斗极三号卫星总设想师林宝军：斗极导航手艺超越GPS，那是怎么做到的

不久前，中国科学院细小卫星立异研究院副院长、斗极三号卫星总设想师林宝军在复旦大学治理学院新年论坛上做了大旨演讲。在谈及斗极研发之路时，林宝军表达，斗极全球卫星导航系统的整体核心目标已经超越美国的GPS。他鼓舞中国科学家要成立自信，不要总觉得本身不成能超越他人。以下为演讲次要内容。

林宝军 （材料图片）

中国手艺能否超越欧美？现实上，有部门中国人认为，我们不成能超越欧美。

我有一次往调研，对方问我：咱们的斗极怎么样了？我说核心目标已经超越GPS。他很震动，说：美国的GPS那么强大，是美国航天的三个里程碑之一，你们才气了十几年，是不是一些目标在特定的情状下比他人好，就说成是超越他人了呢？我说：不是，我们导航系统的核心目标确实已经超越美国了。他说：你凭什么能比他人强呢？我指了一下脑子，说：凭那。

我们中国科学家要通过勤奋、通过立异成立自信，不要总觉得本身不成能超越他人。

我处置载人航天工做15年，后来成为斗极三号卫星总设想师也已经有十多年了。我今天就和各人分享一下我们在斗极系统研发过程中的立异履历和感悟。

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『斗极三号的独家手艺』

起首讲一下斗极三号全球卫星导航系统的手艺打破与立异。

做为一个导航系统，时频是一个造高点手艺。卫星导航之所以成立，是因为我们能够把时间测准。

一起头，我们摘用的是国外进口的铷钟，但铷钟并非更好的，氢钟比铷钟更好。通过勤奋，上海天文台的林传富等科学家造形成功了世界上第一台双频氢原子钟。我们又自主研发了无缝切换手艺——让氢钟和铷钟同时工做，假设氢钟坏了，能够无缝切换到铷钟。那个切换速度能够到达20×20的负12次方秒，用户连觉得都没有。由此，我们独立掌握了卫星导航系统的时频手艺，斗极卫星的精度比美国高了近一个量级。

第二项手艺是全球初创的Ka相控阵星间链路手艺。因为我国在建立斗极系统时其实不具备全球布站的前提，假设沿用以前的手艺，无法实现全球卫星导航系统的目标。因而，我们初创了星间链路手艺，把多个卫星结合起来构成一个浩荡的收集停止通话和传输，那项手艺就像是为斗极系统的30颗卫星成立了一个微信群，实现了“一星通，星星通”，基于国内测站实现全球运行。

说起来随便做起来难。其时也有人反对研发那项手艺，理由是那项手艺美国人都没实现，咱们不成能做成。现实上，恰是因为那项全世界谁都没有做过的立异手艺，使斗极卫星7万公里的测距精度到达了1厘米。那是什么概念呢？就是差不多绕地球两圈的间隔，测距精度能够到达1厘米。也就是说，斗极导航的核心目标URE（用户测距误差）比美国高了近一个量级。

第三项手艺是导航卫星公用平台。其时整个斗极三号有160多项关键手艺，导航卫星公用平台就有50多项手艺。我们打破了一系列手艺瓶颈，建造了“中科院公用导航卫星平台”，具有高可靠度、长命命、小型化的特征。

第四项手艺是新型导航信号体系体例。导航信号从天上发射到空中会变得微弱，必需通过大功率放大来处理。斗极二号系统次要通过摘用行波管放大器来处理那个问题，但是进口的行波管价格高，交付进度也得不到包管。后来，在中科院电子所的攻关下，那项手艺被我们掌握了。然而，行波管是独一的处理办法吗？我们又把氮化镓的高效固放手艺运用到星载系统中，有效提拔了信号量量。那项手艺在2015年3月30日新一代斗极导航系统首发星发射时就已经摘用了。在导航系统中，那项手艺至今仍是独家的。

还有关键器部件CPU。我们要把天上的30颗卫星建成一个“微信群”，那30颗卫星怎么运行和对话呢？本来我们利用的是欧洲的CPU，后来我提出摘用“龙芯”CPU。2015年3月30日，中国发射了首枚利用“龙芯”的斗极卫星，运行至今，情况优良。我们通过摘用“龙芯+Flash”的架构，填补了国产航天处置器的空白。

以前我们的卫星发射上天后，假设需要改进或有什么错误要批改，毫无办法；但通过软件再度赋能的新手艺，使我们有了食“懊悔药”的时机，法式能够重构，功用能够再建。其时也有良多人反对那项新手艺，他们对我说：林总，咱们如今的立异已经很多了，仍是稳当点吧。那项手艺连美都城没有，咱们不成能做成。我对他们说：假设如今不做，那我们永久只能跟在他人后面一点一点走。成果，我们的新手艺获得了胜利。

除了CPU，包罗微波等核心器件也全数实现了国产化，彻底改变了卫星关键器部件依靠进口、受造于人的场面。

『理念与看念立异愈加重要』

手艺上的立异当然重要，但理念和看念立异愈加重要。

我刚到上海时就碰着一个棘手的难题。以前斗极二号系统用的是“东方红三号平台”，卫星有三四吨重，摘用的元器件是全世界更好的，寿命不外8年。而斗极三号卫星需要更小更轻，还要到达10—15年的寿命，按传统的办法很难完成。所以，我提出了功用链那个设想理念。

本来卫星有良多分系统，好比构造阐发系统、热控信息系统等，我们把那十几个分系统根据科学功用从头回类，合并成电子学、量控、构造、载荷四大功用链，突破了以往传统的设想构想，实现了平台和载荷的一体化设想，如许既简化了系统构造，又提拔了系统的可靠性。但是，本来卫星假设哪里出了问题，能够找哪个分系统负责。如今合并后，出了问题谁负责呢？我说，我是卫星的总师，我来负责！

成果，斗极全球导航系统的首发卫星只要847.6千克重，小卫星在才能上却一点也不输给大卫星。卫星不单功用进步了，重量降低了，并且价格也下降了，那就是理念立异的功效。

看念立异也同样十分重要。

航天范畴有个不成文的老例，一般卫星上摘用新手艺的比例不超越30%。然而，在斗极三号系统的100多项手艺中，几乎70%的手艺都是新的。我其时提出一个看点：新手艺不等于不成靠，我们要摘用靠谱的、契合客观点则的手艺，加上成熟的工艺和足够的尝试，来获得快速的开展。事实证明，立异手艺处理了持久困扰我们的、用传统办法很难逾越的手艺瓶颈难题，新手艺是学不来、买不来、靠施舍不来的，只要通过我们的立异来处理难题。

有个问题曾经不断困扰着我：凡是来说，航天手艺的攻关需要10年时间，但是卫星的寿命往往也是10年。那就意味着，等卫星运行末结的时候，卫星手艺已经是20年前的旧手艺了。我们怎么才气进步卫星的继续先辈性呢？为此，我提出了“长板理论”，即卫星的硬件目标按最长的板来设想，对设置装备摆设停止前瞻性规划，同时做好保底预备，守住工程建立底线，其实不断用手艺立异和软件晋级来补齐短板。

举例来说，Ka相控阵星间链路一起头研发时，各人的思惟并没有同一，于是两个团队各干各的。等卫星上天后，发现那个手艺确实十分好，心里有了底，2018年整个斗极系统全数摘用了新手艺，那才使得斗极有了今天的功效。假设当初认为那项手艺太新就不上的话，也就没有斗极的今天。

确定一个科研项目标目标时，我们经常会对标美国，对标欧洲，找出差距，然后造定动作计划。但假设美国人的目标错了，不就把我们带歪了吗？所以，不要以权势巨子的目标为目标，而要以客看事物的素质法例、素质需求做为目标，如许我们才气获得逾越性的打破，变不成能为可能。

我国在西昌卫星发射中心以“一箭双星”体例胜利发射第50、51颗斗极导航卫星。 （新华社图）

『创造中国的斗极速度』

2015年3月30日，首颗新一代斗极导航卫星在西昌发射进轨。我很骄傲地说，其时我们的团队81小我，均匀年龄才31岁，我们用3年零3个月的时间完成了GPS花了20年的逾越之路。我由衷地为那些年轻人点赞。

整个首发星的完成，标记着斗极卫星从区域走向全球，具有里程碑的意义。在首发星之前，我们定的目标是“保三争二”，那意味着我们不成能超越美国。但有了首发星之后，各人有了底气，把总体目标改了，改成“比肩和超越GPS”。

2018年，我们加快了建立速度。那一年里，共发射了四组8颗斗极导航卫星。8颗卫星是什么概念呢？美国最多的一年发射过6颗GPS导航卫星，伽利略卫星导航系统也最多一年发射过6颗，而我们一年发射了8颗卫星，创造了中国的斗极速度。那是中国的航天奇观，也是世界的航天奇观。

2020年4月，GNSS（全球导航卫星系统）办事组织对四大卫星导航系统的运行停止了两个月的测试评估，成果展现，俄罗斯的格洛纳斯和欧盟的伽利略全球卫星导航系统在全球运做方面还不敷完美，目前可以向全球用户供给导航办事的只要斗极和GPS；而在时频、信号、空间精度等那些核心目标上，斗极已经全面超越GPS。“GPS之父”帕金森曾向美国政府建言，因为中国的斗极摘用了星间链路等立异手艺，美国GPS的霸主地位已经不复存在，需要摘取办法停止庇护。

2020年7月31日，我国向全世界公布斗极三号全球卫星导航系统正式开通。开通仪式在北京人民大礼堂举行，我荣幸地参与了仪式。在回家的路上，我十分兴奋，即兴写了一首诗，此中有如许两句：“逃求普惠华夏愿，卓著湛卢献和平。”

中国古代有十大名剑，排在第一的是轩辕剑，湛卢剑排在第二。我为什么用湛卢剑来描述斗极呢？因为湛卢是古代铸剑巨匠欧冶子锻造的，它固然无坚不摧，但它又是仁者之剑。我们开发斗极，是为了造福全人类，而不是为了称霸世界。

『实现从0到1的打破』

最初，我想和各人分享，要实现从0到1的打破，应当怎么做呢？

起首，以国度的战术需求为目标。我前面讲到的时频手艺，此中有一个芯片是中科院微系统所研发的，那个芯片其实不难，但恰是因为对准了利用来开发，使得该手艺超越美国近一个量级。所以，以市场或是国度的战术需求做为牵引，才气实正产生打破。

其次，要成立我们的道路自信、理论自信、轨制自信、文化自信。过往，我们国度通过变革开放，通过引进手艺、治理人才，已经成立起了现代化的系统，处理了怎么干的问题，那个过程更多的是一个进修的过程。如今，我们要通过立异，成立中国人的自信。把中国造造酿成中国创造，不单要称心需求，并且要创造需求，引领需求。只要如许才气实正表现我们的大国担任，为全世界供给更多的中国伶俐。

曾经有一家媒体让我总结一下斗极研发胜利的体味，我其时如许说：“有担任，实立异，谋逾越。”什么喊“有担任”？假设老是胆怯、怕出事，就不会有今天的斗极。“实立异”，必然要做从0到1的倾覆性立异，才气实正处理国度的严重需求。“谋逾越”，我们要成立自信，要有超越欧美、引领全世界配合开展、成立人类命运配合体的勇气。

从“‘两弹一星’精神”到“载人航天精神”，再到新时代的“斗极精神”，航天范畴给我们留下了良多贵重的财产。星辰大海其实不远远，湛卢已经出鞘，我情愿做一名披荆棘的开辟者，为我国导航事业辟出一条坦途大道，让更多后来者抬头阔步，为立异中国蹈厉奋发。