[科普中国]-我们在万里之外建设星星灯塔，为全球人类指引路程 | 北斗人卢鋆

北斗跟我们日常生活有什么联系？就像水、电、气一样——我们感觉不到它的存在，但已经实实在在地享有它的服务。

我觉得我这一辈子和星星有冥冥中的缘分。

2020年8月22日，“我是科学家”第24期演讲现场，北京跟踪与通信技术研究所高级工程师、北斗地面试验验证系统副总设计师卢鋆带来演讲：《作为北斗人，我们想让万里之外的星星灯塔，为全球人类照亮航程》。

卢鋆演讲视频： 以下为卢鋆演讲实录： 大家好，我是卢鋆，来自北京跟踪与通信技术研究所。我是一个北斗人，从事的主要工作包括北斗系统的总体设计、试验验证、以及国际合作等等。 上世纪80年代，我所的老所长、“两弹一星”功勋科学家陈芳允院士提出了“双星定位通信”的设想，北斗的梦想从这里起航。 几十年的发展历练成就和孕育了北斗技术总体团队——我就是北斗技术总体团队的一员。北斗技术总体团队与工程各大系统一起，包括卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、地面测控系统、运控系统、星间链路运行管理系统以及应用验证系统，几代北斗人接续奋斗、共同努力拼搏，造就了北斗的今天。 今年6月23日，是北斗系统的一个大日子。 这一天，我国在西昌卫星发射中心成功将北斗第55颗导航卫星 （也是北斗三号的最后一颗组网卫星） 发射升空， 标志着北斗全球系统完成部署，北斗圆梦全球 。 7月31日，习近平总书记在人民大会堂郑重宣布，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。 目前，北斗已经在国民经济、社会发展和大众消费各个领域得到了非常广泛的应用。 你可能会问，它跟我们日常生活有什么联系？ 北斗就像水、电、气一样——我们感觉不到它的存在，但 已经实实在在地享有它的服务 。比如，现在大陆入网的智能手机，70%以上都装有北斗的芯片。 今年也是脱贫攻坚决战决胜之年，以农业应用举例：播种、插秧、灌溉、施肥和收割等工作，有了北斗厘米级精度的加持，就可以很高效地种植，确保颗粒归仓。 这幅我和拖拉机的合影，是去年去突尼斯参加中阿北斗合作论坛后拍摄的。 发到朋友圈后，我的很多朋友和同事都调侃我：你去了北非的明珠突尼斯，怎么发了一张和拖拉机的合影？ 其实，这张照片非常有意义，因为这台拖拉机是突尼斯第一台装有我们北斗接收机的农机设备。 中国的北斗正在逐渐成为世界的北斗。 今年洪涝灾害频发，在抗洪涝灾害方面，北斗也发挥了非常重要的作用。 前段时间，湖南常德石门县发生了泥石流灾害，正是得益于山区堤坝上装了北斗的高精度设备，我们才能在堤坝发生形变的时候提前告警，提前疏散了当地群众，避免造成人员伤亡和不可挽回的损失。 北斗的分米级精度，在今年的新冠肺炎疫情中提供了非常重要的科技抗疫硬核力量。 疫情发生后，北斗工程师第一时间带着高精度的测绘设备驰援雷神山和火神山医院建设，大部分放线测量都能一次完成，争取了很多宝贵的时间。所以，雷神山和火神山医院能够在十多天里就完成建设。 北斗还有一项独门秘笈，可以用导航卫星发短信——也即 短报文通信服务 。这是美国GPS、俄罗斯格洛纳斯系统和欧盟伽利略系统所不具备的。 它有什么作用呢？ 当地震、洪水发生，如果移动基站损毁、移动通信中断，就可以用北斗的短报文通信与外界联系。 比如，2008年汶川地震发生时，震中移动通信基站全部损毁，通信全部中断。我印象特别清楚，当时我跟四川同学打电话，手机打不通。在这种情况下，我们第一时间派出了携带有北斗短报文通信终端的小分队进入震中，并在第一时间传回了震中的消息，打通了救援中心和震中的生命救援通道和信息通道，为后续的黄金救援赢得了时间和先机。 同时，在很多无人区，像极地、荒漠这些移动通信信号覆盖不到的地方，我们也可以用北斗的短报文功能。结合北斗定位服务，还可以实现位置报告，在生命救援里面非常有效。 渔民出海时，茫茫大海上没有移动通信信号，怎么办？大家或许说，可以用海事卫星，但是，海事卫星很昂贵。 那这种情况下用什么？ 用北斗。通过北斗终端，渔民不仅可以和岸上家人建立联系报平安，还可以在渔业管理部门的帮助下，获得气象预报和鱼群作业区的信息，遇险时还可以向渔业管理部门求救。 正因如此，现在渔民有一句话： “出海一拜妈祖，二拜北斗 ”。可以说，北斗是渔民的保护神。 谈到渔船，我想起1993年“银河号”事件。 当时，美国以我们的“银河号”货轮向伊朗运输化学武器原料为由，要求上船登船检查——这种无理的要求我们不会同意。于是，美国干扰了“银河号”货轮所在区域的GPS信号。 那个时候我们没有自己的导航系统，找不到航进的方向，只能滞留印度洋海域。同样因为没有导航，救援船只找不到“银河号”所在位置，无法为其补给燃料、食品、药品和淡水。“银河号”被困22天后，我们不得不接受美方的无理要求。 美方上船之后，翻了个底朝天，也没有找到所谓的化学武器的原料，但他们态度很强硬，拒不道歉。然而，我们再窝囊、再憋屈，也别无他法，因为我们没有自己的定位导航系统。这也证明，像这种时间和空间的重大基础设施，我们不能假手于人，必须要建设自主系统，实现大国重器、自主可控。就像我们常说：“ 登山的保险绳不能掌握在外人手中。 ” 从1994年北斗一号立项，到2020年北斗覆盖全球，我们走过了26年。这26年里，我们40箭55星100%成功发射。特别是2017年11月到2020年6月，两年半时间中，18箭30星成功发射，创造了世界卫星导航乃至世界航天史上的奇迹，中国的速度令世界瞩目。 当然，这个过程也不是一帆风顺、一蹴而就的。我们说：“道路是曲折的，结果是美好的。” 2007年4月14日，北斗首星发射，过程一波三折。 第一折，是在星箭组合体吊装完成之后，卫星喷管被碰了一下。当时已经78岁高龄的北斗大总师孙家栋亲自钻到架子底下查看情况，看完后凭借几十年的工程经验，说“没有问题，可以进行后面的流程”——大家才松了一口气。 但又出现了第二折。发射前三天，星上应答机的数据发生了异常，这会导致卫星上天之后收不到地面指令，也回传不了导航信号。而北斗首星有一个非常重要的使命：4月14日发射，4月17日回传信号，这也是我们向国际电联申请的北斗频率轨位资料失效的最后一天。我们必须在这天发射才能够抢占频率，所以容不得任何拖延，工程两总说必须尽快解决问题。通过大家的集中攻关，最后应答机的问题得到了解决，这时已经进入到了射前30分钟准备。 令人意想不到的是，发射前两分钟又出了问题。我们发现，火箭供气的一个连接器没有正常脱落。当时，卫星发射已经进入了不可逆转的程序，如果连接器不能脱落，发射升空时就会拖拽塔架，给发射场和卫星火箭造成巨大的灾难。西昌卫星发射中心指挥员非常冷静沉着，连续下了几道指令，操作人员也非常冷静有序地执行指令，最后连接器在射前正常脱落。 虽然处理过程一波三折，但幸好结果非常美满。 今年6月23日发射这颗收官之星，其实也有一些波折。 这颗星原本计划6月16日发射，但6月15日20点时，出现了一个问题：一个阀门的压力数据异常。虽然跟正常数据只有一点几的差异，但它是影响发动机正常工作、关系发射任务成败的一个非常关键的地方，所以大家决定，赶快看看出现了什么问题。 经过查看，大家惊出一身冷汗——阀门出现了裂纹。在这种情况下，整个指挥部果断决策，推迟发射以确保成功。这就是我们航天经常说的“不带隐患加注，不带疑点上天”。 我们将问题归零，更换产品，同时还经历了史无前例、最大规模的推进剂泄出和重新加注。期间，我们在朋友圈和新闻留言区看到了很多祝福祝愿的话语，内心满满的感动。 所以说，好事多磨。正是基于这种严慎细实的扎实工作，才换来6月23日这颗星最终的成功发射。 北斗二号到北斗三号实现了从区域到全球，其实并不是简单的服务区扩展，而是 导航服务的全面升级 。北斗是现在世界上功能最多的卫星导航系统，不但有定位导航的授时服务，还有很多多样化的服务。 首先，宇航能力经略全球。比如说，我们有运载火箭的发射能力，还有很重要的“陆海空天一体化”整个一张测控大网——路上有测控站，海上有远望船，天上还有中继星。 其次，导航服务扩展全球。我们基于国内建站，却能对全球卫星星座运行管理，正是基于运控和星间的运管系统完成的。 再次，建设视野面向全球。中国的北斗，世界的北斗。北斗要面向全球，要和国际上美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统等等开展兼容共用的协调，我们要按照国际规则和标准来建设我们的系统。同时，我们还要开展广泛的合作，使得中国的北斗能成为输出全球的公共服务产品，从而惠及全球用户。 我经常说北斗的发展“不走寻常路”。在这里面，我们有很多自主创新和突破。 比如，北斗的混合星座。像美国GPS、俄罗斯格洛纳斯和欧洲的伽利略，它们都是中圆轨道的单一星座，只有北斗基于我国国情的发展和经济发展的实际确立了“三步走”战略，最后形成了“吉星”“爱星”“萌星”的混合星座。 “吉星”（GEO）即地球静止轨道卫星，它在我们星下点是不动的。 “爱星”（IGSO）是倾斜地球同步轨道卫星，大部分时间俯瞰亚太大部分地区。 “萌星”（MEO）是地球中圆轨道卫星，类似于其他系统的卫星，在全球运转。 这种混合星座有什么好处？ 首先，高轨卫星抗遮挡。在高楼林立的城市和峡谷地区，我们都可以观测到北斗卫星。 第二，高轨卫星能力很强，可以实现一星多能，有助于整个卫星导航系统实现多样化服务。 再次，高轨卫星更多覆盖我国及周边地区，我国用户可以获得比国际上其它国家的用户更多更优的服务。 再来看导航卫星的心脏——星载原子钟。星载原子钟输出的是稳定、有力、均匀、高精度的时间频率信号，信号对于高精度的精密测量很有帮助。 2004年北斗二号立项之初，我们没有自己的高精度、高性能的原子钟，要靠进口。俄罗斯、日本、美国都禁运，只有欧洲的一家公司愿意卖给我们，但性能、指标包括进度都有很大的不确定性，价格也是一涨再涨。 在这么一个情况下，我们想，既然要建自主的系统，星上的核心器部件我们一定要自主可控。所以我们集合了国内的很多优势单位集中攻关，安排了好几家团队来做这个事情。 后来，2007年北斗二号首星搭载了我们自己的高性能原子钟，事实证明，能力很强。这家欧洲公司后来又找到我们，说价格、进度、产品指标，这些一切都好谈，但我们已经有自己的产品了。 2007年我入所之后，也有幸参加了一段时间星载原子钟更深层次的攻关工作。目前来说，我们铷钟和氢钟可以达到300万年差一秒和600万年差一秒的精度，具备世界一流水准。 这件事情也告诉我们，关键技术是买不来、讨不来、要不来的。目前，北斗卫星的星上核心器部件已经实现了 100%的国产化 。 再来看 星间链路 ，它是北斗三号制胜的法宝。为什么这么说？美国GPS和欧洲伽利略，它们是通过全球布站的方式对全球星座进行管控。但北斗是区域布站、国内布站，实现全球管控要靠星间链路——卫星和卫星手拉手、相互观测、相互喊话通信，实现全球的互联互通。 有一句话叫什么？原本没有路，走的星多了，就有了路。地上没有路，我们在天上建路、太空建路，天堑变通途。 经过测试，虽然我们没有全球布站，但有了星间链路后，信号精度跟美国GPS最新一代卫星的能力相当，这是一件非常了不起的事情。 我有一个身份是北斗地面试验验证系统副总设计师。这个系统有一个非常关键的创新，即 远程诊断 。 比如，我们在北京和上海都有卫星厂房，卫星在出厂之前要跟地面试验验证系统进行远程对接，近到几十公里，远到上千公里，都是通过这种远程方式看病、治病。确保健康之后，我们才能为卫星出厂放行。所以说，现在大家看到北斗的在轨卫星表现还不错，系统运行还比较稳定，应该说有北斗地面试验验证系统很大的功劳。 经过几十年的发展，我们在整个研制过程中，也沉淀和成就了新时代的北斗精神，就是这16个字： 自主创新，开放融合，万众一心，追求卓越。 正是几代北斗人不断爬坡过坎，全国人民聚力托举，才有了北斗的今天。 我觉得我这一辈子和星星有冥冥中的缘分。 我喜欢唱跟星星有关的歌。高中时候，我特别喜欢《星星点灯》，上学放学路上都哼唱，其中有句歌词“远方的星星，请为我点盏希望的灯火”，现在还有一首《夜空中最亮的星》，有一句“夜空中最亮的星星，请照亮我前行”。 除了喜欢唱星星的歌，我还给自己起了一个英文名，与中文名“卢鋆”相似，叫Lucida，意思是“最亮的星”，我经常会把“i”上面的点用一个星星来代替。准备这次演讲PPT时，我们同事还说，老看你在本上写这个英文名，今天终于知道了名字背后的故事。 加入北斗这个团队十几年，很苦很累，但回过头来看一切都值得。这是我日常工作的照片，是同事看到之后拍的。他们经常调侃说：“前有双枪老太婆，今有四机老太婆。” 什么叫“四机”呢？一部手机，一部电话机，一部台式机，一部笔记本，这是我们工作的常态。很多时候，我们要跟工程各大系统以及来自全国各地的专家一起研究、协调和解决问题，要进行很多方面的交流。 2012年，我很荣幸在联合国外空委的大会上做过一个报告。报告的名字叫BeiDou: Bring the World and China to Your Doorstep，意思是“北斗将中国和世界与你连在一起”。2012年做的报告，8年过去，今天梦想成真，中国的北斗已经成为世界的北斗、一流的北斗。 但是我想，几十年过去，我们还要追求更高、更远的目标。 北斗三号的建设并不是结束，而是一个新的起点 ，梦想不止于此。未来我们要建设以北斗为核心，综合其它像低轨卫星、水下导航、天文导航、惯性导航以及现在5G、大数据、人工智能这种新的信息技术，来构建一个更加泛在、更加融合、更加智能的北斗综合时空体系，为我国新时代“三步走”战略助力。 谢谢大家。 演讲嘉宾卢鋆：《作为北斗人，我们想让万里之外的星星灯塔，为全球人类照亮航程》 | 摄影：VPhoto 作者：卢鋆监制：吴欧策划：白瑞雪、麦芽杨编辑：麦芽杨、凝音排版：雷昱儿 在“我是科学家iScientist”后台回复“演讲”，或者点击菜单栏“演讲”，即可看到更多科学家演讲。 欢迎个人转发到朋友圈 本文版权属于“我是科学家”，未经授权不得转载。如需转载请联系iscientist@guokr.com 欢迎填写调查问卷，支持我们 ↓↓↓“科普中国”公众满意度调查问卷 ▲ 【扩展阅读】 北斗有什么用？这次抗洪就用上了！