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孙家栋的北斗情、中国梦——专访中国北斗卫星导航系统高级顾问、中科院院士孙家栋

2015-08-26 10:35:18 责任编辑: dingzhaowei
摘要:他,是我国“两弹一星”元勋,国家最高科学技术奖获得者。他亲历、见证、参加、领导了中国航天的全部过程,为我国航天和卫星导航事业发展做出杰出贡献。
 
                    《ITS智能交通》杂志 丁兆威  陈洋平
 
       他,是我国“两弹一星”元勋,国家最高科学技术奖获得者;
       他,先后担任中国第一颗人造地球卫星、第一颗遥感探测卫星、第一颗返回式卫星的技术负责人、总设计师,他还是中国通信卫星、气象卫星、地球资源探测卫星、嫦娥一号卫星、北斗导航卫星等第二代应用卫星的工程总设计师。他亲历、见证、参加、领导了中国航天的全部过程,为我国航天和卫星导航事业发展做出杰出贡献;
       他,是一位传奇式人物,既是著名科学家,又担任过中华人民共和国航空航天工业部副部长;
       2012年6月4日,为表彰他在科学界所作做的卓越贡献,根据国际天文联合会第77508号《小行星通报》,小行星第148081号以他的名字命名;
       1999年9月,他获得了江泽民总书记颁发的“两弹一星功勋奖章”;2010年1月,获得了胡锦涛总书记颁发的2009年度国家最高科学技术奖;
       他,就是我国北斗卫星导航工程原总设计师、现中国北斗卫星导航系统高级顾问,中国科学院院士孙家栋。
       2015年6月,孙家栋院士应邀来深圳参加2015卫星导航与位置服务国际论坛暨第十届中国卫星导航运营商大会,记者有幸对孙家栋院士进行了专访。谈起我国航天事业,孙家栋院士神采奕奕,仿佛回到年轻时代。


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中国为什么要发展自己的导航卫星系统
 
       孙家栋院士介绍,中国航天事业的发展经历了一个漫长而艰苦的过程,上世纪六、七十年代,我们国家的经济还很落后,生活条件还很艰苦。在全国各族人民的支持下,1970年4月24日,我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星发射成功,开创了我国航天事业的新纪元。几十年来,在一代又一代航天人的努力下,中国航天事业取得了巨大进步,创造了无数个辉煌。
       孙家栋院士回忆,中国一开始发展自己的航天事业,主要是出于国防需要。其实,美、俄(前苏)的两代卫星导航系统都是“冷战”条件下的产物,欧洲的伽利略系统本身也是欧洲独立防务计划的一部分。
       上世纪70年代,随着美苏军备竞赛的升级,美国国防部不惜斥资120亿美元研制军用定位系统。1978年,美国成功发射了第一颗用于GPS系统的卫星,经过10多年的建设,1994年完成组网。
       后来GPS导航逐渐应用到飞机导航、航海导航等领域。90年代后,GPS逐渐向交通等民用市场扩展。后来美国意识到,世界各国都没有GPS终端设备,便将GPS信号免费给世界各国使用,他们靠出口终端设备来赚钱,从而带动了美国的经济发展。随着应用领域的不断扩展和延伸,各国对GPS导航应用的依赖度不断增强,就像生活离不开水和电一样。
       早期,国内卫星导航应用基本以美国GPS为主。这样,在很多方面我们就会受制于人,始终处于被动,就像孙悟空,纵有一个跟头一万八千里的本领也始终跳不出如来佛的手心一样。卫星导航技术是一项关系到国家安全和未来经济命脉的技术,如果没有自主可控的卫星导航系统,国家信息安全将缺少可靠的保障,因此我们必须要建立自己的系统。于是,中国政府下决心开始搞自己的导航卫星。
       1994年12月,北斗卫星导航工程研制、建设工作全面启动,孙家栋被任命为“北斗导航试验卫星”工程总设计师。2000年,随着第一步计划的顺利完成,工程由试验阶段正式转入应用实施阶段。2004年5月,孙家栋被正式任命为“北斗第二代导航卫星”工程总设计师。
       孙家栋院士介绍,目前世界上有四大卫星导航系统:美国的GPS系统、中国的北斗(CNSS)系统、俄罗斯的GLONASS(格洛纳斯)系统、欧洲的Galileo(伽利略)系统。另外,印度和日本也在发展自己的卫星导航系统。
欧盟22国开始搞Galileo(伽利略)时,遭到美国的极力阻挠。这件事本身就说明,我们坚持独立自主研发自己的导航卫星系统的决策是多么正确。
       中国的航天事业并没有走前苏联和西方国家的路子,而是根据自己的需要来发展,首先解决最实际迫切的问题,根据当时的形势需要,先(服务)国防,后(服务)经济建设。此后,我国在实施北斗卫星导航系统建设过程中,始终遵循建设与发展同步,边建设边应用的原则。
        经过几年的发展,中国在遥感卫星、气象卫星等领域都取得了成功的发射应用,唯有导航卫星领域还是空白。卫星发射是一项要求极其严苛的技术,不容出现分毫差错,任何一个细小的差错哪怕是一颗螺丝钉都会导致整个卫星发射失败,从而导致“全军覆没”。这个比喻,道出了航天人的压力,同时也道出了他们的孜孜以求和执著精神。
       从载人航天卫星的成功发射,中国航天技术得到了检验,同时中国卫星的质量也得到了验证,这就更加坚定了我国发展卫星导航事业的决心和信心。

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孙家栋院士在西昌发射中心主持会议
                     
        中国卫星导航技术发展“三步走”战略
 
       中国卫星导航系统建设被列为国家科技重大专项,并制订了实施“三步走”发展战略:第一步,2000年采用双星定位理论首先建成北斗卫星导航试验系统,使我国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第一步已按计划于世纪之交圆满完成;第二步,2012年建成拥有10颗以上在轨运行卫星,组成区域北斗卫星导航网络系统,形成区域覆盖能力,开通亚太地区的正式运营,为亚太地区民众提供定位、导航、授时以及短报文通信服务。第二步计划也已按计划实现了;第三步,2018年到2020年,拥有并陆续发射补齐5颗地球同步轨道卫星和30颗非静止轨道卫星,建成全球卫星导航定位网络,形成全球覆盖能力,完成全球性运营管理及用户终端开发工作,为全球用户提供导航定位服务。
       中国卫星导航技术发展坚持四个原则:(1)开放性。因为北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放,为全球用户提供高质量的免费服务,只有积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作,才能推动北斗卫星导航技术与产业的发展;(2)自主性。北斗卫星导航系统为中国自主建设和运行,拥有完全自主知识产权的全球定位系统,可以独立为全球用户提供高质量导航定位服务;(3)兼容性。在全球卫星导航系统国际委员会和国际电联框架下,北斗卫星导航系统可以与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作,使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果;(4)渐进性。中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展,不断完善服务质量,并实现各阶段的无缝衔接。
       2000年10月31日,长征三号甲运载火箭将第一颗北斗导航试验卫星发射送入地球同步轨道。仅仅时隔50天,2000年12月21日,第二颗北斗导航试验卫星也用长征三号甲运载火箭发射送入地球同步轨道。
       2007年,中国将第一颗北斗导航卫星进入预定轨道,标志着中国自行研制的全球卫星定位与通信系统开始建设。到2012年10月25日,第16颗北斗导航卫星进入预定轨道,北斗导航工程区域组网顺利完成。这个系统能够全天候、全天时提供卫星导航信息,主要为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航服务。这个系统的投入使用,不仅可以满足国内卫星导航需求,对我国经济建设起到积极推动作用,而且使我国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
       孙家栋院士把自己的毕生都献给了祖国的航天事业,在担任北斗卫星导航工程总设计师的18年中,他在西昌发射现场组织指挥了14次北斗卫星发射,每次发射至少要亲临西昌卫星发射现场两次。他对航天事业已经产生了无法割舍的感情,用他自己的话说:“搞了一辈子航天,我已经爱上了航天,这辈子都不会离开了。”
 
       北斗卫星导航系统的经济价值
 
       北斗卫星导航系统是中国自主建设、拥有自主知识产权、独立运行,与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,可在全球范围内全天候、全天时,为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。
       战时用于国防,和平时期用于经济建设。航天科技不但具有极高的科学价值,还有不可估量的经济价值。从欧美航天产业发展历程来看,航天产业的直接投入产出比约为1:2,相关产业的辐射高达1:7至1:14。中国航天产业的直接投入产出比较欧美略低,相关产业的辐射可以达到1:7至1:10的区间范围。也就是投入1元钱,能够产生7元左右的经济效益。因此,卫星导航技术的经济拉动效应十分明显,潜力无穷。
       “国家投入巨资建起北斗导航卫星网络,现在向亚太地区,将来向全球发送免费信号、提供免费服务。而有望产生巨大经济效益的终端接收设备市场如果被国外抢占了,那将是我们巨大的损失。形象点说,也就是我们免费提供的网络和信号,却让别人免费拿去赚钱。因此,我们在发展北斗系统的同时,还要在未来终端产品环节投入更多力量,要花大气力研究开发适应全球不同地区、不同状态的终端接收设备,从而让北斗创造出更多的经济效益。”孙家栋院士形象的比喻,让我们看到了北斗系统巨大的经济价值。
       2012年12月,中国卫星导航系统管理办公室正式宣布向用户提供试运行。自此,北斗卫星导航系统建设即转入与应用推广并举的新阶段,并且逐步展开交通运输、气象、渔业、林业、电信、水利、测绘等应用领域的试运营。孙家栋院士抽出大量时间马不停蹄地考察和走访有典型意义的使用北斗卫星导航的单位和企业。
       建立和发展自己的卫星导航系统,其意义不仅仅体现在国防方面,更重要的是:建设自己独立的卫星导航系统,向世界展示了我国的综合国力和科技实力,不仅可以从根本上摆脱受制于人的局面,而且对于提升中国的国际地位和国际影响力具有重大意义;建设北斗卫星导航系统,可以强有力地促进和推动经济社会发展。卫星导航系统能够服务于众多国民经济领域,带来巨大经济利益的产业链。卫星导航产业已成为继移动通信和互联网之后,全球第三个发展最快的电子信息产业。一个国家如果没有自己独立的卫星导航系统,其催生的庞大的经济产业链将恭手让给他人。
       当前,卫星导航技术正与信息技术紧密结合,在云计算、大数据等新技术的促进下,卫星导航数据获取成本大幅降低,使信息互联互通成为可能。孙家栋院士指出,随着信息时代的快速发展,互联网的应用范围远超从前。未来,只有在智能交通、智慧城市等领域促进产业跨界融合,才能最大化地实现卫星导航的驱动创新价值。
 
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2009年3月,孙家栋院士在西昌卫星发射中心检查北斗导航卫星研制工作
                 
北斗系统助力卫星导航和智能交通发展
 
       卫星导航对服务经济发展具有重要的、不可替代的作用,以交通运输业为例,交通运输行业具有移动性、线路长、范围广、分布点多等特点,目前卫星导航民用用户90%集中在交通运输领域。
     2013年1月1日,交通运输部启动在江苏、安徽等9省市开展“两客一危”车辆强制安装北斗导航试点工作,计划用两年时间,9个示范省市凡上路行驶的大客车、旅游包车、危险品运输车辆全部更新安装北斗兼容车载终端;所有新进入运输市场的重型载货汽车和半挂牵引车全部加装北斗兼容车载终端。这是我国第一个北斗系统民用示范工程。
        紧接着,交通运输部、公安部、国家安监总局又于2014年联合发布了《道路运输车辆动态监督管理办法》(俗称“5号令”)。“5号令”规定:旅游客车、包车客车、三类以上班线客车和危险货物运输车辆在出厂前应当安装符合标准的卫星定位装置。重型载货汽车和半挂牵引车在出厂前应当安装符合标准的卫星定位装置。这一规定意味着,安装卫星定位装置将成为今后道路运输车辆的“标配”。
       2013年10月,我国出台《国家卫星导航产业中长期发展规划》,提出:以企业为主体,以掌握核心关键技术、培育服务新业态、扩大市场应用、提升国际竞争力为核心,推动中国卫星导航产业快速发展。到2020年,产业规模超过4000亿元。
       据有关机构统计,2013年,中国北斗导航产业产值突破100亿元。北斗卫星导航系统及其兼容产品将在国民经济重要行业和关键领域得到广泛应用,在大众消费市场如手机定位也将逐步推广普及。
       采访中,孙家栋院士表示,此次应邀来深圳参加“2015卫星导航与位置服务国际论坛暨第十届中国卫星导航运营商大会”让他感触颇深,北斗卫星导航系统在服务经济建设、服务智能交通发展中大有可为。
       他说,过去我国卫星导航与位置服务运营商,用的基本都是美国的GPS系统,GPS几乎成为卫星导航系统的代名词。但是,随着我国北斗系统的发展,许多企业已经开始采用北斗系统,有些企业甚至把北斗终端推广到国外市场。
       近年,多个城市相继提出打造北斗产业园,这充分显示出,北斗产业化发展前景可期。多年来,深圳和广东省是我国卫星导航与位置服务产业研发制造中心,无论是研发制造还是运营服务,都走在了前列。广东和深圳的卫星导航企业,为北斗系统的市场化应用做出了积极贡献。他寄语卫星导航与智能交通行业,努力创新,开放融合,从而寻求更大的发展,为卫星导航和智能交通事业发展做出更大贡献。

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孙家栋院士接受本刊记者采访(摄影 陈洋平)

 中国的“北斗梦”一定能实现
 
       孙家栋院士介绍,全球卫星导航定位系统需要有36颗卫星来实现。截至目前,中国已成功发射4颗北斗导航试验卫星和16颗北斗导航卫星,北斗导航工程建设“三步走”战略中的第二步目标,区域组网顺利实现。
      中国“高分二号”卫星已经顺利进入预定轨道,标志着中国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”。这颗卫星系目前中国分辨率最高的光学对地观测卫星,空间分辨率首次精确到1米。意味着卫星从600多公里的太空向地面观察,能看见1米大小物体的轮廓,能清晰分辨出地面汽车的大小。高精度卫星导航定位技术的成熟和发展,将使无人驾驶汽车的梦想变为现实。
       不久前,国际海事组织海上安全委员会第94次会议审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函,这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分,取得面向海事应用的国际合法地位。
       按照计划,到2020年前后,将建成由5颗地球静止轨道卫星和30颗非地球静止轨道卫星组成的北斗全球卫星导航系统,提供覆盖全球的高精度、高可靠的定位、导航和授时服务。届时,中国将成为第三个提供全球导航定位服务的国家。系统建成后,将催生庞大的卫星导航产业链,北斗系统将在交通运输、通信等诸多领域产生显著的经济效益和社会效益。
       当然,目前北斗技术与美国GPS相比,还有一定的差距。孙家栋院士表示,美国已经搞了几十年,在卫星导航技术方面的积累比较深厚。但是,我们有自信心,也有自己的优势,他举例,同样造一颗卫星,美国造出来可能1吨重,中国可能需要1.2吨才能做出来。虽然在某些单项技术方面我们跟美国比还存在差距,但是我们可以通过其他途径来进行弥补。北斗导航卫星从2012年运行到现在已经三年时间,用户反映,基本上和美国GPS一样,在某些个别时段内,北斗的性能甚至还要比GPS的效果好。GPS能做的北斗都能做,但北斗能做的,GPS不一定能做,比如北斗有短报文通讯功能,2008年汶川地震的第一个地震讯息,就是通过北斗发到北京的。北斗卫星的结构是多轨道的,一定程度上可以更有效地在覆盖遮挡严重地区进行定位,比如说城市高楼林地的地方,大坝、桥梁在山体一侧的时候,GPS是没有办法的。实践证明,尤其在低纬度地区,北斗的定位精度优于GPS。
       “北斗应用的发展比我预想的要快”,孙家栋说。作为国家重要的空间信息基础设施,北斗系统现已形成包括基础产品、应用终端、运营服务等较为完整的产业体系,自主北斗芯片、模块等关键技术全面突破,性能、价格与国际同类产品基本相当,已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、手机导航等领域,效益显著。
       北斗系统已经正式成为国际海事组织(IMO)认可的全球第三个卫星导航系统,标志着北斗系统已正式取得海事应用国际合法地位。第一代北斗导航芯片、模块、天线等核心产品主要性能指标接近国际水平,价格基本相当。功耗更低、性能更优、体积更小的第二代北斗射频基带一体化集成芯片预计今年年底将实现量产。截止2015年第一季度,北斗导航型模块出货量已突破600万枚,月销量达到约40-50万片,占市场约15%。北斗导航型基础产品已完成产业化初期的可靠性验证和用户信心培育。未来,在北斗应用方面,将实现北斗大众市场千万量级应用推广。把握“一带一路”发展机遇,持续推动中俄、中巴、中泰、中阿、中国——东盟等国际合作,共同推动北斗国际化应用。
       北斗,承载着孙家栋院士和一代又一代航天人的梦想,也承载着中国人的梦想。北斗梦,就是中国梦,强国梦!

 
 
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