我國一直想建自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),也就是北斗,這樣不管是民用還是國防,都不用再依賴外國的導(dǎo)航系統(tǒng),避免關(guān)鍵時刻被人卡脖子。
2007年,北斗二號的第一顆試驗衛(wèi)星成功發(fā)射上天,本來是北斗建設(shè)的關(guān)鍵一步,可沒幾天就出了大問題。
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地面測控站發(fā)現(xiàn),向衛(wèi)星發(fā)送的遙控指令,有效響應(yīng)率還不到三成,導(dǎo)航信號忽強(qiáng)忽弱,定位精度一下子下降了十倍多,常規(guī)的授時服務(wù)也完全失效。
技術(shù)團(tuán)隊反復(fù)排查后確認(rèn),這不是衛(wèi)星本身的故障,而是某國在故意用電磁信號干擾北斗,目的就是阻撓我國北斗系統(tǒng)建成。
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當(dāng)時同一區(qū)域的其他國家導(dǎo)航衛(wèi)星運(yùn)行都很正常,只有北斗出現(xiàn)問題,頻譜監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,干擾源精準(zhǔn)鎖定了北斗的工作頻段,發(fā)射功率比背景噪聲高出很多。
而且這種干擾信號的調(diào)制方式和北斗信號很像,明顯是有備而來,屬于針對性的惡意干擾,不是偶然的電磁環(huán)境異常。
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這次干擾對北斗來說是生死考驗,因為國際電信聯(lián)盟分配給北斗的頻段使用權(quán),有效期只剩18個月,時間非常緊迫。
如果不能在短期內(nèi)解決干擾問題,前期投入的上百億元研發(fā)經(jīng)費(fèi)就會白費(fèi),已經(jīng)發(fā)射的衛(wèi)星會變成太空廢鐵,后續(xù)幾十顆組網(wǎng)衛(wèi)星的發(fā)射計劃也得被迫停止。
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更關(guān)鍵的是,這會讓我國失去在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域構(gòu)建獨(dú)立時空基準(zhǔn)的機(jī)會,以后在很多領(lǐng)域還是要依賴外國導(dǎo)航系統(tǒng),處處受制于人。
面對這個困境,不少專家提出了“避讓”方案,就是放棄北斗現(xiàn)在的工作頻段,申請新的頻率資源,避開干擾。
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但這個方案弊端很大,不僅需要重新協(xié)調(diào)全球無線電規(guī)則,還要重啟所有星地設(shè)備的認(rèn)證,至少要花兩年時間,還要追加幾十億元投資。
更重要的是,這次躲過去了,下次對方再換頻段干擾,我們還是沒辦法,永遠(yuǎn)處于被動挨打的局面,根本解決不了根本問題。
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關(guān)鍵時刻,國防科大的王飛雪教授站了出來,他當(dāng)時35歲,帶領(lǐng)團(tuán)隊主動立下軍令狀,承諾用87天時間,交付能解決干擾的抗干擾終端。
這個承諾在當(dāng)時看來很難實現(xiàn),因為連美國的相關(guān)公司,同類項目立項四年,還停留在仿真驗證階段,沒有實際成果。
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王飛雪團(tuán)隊沒有選擇避讓,而是決定硬剛干擾,從干擾信號的本質(zhì)入手,研發(fā)能讓北斗自主抵抗干擾的技術(shù)。
他們摒棄了傳統(tǒng)的溯源反制思路,創(chuàng)新提出了“接收機(jī)自適應(yīng)免疫”技術(shù),讓北斗的終端能自主識別自己的信號,過濾掉干擾信號。
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為了加快進(jìn)度,團(tuán)隊進(jìn)駐了屏蔽實驗室,開啟了極限攻關(guān)模式,每天工作時間都在16小時以上,吃住幾乎都在實驗室里。
他們輪班值守儀器,困了就簡單休息一會兒,醒來繼續(xù)工作,甚至用食堂的打包盒當(dāng)臨時的電路板支架,借其他課題組的閑置示波器完成測試。
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期間,他們先后修改了37版硬件架構(gòu)設(shè)計,構(gòu)建了12類典型干擾場景的測試平臺,完成了2187次閉環(huán)驗證試驗,推翻了很多不成熟的方案。
每一次測試、每一次修改,都是為了讓抗干擾技術(shù)更穩(wěn)定,確保能徹底破解干擾,讓北斗衛(wèi)星恢復(fù)正常工作。
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在攻關(guān)最緊張的階段,團(tuán)隊成員幾乎沒有休息時間,連除夕夜都在實驗室調(diào)試設(shè)備,一門心思撲在技術(shù)突破上。
經(jīng)過70多天的日夜奮戰(zhàn),他們終于取得了突破,實測數(shù)據(jù)顯示,北斗的抗干擾容限達(dá)到了更高標(biāo)準(zhǔn),抗干擾性能比原來提升了1000倍。
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這個性能提升,意味著北斗接收機(jī)在強(qiáng)干擾環(huán)境下,能快速捕獲到自己的信號,再也不會被干擾信號影響,定位精度也能恢復(fù)到原來的水平。
他們研制的新型抗干擾載荷,很快被裝到北斗二號首星上進(jìn)行驗證,測試結(jié)果非常理想,衛(wèi)星接收指令的成功率從不足三成回升到99.7%。
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王飛雪團(tuán)隊最終提前21天完成了任務(wù),成功破解了某國的電磁干擾,讓北斗二號的組網(wǎng)計劃得以按原節(jié)點重啟,避免了國家的巨額損失。
北斗系統(tǒng)總設(shè)計師孫家棟院士親自去長沙驗收,當(dāng)場題詞肯定了他們的成績,稱這支團(tuán)隊是“新時代的航天尖刀連”。
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其實在這之前,我國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域一直面臨國外的技術(shù)封鎖,比如早年參與國外導(dǎo)航計劃時,被禁止接觸核心技術(shù),最后只能被迫退出,啟動自主攻關(guān)。
北斗從立項開始,就堅持自主可控的路線,400多家單位、30多萬科研人員聯(lián)合攻關(guān),攻克了很多關(guān)鍵核心技術(shù),實現(xiàn)了100%國產(chǎn)化。
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王飛雪團(tuán)隊的這次突破,不僅解決了當(dāng)時的干擾危機(jī),更讓我國掌握了衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾的核心技術(shù),打破了國外的技術(shù)壁壘。
后續(xù)發(fā)射的北斗衛(wèi)星,都搭載了這種抗干擾技術(shù),再也不怕類似的惡意干擾,為北斗系統(tǒng)的順利建成提供了重要保障。
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2012年底,升級后的北斗二號正式面向亞太地區(qū)開通服務(wù),之后北斗三號的建設(shè)也穩(wěn)步推進(jìn),一步步實現(xiàn)全球組網(wǎng)。
到2020年,北斗三號全球組網(wǎng)完成,在軌運(yùn)行衛(wèi)星達(dá)到50多顆,覆蓋全球200多個國家和地區(qū),定位精度、授時精度都達(dá)到世界頂尖水平。
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現(xiàn)在,北斗的終端設(shè)備社會保有量超過20億臺套,不管是民用的手機(jī)導(dǎo)航、農(nóng)業(yè)測繪、交通運(yùn)輸,還是國防領(lǐng)域的軍事導(dǎo)航,都能用到北斗的服務(wù)。
回想當(dāng)年的干擾事件,如果沒有王飛雪團(tuán)隊的挺身而出、攻堅克難,北斗系統(tǒng)可能就會中途夭折,我國也很難在短時間內(nèi)擁有自主的全球?qū)Ш较到y(tǒng)。
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王飛雪團(tuán)隊的突破,不是偶然,而是他們長期積累、日夜鉆研的結(jié)果,也是我國航天人自主創(chuàng)新、迎難而上的縮影。
這次破解干擾、性能提升1000倍的經(jīng)歷,讓北斗系統(tǒng)擁有了強(qiáng)大的電磁防護(hù)能力,也讓我國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域徹底擺脫了國外的技術(shù)封鎖,掌握了發(fā)展主動權(quán)。
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如今的北斗,已經(jīng)成為我國的國之重器,不僅服務(wù)于我國的發(fā)展,還為全球很多國家提供導(dǎo)航服務(wù),成為全球公共基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。
而這一切的起點,就是2007年那次絕境中的技術(shù)突破,是王飛雪和他的團(tuán)隊,用智慧和汗水,為北斗的建成鋪平了道路。
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