文/本刊记者黄晓艳摄影/吕学谦

   卫星对于大多数普通中国人来说充满神秘感。从当初的“最高机密”，到今日面向民用进行市场推广，北斗卫星导航系统工程已经走过了二十多年的发展历程，体现了中国航天科技事业的艰辛与荣耀。

近日，《高科技与产业化》记者专访了北斗计划最初的参与者、北斗卫星导航系统工程总设计师、被誉为中国“卫星之父”的科学家孙家栋院士。围绕这个宏大的航天计划，这位精神矍铄，思维清晰的八旬老者，作为亲历者、见证人向我们讲述了北斗系统建设的发展历程，解析了它在军事和民用领域的应用价值，以及它将面对的美好又颇具挑战的前景。

本刊记者：北斗系统是中国自主建设、独立运行，与世界其他全球卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。您是北斗系统工程的总设计师，请您谈谈北斗系统的研制过程，它是否实现了当初的预期？

孙家栋：中国自1970年4月24日发射第一颗人造卫星——“东方红一号卫星”起，航天科技就与国家经济建设紧密联系在一起。“东方红一号”上天以后，国家高层明确提出中国航天事业要为国家安全和经济建设服务；要根据国家的科技水平，既要大胆前行，还要稳步发展。大家都知道，航天工程的难度很大，虽然我国早就对卫星定位和导航技术有需求，但对卫星导航研究基础薄弱，特别是上世纪70～80年代，受限于技术、资金等因素，很难开展全面的研究工作。所以我们第一步就搞了返回式卫星，获取遥感数据并开展应用。紧接着就是搞通信卫星，解决了国家最急需的通信需求问题。一直到上世纪80年代后期，国家经济和航天技术都发展到一定程度，我们才开始有能力去发展导航系统。

   1990年代，国家提出了载人航天的要求，并于1992年正式启动中国载人航天计划。随着我国第一名航天员杨利伟于2003年10月16日从太空安全返回，中国载人航天工程实现了历史性的突破。载人航天需要依靠国家力量来实现，需要各行各业的大力协同，中国载人航天计划任务的完成，使得我国航天技术水平、可靠性水平、质量保证水平都得到了验证，充分展示出国家的航天科技、生产技术、人才力量以及综合国力的提升。

   航天计划的又一个重大领域就是深空探测。2004年2月25日，绕月探测工程正式实施，它又叫作“嫦娥工程”，拉开了中国深空探测的帷幕。这些具有里程碑意义的工程，每一步都为航天事业的长远发展取得了关键性突破，奠定了坚实的基础。当然，深空探测真正能给人类提供服务、创造经济价值，还需要有一个过程，还有很长的路要走。

经过30年的发展，到1990年代，卫星的品种已经比较齐全，我国空间技术水平基本能满足通信、遥感的要求了。国家的科技水平、经济水平、生产水平都在大踏步的向前发展，在这种情况下，国家开始考虑利用卫星进行导航，并非常慎重地提出要搞技术最复杂、最难搞的卫星导航系统。北斗导航卫星是多星组网、天地互联，工程非常浩大，要建立天地统一的时间、空间标准体系，要有牢固的科技水平支撑，经费比载人航天的投资还要大，导航人才队伍也得有一个培育的过程。结合中国的实际情况，通过各方专业人士共同研究，国家科学、合理地提出并制订了一个符合我们国家经济发展水平的、自主研制实施北斗卫星导航系统工程的“三步走”战略规划。

第一步就是先探路，是试验阶段。在2000年左右，建成北斗卫星导航试验系统。即研制少量的地球同步静止轨道卫星，研制一些地面运行控制与应用基础设备设施来完成试验任务，为北斗卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才，并为后续工程建设打下基础。

当时，中国刚改革开放不久，经济实力不够。中国科学家陈芳允先生提出了“双星定位”的建议，只要利用两颗卫星就可以完成最基本的定位功能，解决地面定位问题。由于北斗系统的奠基理论为“双星定位”，那么地面上的第三个点就需要有精确的地面高程，即地面高度分布的精确数据。这个高程数据是一个极为庞大的数字化工程。好在我们国家有30多年来的海量测绘资料，结合测绘资料信息，通过信息传输，这样高程和最终定位的位置就都有了。陈芳允先生提出的“双星定位”方案获得了各方的认可。于是，在北京一间狭小的办公室里，北斗计划第一步的研究实验悄然开始。参与研发的团队列出了17项重大原始试验专项，目的是搞清中国在搞卫星导航方面必须解决的关键技术，同时，全面推动人才队伍的培养建设，解决人才匮乏的问题。

   第二步才算是动真格的，是北斗卫星导航系统区域组网计划。到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的系统。

当时，围绕着是一次性全球组网还是区域组网的问题。专家们反复研讨，大家认为：建立卫星导航系统，本身就是投资大又风险高的事，我国的航天事业比国外的经验少，国内资金、人才等基础也很薄弱，很难一步到位。所以，我们从中长期发展着眼，采取谨慎的态度，既要能满足起码十年之内的国家经济建设和国家安全的需要，同时还得是稳妥、坚实地向前发展，最后选择区域性组网。搞区域性组网所需的卫星的数量比较少，这样就可以集中精力先实现对我国及周边地区的服务，可以摸索更好的经验来推动事业的发展，在这个基础上再向全球铺开。我们总共发射了16颗卫星，并于2012年12月27日正式宣布区域性组网的北斗卫星导航系统提供运行服务。

第三步是到2020年，建成由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。

北斗系统从试运行、正式运行到全面对民用用户开放至今，整个系统运行稳定，工作状态良好，空间星座性能得到明显改善，在导航定位方面的用户体验明显提升。可以这样说，区域运行一次性达到了当时设计的性能指标要求和服务标准水平。不间断的观测统计数据显示，精度在不断地提高，北斗的信号和服务的可用性、完好性、连续性完全能满足使用需求；从卫星寿命来看，我们管理得比较好，到2020年，现有的区域组网的星座再工作6~8年没有问题。随着空间基础设施对地面的应用服务越来越多，从宣布为用户提供服务时起，就要绝对对用户负责，就要在为用户服务的过程中不断完善，保持应用的安全可靠。为了保证北斗系统连续、稳定、安全、可靠地运行，我们向国家申请了备份卫星，正在研制生产，以发射北斗组网备份卫星的措施来保证组网卫星系统的运行完好，来提高系统的精度和稳定性，保证这个系统能连续地对地面提供服务，更好地为用户服务。

本刊记者：按照北斗系统“三步走”的发展战略，将于2020年形成全球覆盖。目前北斗系统在实现全球覆盖方面有何进展？请谈谈您个人的思考和建议。

   孙家栋：随着国家经济实力的逐渐雄厚，建立自己的全球卫星导航系统是大势所趋。按照中国卫星导航系统建设的总体部署，到2020年，北斗导航系统将有35颗卫星在太空中组网运行，北斗信号将覆盖全球，届时可为全球提供导航定位服务。

   我国的北斗系统已在测绘、电力、水利、交通运输、电信、地质勘探和国家安全等诸多领域开始逐步发挥重要作用。到2020年，北斗卫星的用户会越来越多。北斗“第三步”工程已经起步，总体方案工作就要完成了，35颗卫星组网这样复杂的系统工程即将开始。在面向全球的同时，还得保持区域性系统覆盖服务功能的连续性，更要让用户满意，将在长期、连续、稳定上下功夫，要继续发射卫星提高星座的稳定性，还要进一步加强地面系统的建设管理，让北斗卫星导航信号分分秒秒都连续可靠。

   在“第三步”工程，我们会实现更好的服务内容和服务标准，并保持“第二步”里的所有服务内容。现在的系统虽然质量很好、很可靠，但要想由区域性服务扩展到全球服务，系统自然要升级。为了把这个网搞得更好，国家已开始进行北斗卫星导航系统全球组网的发，我们准备先发射几颗卫星上天，预计从2015年开始发射，组成一个小网，将关键技术及组网可能出现的问题研究清楚。到2020年，北斗卫星导航系统除了提供覆盖全球的高精度、高可靠的定位、导航和授时服务外，同样还兼具短报文通信能力。

本刊记者：您认为国家对北斗应用的重视表现在哪些方面？北斗卫星导航系统产业化应用推广中存在哪些瓶颈，面临哪些挑战？

孙家栋：我们国家对空间、时空信息系统非常重视。人类的活动自古以来就与时空信息息息相关。早年的时间位置需求并不高，只要求一个大概齐，比如说，“往东边走”，“一袋烟的工夫”，“一顿饭的时间”等等。人类对精准时间和空间的需求随着人类生活、物质条件、科学技术的发展而不断地提高。因此，国家对卫星导航系统很重视，一开始就将其定位为国家空间信息基础设施，并根据国家需求，不断扩大它的发展计划，不断加强基础和提升能力。这几十年来，航天事业的发展成果主要表现在实现从空间向地面传递各种信息，为国家经济社会服务，为老百姓服务，这是我们的目的。

现在来讲，通信、遥感、导航都是提供信息，信息落地以后还需要二次开发。信息时代要使信息产生更大的使用价值，需要把天上的信息和地面日常生活信息——物联网、车联网、大数据等等整合起来，在更高的层次上使用。从应用效益的角度来讲，就要使各方提供的信息源，空间信息和地面信息等，通过中间的大数据环节，组成一个整体。

北斗系统的应用应当全面铺开，才能使我们的空间基础设施表现出应有的效力。北斗系统的市场应用率相对于GPS还是较低的，更大规模的市场推广会遇到一些困难，包括导航系统的应用产品质量如何，商业应用上是否方便可靠，价格是否更具竞争力等。现在我感觉，随着导航信息的逐步落地，大家都认识、意识到了这点。但我也有自己的担心，国家各个独立的信息源对我们经济建设的贡献很大，但在发展的过程中，需要相互融合、互相交叉共同发展才能产生更大的市场价值，才有国家整体竞争力。每个专业发展方向的利益不可回避，但融合发展是个方向，也一定要有这个发展过程，尽管在发展过程中会有部分取得更大的发展，也会有部分被淘汰出局，这是残酷的现实。现在我们要做的就是要尽量缩短这个过程，尽量少付出代价，争取把事情做得更好。我们要想尽一切办法，要创新、要发展，就像今年第五届中国卫星导航学术年会提出的主题：“北斗应用——创新、融合、共享”。只有这样，事业才能真正发展，也对大家都有好处。这个过程是我们回避不了的。国家有政策，有关部门在做，市场也在行动，但真正推动北斗产业发展，还要靠方方面面共同努力，把创新做到，把融合做好，把共享做足。

   本刊记者：卫星导航领域竞争非常激烈，和世界其他系统相比，起步较晚的北斗系统有什么独特的优势？

   孙家栋：继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略等卫星导航系统之后，中国自主研发、独立运行的北斗卫星导航系统，在2012年已实现亚太地区信号全覆盖，目前，已进入全球覆盖的发展阶段。

   谈到北斗卫星导航系统的中国特色，上面我讲到过，它从一起步就有一个明确的“三步走”发展战略规划，既结合当时的实际情况，又有一个长远的目标。其次，我们还有一个非常重要的中间过渡环节，就是提供区域导航服务，这是世界上其他系统没有的。另外，我们的北斗系统还有一个短报文通信功能，它非常巧妙地把导航定位和信息传递这两个功能结合起来，也就是除了能导航、定位，还可传递120个字的短信，这是全球其他卫星导航系统所不具备的优势。其他的卫星导航系统只能告诉你什么时间、在什么地方，北斗既能知道“我在哪里”，还能知道“你在哪里”。如果渔民在海上遇到风暴，只要按一个键，通过船载设备就能实现自主定位，发出求救信号，岸上的人通过监控就知道渔船在哪里。还有在汶川地震的时候，所有通信都断了，救援队就依靠北斗的这个功能进行救援......