今年9月19日，載有第十四顆和第十五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭的發(fā)射點(diǎn)火瞬間

　　北斗“混搭”星座結(jié)構(gòu)

　　與神舟載人航天、嫦娥探月相比，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航工程，顯得非常低調(diào)。北斗雖然低調(diào)，但是技術(shù)含量并不少。而且，它與普通人的生活關(guān)系更為密切。

　　參與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的郭樹(shù)人，向記者介紹了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　星座結(jié)構(gòu)獨(dú)特：用IGSO衛(wèi)星定位

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星座結(jié)構(gòu)，和其他導(dǎo)航系統(tǒng)的星座結(jié)構(gòu)有明顯區(qū)別。美國(guó)、俄羅斯的導(dǎo)航系統(tǒng)采用的是中圓軌道，衛(wèi)星均勻分布在軌道面上，都是MEO衛(wèi)星。

　　郭樹(shù)人說(shuō)，這樣的對(duì)稱星座，軌道面均勻，相位也均勻，是覆蓋全球的最優(yōu)星座。

　　中國(guó)首先要組建一個(gè)區(qū)域?qū)Ш椒?wù)星座。郭樹(shù)人說(shuō)，北斗沒(méi)有以MEO衛(wèi)星為主。MEO衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)，每天只有30%的時(shí)間位于中國(guó)的國(guó)土上空，其他時(shí)間不能為中國(guó)提供服務(wù)。因此，北斗更多采用了傾斜地球軌道衛(wèi)星(IGSO)、地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)。這兩種衛(wèi)星的活動(dòng)范圍，相對(duì)固定。

　　郭樹(shù)人說(shuō)，GEO同步衛(wèi)星，軌道傾角為0度，相對(duì)地面是不動(dòng)的，但是只用這一種衛(wèi)星，定位有問(wèn)題，因?yàn)樗鼈冇袝r(shí)會(huì)處于同一直線上，不能計(jì)算定點(diǎn)的位置。于是，還需要IGSO衛(wèi)星，這也是同步衛(wèi)星，但軌道傾角是55度。它的軌跡呈8字形，有70%-80%的時(shí)間停留在中國(guó)的國(guó)土上空。

　　用IGSO衛(wèi)星進(jìn)行定位，這在世界上是第一次。

　　組網(wǎng)要求高：雷雨天發(fā)射衛(wèi)星

　　與之前的衛(wèi)星發(fā)射不同，北斗不是單顆衛(wèi)星，而是需要發(fā)射30余顆衛(wèi)星，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。星座的設(shè)計(jì)要求是，既要保證同時(shí)可以看到4顆星，但衛(wèi)星又不能離太近，要分散開(kāi)，間隔越遠(yuǎn)越好。

　　郭樹(shù)人說(shuō)，衛(wèi)星組網(wǎng)，最關(guān)鍵的就是衛(wèi)星之間的位置關(guān)系，它們的距離必須是確定的。這就要求，衛(wèi)星發(fā)射不僅要進(jìn)入軌道，還要保證進(jìn)入軌道的某個(gè)位置。對(duì)于MEO和IGSO衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，這樣的要求，需要等待為數(shù)不多的發(fā)射窗口。

　　2011年7月27日5時(shí)44分，第九顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在暴雨雷電中成功發(fā)射。

　　郭樹(shù)人說(shuō)，如果是別的衛(wèi)星發(fā)射，遇到惡劣天氣就取消發(fā)射任務(wù)。當(dāng)時(shí)，發(fā)射準(zhǔn)備工作都做好了，現(xiàn)場(chǎng)人員準(zhǔn)備撤離。發(fā)射前2小時(shí)，突降大雨，且伴隨雷電。

　　如果不進(jìn)入發(fā)射程序，損失很大，很多程序是不可逆的，而且一旦錯(cuò)過(guò)發(fā)射窗口，就會(huì)再等很長(zhǎng)時(shí)間。隨后的兩個(gè)小時(shí)里，每15分鐘就進(jìn)行一次天氣會(huì)商。

　　最終決定，發(fā)射。

　　在兩次雷電的間隙，火箭騰空而起。郭樹(shù)人說(shuō)，火箭升空不久，就聽(tīng)到了雷暴。

　　用戶救命法寶：120字短報(bào)文

　　北斗衛(wèi)星試驗(yàn)系統(tǒng)的“有源定位”功能，被北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)繼承了下來(lái)。這讓北斗系統(tǒng)有了一項(xiàng)其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所不具備的功能——短報(bào)文功能。

　　郭樹(shù)人說(shuō)，短報(bào)文是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)特色。

　　北斗的短報(bào)文每條可發(fā)送120個(gè)漢字。短短的120個(gè)字，在很多時(shí)候是“救命”的法寶。通過(guò)GPS，用戶只能知道“自己在哪”。但是通過(guò)北斗，用戶還能讓別人知道“自己在哪”。

　　汶川地震時(shí)，震區(qū)通信中斷。中國(guó)衛(wèi)星定位應(yīng)用管理中心為救援部隊(duì)配備了1000多臺(tái)北斗終端機(jī)。北斗的短報(bào)文功能，讓救援部隊(duì)和指揮部的聯(lián)系保持順暢。

　　據(jù)介紹，北斗正式運(yùn)行后，短報(bào)文通信的服務(wù)功能將覆蓋中國(guó)大陸及周邊地區(qū)。

　　國(guó)產(chǎn)原子鐘：精確到十億分之一秒

　　衛(wèi)星定位是通過(guò)測(cè)定時(shí)間來(lái)測(cè)定距離的。郭樹(shù)人說(shuō)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最核心的是時(shí)間，定位的精度取決于時(shí)間的精度。北斗系統(tǒng)的精確時(shí)間，來(lái)源于衛(wèi)星上搭載的原子鐘。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)星載原子鐘的研制一直備受海內(nèi)外業(yè)界人士關(guān)注。

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程副總設(shè)計(jì)師李祖洪曾透露，當(dāng)時(shí)，我國(guó)準(zhǔn)備從歐洲進(jìn)口星載原子鐘，也同歐洲公司簽訂了合同。但對(duì)方提出了一個(gè)合同履行的前提條件，必須先取得瑞士政府頒發(fā)的對(duì)華銷售許可證，至于何時(shí)可以獲得許可證、能否取得許可證，對(duì)方不作任何承諾。

　　李祖洪說(shuō)，當(dāng)時(shí)大家已經(jīng)意識(shí)到衛(wèi)星原子鐘必須依靠自己。于是，由北京大學(xué)、中科院、中國(guó)航天科技集團(tuán)等多個(gè)部門空間物理、空間無(wú)線電等領(lǐng)域?qū)＜医M成的課題組，經(jīng)過(guò)兩年研究試驗(yàn)，終于造出了自己的原子鐘，可以精確到十億分之一秒。

　　國(guó)家經(jīng)典工程·北斗導(dǎo)航之揭秘

　　今年9月19日3時(shí)10分，中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭，采用一箭雙星方式，成功將第十四顆和第十五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空并送入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道。與之前發(fā)射的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，一起構(gòu)成“5GEO+5IGSO+4MEO”的星座結(jié)構(gòu)。

　　其中，“5+5”是核心，一旦有衛(wèi)星失效或者處于在軌維修狀態(tài)，4顆中圓軌道衛(wèi)星可以起到部分替代作用。

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊慧表示，對(duì)于限定區(qū)域的服務(wù)區(qū)而言，“5+5+4”的混合星座結(jié)構(gòu)具有最佳的“魯棒性”和經(jīng)濟(jì)性，最符合“少花錢多辦事”的原則。

　　郭樹(shù)人：艱巨在后頭

　　郭樹(shù)人辦公室里滿滿兩書(shū)架的書(shū)，都和衛(wèi)星有關(guān)?！　∷侵袊?guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室研究員，從1993年加入北斗導(dǎo)航系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)，至今已與北斗“并肩”近20個(gè)年頭。

　　1993年，郭樹(shù)人調(diào)入北斗初建團(tuán)隊(duì)工作，那時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)的核心人員不過(guò)10人左右。由于西方國(guó)家在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)方面對(duì)中國(guó)封鎖，中國(guó)只能靠自主研究突破關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過(guò)演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證北斗系統(tǒng)總體方案的原理可行后，他們開(kāi)始了設(shè)計(jì)之路。

　　當(dāng)時(shí)才30歲出頭的郭樹(shù)人，已經(jīng)是北斗系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的核心成員。

　　“坦誠(chéng)講，一開(kāi)始?jí)毫艽蟆?rdquo;郭樹(shù)人回憶。由于我國(guó)第一次搞北斗項(xiàng)目，設(shè)計(jì)沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，他每天都要和航天界的權(quán)威院士們一起開(kāi)會(huì)，解答院士們的每一個(gè)疑問(wèn)。

　　“我還記得第一次上臺(tái)，面對(duì)那么多德高望重的院士們，回答他們的問(wèn)題時(shí)，我很緊張，他們都是航天界的泰斗。”郭樹(shù)人說(shuō)。

　　答辯結(jié)束后，同事開(kāi)玩笑說(shuō)，他在臺(tái)上的聲音有點(diǎn)哆嗦。

　　郭樹(shù)人告訴記者，經(jīng)過(guò)多次完善和修補(bǔ)，北斗的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍然堅(jiān)持了原有的思路，現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看，這個(gè)思路是正確的，符合國(guó)家戰(zhàn)略和建設(shè)實(shí)際。

　　現(xiàn)在，郭樹(shù)人一周要參加北斗系統(tǒng)大大小小的會(huì)議5、6個(gè)，一年365天200多天都在開(kāi)北斗系統(tǒng)的會(huì)。他曾經(jīng)計(jì)算過(guò)，從1993年加入團(tuán)隊(duì)到2009年，他開(kāi)過(guò)的會(huì)議已經(jīng)超過(guò)1000個(gè)。

　　“雖然現(xiàn)在北斗的進(jìn)展很順利，但是艱巨的都在后頭，還有很多事情要做，絲毫不敢怠慢啊。”他笑著說(shuō)。(邢世偉)