今年5月，第五十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射，這是我國(guó)北斗三號(hào)工程的首顆備份衛(wèi)星，也是北斗三號(hào)工程高密度組網(wǎng)之后，時(shí)隔3年的首發(fā)任務(wù)。

作為我國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)是為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施。

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從2000年年底北斗一號(hào)系統(tǒng)的建成，再到2020年7月31日北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開通，對(duì)于有著十四年“北斗”生涯的北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師林寶軍來說，他和團(tuán)隊(duì)先后研制并發(fā)射了12顆衛(wèi)星。特別是2015年3月，林寶軍和團(tuán)隊(duì)一起研制的我國(guó)新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星首發(fā)星，拉開了我國(guó)北斗全球系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)的序幕。

“北斗應(yīng)該是和我們老百姓日常生活關(guān)系最密切的一個(gè)衛(wèi)星星座了，因?yàn)樯钪?5%的信息基本都與時(shí)空有關(guān)，而時(shí)空就是導(dǎo)航要干的事。”中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)林寶軍近日接受第一財(cái)經(jīng)獨(dú)家專訪時(shí)告訴記者，他透露，對(duì)于已經(jīng)應(yīng)用于200個(gè)國(guó)家的北斗系統(tǒng)來說，接下就是要做更加泛在、更加融合、更加智能的國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系，“解決天上深空的問題、室內(nèi)的問題、水下的問題”。

圖為林寶軍，第一財(cái)經(jīng)記者任玉明／攝

北斗三號(hào)七成以上都是新技術(shù)

“天上的星星參北斗”。不管是交通運(yùn)輸、氣象測(cè)報(bào)，還是救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等，北斗系統(tǒng)提供服務(wù)以來，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。特別是隨著北斗三號(hào)的全球組網(wǎng)，“北斗+”高精度行業(yè)應(yīng)用和“+北斗”的高精度大眾化應(yīng)用迎來新大機(jī)遇。

而在我國(guó)已經(jīng)發(fā)射的三十多顆北斗三號(hào)衛(wèi)星中，有12顆都是由林寶軍所在的中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院（下稱“衛(wèi)星創(chuàng)新院”）研制的。特別是2015年3月成功發(fā)射的新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星首發(fā)星，就已突破了框架面板式結(jié)構(gòu)、相控陣星間鏈路、時(shí)頻無縫切換、新型信號(hào)體制等50余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，解決了北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)的瓶頸和系統(tǒng)運(yùn)行連續(xù)性等難題，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵器部件百分之百國(guó)產(chǎn)化。

“國(guó)際上有個(gè)慣例，在航天領(lǐng)域有個(gè)說法，為了系統(tǒng)可控，新技術(shù)不能超過30%，但對(duì)于北斗三號(hào)來說，新技術(shù)超過了70%也很好。”林寶軍對(duì)記者解釋，新技術(shù)不等于不可靠，只要是采用靠譜的、符合客觀規(guī)律的技術(shù)，加上成熟的工藝和充分的實(shí)驗(yàn)，就能獲得成功。“現(xiàn)在天上運(yùn)行結(jié)果表明創(chuàng)新沒有產(chǎn)生問題，而且解決了長(zhǎng)期困擾我們的跟著別人用傳統(tǒng)的技術(shù)很難跨越的技術(shù)瓶頸難題。”

這其中最重要的，源于三項(xiàng)突破：全球首臺(tái)雙頻氫原子鐘、Ka相控陣星間鏈路技術(shù)、導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái)。特別是他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)全球首創(chuàng)的“Ka相控陣星間鏈路”技術(shù)，針對(duì)天上衛(wèi)星如何對(duì)話的問題，實(shí)現(xiàn)了“一星通、星星通”，解決了制約北斗全球組網(wǎng)的瓶頸。

“星星之間的對(duì)話主要靠Ka技術(shù)，用Ka相控陣其實(shí)就相當(dāng)于用30多條線把星星串起來，給它們建一個(gè)微信群，相互之間就能通信了。另外Ka技術(shù)還能相互測(cè)距，比如先測(cè)出我跟你的距離，你跟他的距離，這樣就能算出我跟他的距離。這項(xiàng)技術(shù)能讓星星們?cè)?萬公里的距離，測(cè)距精度最高可以到一個(gè)厘米。”林寶軍解釋。

同時(shí)，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的“心臟”——氫原子鐘，也是衛(wèi)星創(chuàng)新院聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研制的，1千萬年才誤差1秒。

他解釋，衛(wèi)星導(dǎo)航之所以成立，就是因?yàn)槲覀兛梢园褧r(shí)間測(cè)得準(zhǔn)了，“誰的鐘做得好，誰就能把導(dǎo)航系統(tǒng)做得更好，它決定了導(dǎo)航能力的上限”。北斗三號(hào)采用的是鐘的無縫切換技術(shù)——讓氫鐘和銣鐘同時(shí)工作，也就是說如果氫鐘壞了，可以無縫切換到銣鐘，這個(gè)切換可以做到20皮秒，用戶連感覺都沒有，“也讓我們的衛(wèi)星的時(shí)頻精度高出國(guó)外近一個(gè)量級(jí)”。

如今，北斗系統(tǒng)正與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的融合發(fā)展，構(gòu)建以北斗時(shí)空信息為主要內(nèi)容的新興產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。截至目前，北斗系統(tǒng)已服務(wù)全球200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)用戶，國(guó)內(nèi)多個(gè)導(dǎo)航地圖供應(yīng)商正式切換為北斗優(yōu)先定位，日均使用量已超過3600億次。

中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)今年發(fā)布的《2023中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2022年，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達(dá)到5007億元人民幣，同比增長(zhǎng)6.76%。其中，包括與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用直接相關(guān)的芯片、器件、算法、軟件、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、終端設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值同比增長(zhǎng)5.05％，達(dá)到1527億元，在總體產(chǎn)值中占比為30.5％。

而根據(jù)我國(guó)導(dǎo)航戰(zhàn)略需求，2035年前將建成更加泛在、更加融合、更加智能的國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系。

林寶軍表示，接下來北斗要做下一代綜合時(shí)空體系，解決天上深空的問題、室內(nèi)的問題、水下的問題。“現(xiàn)在北斗衛(wèi)星的覆蓋，以及其他幾大導(dǎo)航系統(tǒng)，覆蓋的是地面以上到幾千公里的一個(gè)空間。而從深空到室內(nèi)再到地下做到無縫銜接還是很難的。特別是水下這塊，難度最大。因?yàn)樘焐闲l(wèi)星的信號(hào)，還是靠微波信號(hào)傳到地面到終端，而這些信號(hào)在水里是通不過的，這時(shí)候要用其他的一些方法。”

2020年6月23日，我國(guó)北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空。新華社記者 江宏景／攝

林寶軍表示，接下來北斗要做下一代綜合時(shí)空體系，解決天上深空的問題，室內(nèi)的問題，水下的問題。“現(xiàn)在北斗衛(wèi)星的覆蓋，以及其他幾大導(dǎo)航系統(tǒng)，覆蓋的是地面以上到幾千公里的一個(gè)空間。而從深空到室內(nèi)再到地下做到無縫銜接還是很難的。特別是水下這塊，難度最大。因?yàn)樘焐闲l(wèi)星的信號(hào)，還是靠微波信號(hào)傳到地面到終端，而這些信號(hào)在水里是通不過的，這時(shí)候要用其他的一些方法。”

年輕人掉進(jìn)“坑”是客觀規(guī)律

在衛(wèi)星創(chuàng)新院行走， 你可以明顯感覺到團(tuán)隊(duì)的“年輕化”。例如2015年的首發(fā)星，彼時(shí)團(tuán)隊(duì)平均年齡只有28歲。有的人從入職到成為副主任設(shè)計(jì)師，只用了4年。

在這些二、三十多歲的年輕人看來，“半路出家”做北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的林寶軍就是一個(gè)行走的百科全書。

“林老師本科專業(yè)是內(nèi)燃機(jī)，碩士是計(jì)算機(jī)，博士又讀的是軟件控制，博士后是高能天體物理專業(yè)，所以基本上他就是一個(gè)行走的百科全書。像我們雖然都是做北斗三號(hào)的，但是也有各自的研究重點(diǎn)，比如我自己是做結(jié)構(gòu)的，如果換別的領(lǐng)域，就不太懂了，但林老師就不會(huì)有這種問題，基本你問啥他都知道，而且突發(fā)奇想的點(diǎn)子特別多。”加入衛(wèi)星創(chuàng)新院不久的“90后”北斗三號(hào)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)主管設(shè)計(jì)師解放對(duì)記者說，平時(shí)他們?cè)陂_會(huì)的時(shí)候，林寶軍聊著聊著就提出一個(gè)全新的想法，然后實(shí)驗(yàn)做下來發(fā)現(xiàn)確實(shí)可行。

林寶軍告訴記者，雖然以前自己是做神舟飛船應(yīng)用系統(tǒng)的，但北斗的研究領(lǐng)域其實(shí)也和以前的工作有不少關(guān)聯(lián)，加上他個(gè)人對(duì)空間領(lǐng)域的工作非常感興趣。“2009的時(shí)候已經(jīng)做了15年神舟應(yīng)用系統(tǒng)，但北斗系統(tǒng)那會(huì)正要從區(qū)域走向全球，需要新的力量加入，我就從北京調(diào)到了上海，這一晃就是14年。”

現(xiàn)在，林寶軍每天7點(diǎn)都會(huì)騎著共享單車來到班車點(diǎn)，乘坐前往臨港新片區(qū)班車去單位，在他看來，科研的路上難免會(huì)遇到困難和“坑”，掉入“坑”也是一種客觀規(guī)律，關(guān)鍵是掉進(jìn)入去后要趕緊爬起來接著往前走。

“年輕人除了要踏踏實(shí)實(shí)、別急功近利，也不能總是求 ‘穩(wěn)’。比如路上有 ‘坑’那是客觀規(guī)律，不管你走得快還是走得慢，終究還是會(huì)掉進(jìn)去，不如掉進(jìn)去后趕緊爬起來，接著往前走。你的目的是到達(dá)終點(diǎn)，而不是在路上有沒有坑，怎么掉進(jìn)去。某種意義上來說你不經(jīng)過這個(gè) ‘坑’的教訓(xùn)，不經(jīng)過挫折，是越不過去的。”

在他看來，做科研只要大方向、大邏輯是對(duì)的，目的是到達(dá)彼岸，就不用去刻意追求哪條路徑最優(yōu)。只要想清楚這一點(diǎn)了，很多事情做起來就沒那么困難了。

“現(xiàn)在我們做一個(gè)新的衛(wèi)星，按道理來說幾乎復(fù)制就可以了，但現(xiàn)在有些技術(shù)進(jìn)步了，并不是說你有經(jīng)驗(yàn)就不會(huì)遇到問題。在這個(gè)過程中出現(xiàn)再多的新問題，遇到一個(gè)問題就解決一個(gè)，遇坑填坑，這些坑填滿了、問題解決了，自然就成功了。”

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