专访北斗三号系统卫星总设计师：我们如何保障卫星的持续先进性？

北斗三号全球卫星导航已经正式向全球开通全系统服务。按照我国导航战略需求，2035年还将建设更加泛在、更加融合、更加智能的综合定位导航授时系统。

中科院微小卫星创新研究院副院长、北斗三号系统卫星总设计师林宝军8月3日接受第一财经记者电话采访时表示：“下一代北斗卫星不仅要满足用户的简单需求，还要创造需求和引领需求。未来北斗将不仅能为地球提供导航，还能面向深空，支持天文导航。”

林宝军称，北斗工程设计之初打破了新技术不超过30%的惯例，新技术占比超过70%，从而保障长寿命卫星的持续先进性。

“长板理论”保障卫星的持续先进性

林宝军对第一财经记者表示，导航系统全产业链是一个2万亿元人民币规模的市场，去年北斗市场的产值已经达到3000多亿元人民币。随着北斗用户规模进一步上升，未来成本降低是必然趋势。

他还称，我国的北斗产业链已经从材料、芯片到终端单机，都实现了技术的自主可控。“我们用的龙芯CPU以及北斗的操作系统，都是核心技术自主可控的。”林宝军告诉第一财经记者，“北斗的核心器部件已经实现了完全的国产化。”

位于上海张江的中科院微小卫星创新研究院，是北斗卫星团队中的主力军。35颗包括试验卫星在内的北斗三号卫星中，有12颗是上海研制和发射，实现了众多关键技术的突破与创新。林宝军介绍称，北斗导航系统的定位精度指标在国际四大导航系统中处于领先，北斗系统时频精度更优、信号质量更好、用户体验更佳。

林宝军还介绍，“星间链路”使得卫星观测的PDOP值提高了10倍至30倍，测控覆盖从30%提高到100%，导航能力再上台阶，北斗三号实现了相当于美国GPS2到GPS3的跨越。

林宝军告诉第一财经记者，技术攻关常常需要十年磨一剑，而卫星的寿命一般在10年至12年，这意味着到了卫星的“寿命末期”很难保持技术上的先进性。为了突破这一天花板，中科院北斗导航卫星研制团队采用不寻常的“长板理论”——硬件指标按最长的板来设计卫星，对导航卫星的配置进行前瞻性规划，研制中做好保底准备，守住工程建设底线，并不断用技术创新和软件升级来补齐短板。

“如何保障卫星的持续先进性，是工程初期困扰我们很长时间的一个命题。”林宝军说道，“为了解决这一难题，研发人员打破了以往新技术不超过30%的惯例，在配置上尽量进行前瞻性的规划，新技术占比甚至超过70%。”

以地面覆盖为例，研发人员提出了“相控阵”这种国际上从未使用过的星间链路方案，实现了“一星通、星星通”。

“如今新技术不断涌现、系统更新周期很快的情况下，这种做法更有利于提高系统的性能。”林宝军说道，“在产品的研制过程中，我们采用符合客观规律的创新技术，再加上成熟的工艺、充分的地面试验，实现产品的快速定型。”

“卫星进入太空之后虽然无法变动硬件，但是我们把软件做到天上后，也能通过天地间的通道，对软件进行重构和在轨赋能，来持续改进产品性能，就像手机App软件能升级更新一样。”他对第一财经记者说道。

不过他表示，卫星发射到天上后，一般不需要经常更新软件。“理论上软件虽然都会有错误，但是这种错误发生的频率不会很高，可能几年出现一次。”林宝军对第一财经记者表示，“另外卫星导航信号可能随着技术的发展变得更好，定位的精度更高，这些都能通过天上在轨的计算机加以修改和重构信号体制，让卫星在天上‘有错能改’、‘自我修复’、‘刷新功能’。”

融合时空谋共赢

所谓“天上建好，地上用好”，时空的融合才能谋求共赢。林宝军告诉第一财经记者，中国过去很长一段时间都在关注“天上怎么建”，未来更重要的任务是要搞清楚“地上怎么用”。“天上建好了，相当于有了工具，就好像是定位的尺子有了，那么接下来就是要学会怎么去用这把刻度很精确的尺子，用得好它的精度可以达到厘米级。”林宝军对第一财经记者表示。

林宝军表示，目前北斗芯片供应已经达到了亿级规模，80%的智能手机都用上了北斗导航。在全国各地的防汛减灾工作中，北斗综合减灾示范项目，发挥北斗终端移动4G+短报文多网络融合的通信保障优势，开展灾区灾害信息报送。

此外，近日已经有时空智能服务企业启动了业内首个高精度定位大规模路测，将在全国的高速公路和主要城市高速路开展算法验证，标志着北斗高精度定位量产技术在智能驾驶领域大规模落地，为智能驾驶提供时空智能基础设施的安全保障。

北斗系统在融合应用方面也在不断拓展新领域，在工业互联网、物联网、车联网等新兴应用领域，自动驾驶、自动泊车、自动物流等创新应用层出不穷，规模进一步扩大。目前数百万辆出租车、公交车和卡车也都能够接受北斗信号，如交通运输部建设运行的营运车辆动态监管系统，入网车辆已超过650万辆。

7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成并正式开通服务。当天，林宝军为北斗导航写了一首藏头诗：“自主铸就北斗星，创新擘画玉汝成；开放彰显乾宇志，融合时空谋共赢。”

他告诉第一财经记者：“从无到有，从区域到全球，北斗卫星导航系统实现了真正的跨越式发展。这是我国第一个复杂网络、高性能、又离老百姓最近的航天系统工程，我们一定要管好用好已经在轨的北斗卫星，并为下一代导航卫星继续奋战。不仅要让广大用户对北斗用得放心，而且相信并喜欢北斗。”

他表示，下一代北斗卫星的发展将是由需求引领的，将会越来越关注创新应用，不仅是在室外指引方向，而且能结合5G等先进通讯技术实现室内精确导航，不仅能在海面提供导航定位和搜救服务，而且能深入到水下，不仅能为地球表面导航，而且会向地月系统延伸，最终成为能为深空探路引航的天文导航系统。