心情紧张，沉重，压力大，基本上72个小时没合眼。

2007年4月14日4时11分，肩负重要使命的北斗卫星起飞，于4月17日20时发回信号。此时。距离国际电联的“七年期限”还剩不到四个小时。

记者:你刚才说的，其实我觉得风险挺大的。如果这个问题不在三天内解决，这意味着我们可能失去了这个空.

杨长风:对，所以我说要抓住这个频率，叫最后一站。当时我记得我们第一组卫星信号发出的时候，我们在一个操场上摆了一张桌子和十几个接收器。与此同时，当我们收到这样的信号时，整个操场欢呼雀跃。

记者:那时候你在吗？

杨长风:当时我就在现场。我高兴得流下了眼泪。不知不觉，泪水盈眶。这是压力的释放。

记者:当时你最想和别人聊什么？

杨长风:这个时候我真的没想别的。我所想的是，我们终于得到了这样的信号。我给了领导一份报告。我说我们这次拿到信号了，我们赢了，我们的频率资源的合法地位获得了，我们整个北斗系统的可持续发展之路已经打开了。

2011年7月27日，站在发射塔上的第九颗北斗导航卫星就在眼前，却被乌云和雷暴覆盖。通常，大多数航天发射任务会在闪电天气推迟。但是，北斗卫星导航系统不行！必须在“零窗口”启动。

记者:零窗口是什么概念？

杨长风:零窗口就是必须在指定的窗口和这个时间内启动，也就是只有这个时间，你才必须有这个能力。

记者:是不是提前了，错了？

杨长风:如果提前说错了，当然一个窗口前后20分钟都可以说错，但是20分钟之后，我们整车和我们卫星姿态控制的调整就要浪费很多燃料了。当时预测的时候白天有雨，晚上发射的时候没雨，晚上发射前刚好下雨。事实上，闪电雨比白天大。

当时，天气预报是唯一的决策依据。大家都在等待和期待。40分钟的发射窗口一点一点过去了，还是没有改善的迹象。就在发射窗口关闭前五分钟，可能会有短暂的闪电预报间隔。机会稍纵即逝，北斗团队果断决策，火箭带着卫星破云而出。

记者:董事会是谁做的决定？

杨长风:那是我们的最高指挥官。做出这个决定之后，我觉得这个时候推出是有可能的。有一个空通道，在此期间没有闪电。发射后，真是太巧了。发射后可能只需要几十秒钟，又有一次雷击。

记者:会影响上线吗？

杨长风:已经发射了，只要发射，因为发射只需要一百多秒。当时我们真的很幸运。如果当时没有发射，整个发射场的后果将不堪设想。虽然是科学的决策，但其中也有一种运气。看，地面是黑暗的。

记者:怎么黑了？停电了吗？

杨长风:雷击过后，把那个电器。

记者:指挥大厅？

杨长风:不是指挥大厅，发射现场一片漆黑，所以这些都是一种风险，一种责任。

正是这份责任和担当，让北斗人一步步实现了跨越式发展。甚至创造了很多只有北斗卫星才有的新技术。由于中国不可能像美国的gps那样在全球范围内建立地面站，北斗三号采用星间和地-星传输功能一体化设计，实现卫星之间以及卫星与地面站之间的链路互通。

杨长风:这个星间链路相当于什么？相当于星间链路。有必要形成互联。

记者:就像造桥一样。

杨长风:是的。

记者:完成后会给整个导航系统带来怎样的颠覆性变化？

杨长风:主要原因是它的精度可以提高到这个星间链路的两倍左右。

在北斗人眼里，北斗卫星导航系统的建设最终是为了应用，必须服务千家万户，造福子孙后代。事实上，北斗系统已经成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通、森林防火、减灾救灾、公共安全等多个领域。

杨长风:比如我们的交通，在交通部使用我们的北斗系统之后，有一个国家交通监管系统，实时监控我们的危险品运输车辆，我们的旅游大巴或者长途大巴。目前监测规模已达480多万辆。去年，他们做了一个统计，与原来的时期相比，事故率下降了50%，伤亡率也下降了50%。比如水利，我们测量坝位漂移。不采用这种方法时，精度不高。现在用北斗卫星导航后，只要你有毫米误差，都是可以测量的。测量后，如果大坝漂移较大，可以给出预警，告诉这个地方预警范围是什么程度，就会提醒人们。就农业而言，就像我刚才说的，精准农业其实用的是我们的北斗。在整个精耕细作中，基本相当于无人驾驶，包括土地应该耕种多深，都可以为你精确测量。然后，你的行距应该有多大，可以为你精确测量，什么时候需要多少水灌溉，可以为你精确控制。

据国内权威部门统计，2016年北斗系统产值达到2000亿，不包括社会效益和间接效益。从北斗三号的首次发射任务开始，中国将迎来北斗三号卫星的高密度发射。到2018年底，将发射18颗北斗卫星，到2020年，将完成30多颗北斗三号卫星的全球联网。

记者:作为总设计师，你个人对北斗导航有没有更高的目标，这样的系统方案？

杨长风:未来实现我国全面的导航定位设施和服务体系，是我们未来努力的目标。我估计这个目标会在2030年实现。这可能是北斗四代的发展目标，造福人类，服务全球。这是我最大的目标。