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中国早期导航卫星探索

杨照德
随着我国北斗导航系统的基本建成，导航卫星技术在国防建设、经济建设中的应用范围逐步扩大，取得了初步的社会经济效益。北斗导航系统在促进经济发展、增强国防实力、带动科技进步等方面，正在发挥愈来愈重大的作用。
一代又一代航天人用勇气和智慧铸造了今日导航卫星的成就。在回顾中国卫星导航史的时候，我们不能忘记创业时期“两弹一星”元勋的丰功伟绩。
导航卫星早期论证
1964年，导弹、原子弹试验成功后，钱学森抓住机遇，适时地提出发展人造卫星的规划建议。他认为测地卫星、通信广播卫星、导航卫星等已经有明确的用途。他的思维已经由陆、海、空一体拓展到陆、海、空、天一体化的体系，并以国家大系统的思维考虑国防科技的发展。1965年1月8日，钱学森向国防科委提交了一份题为《研制卫星打算》的报告，建议早日制订我国人造卫星的研究规划，并列入国家任务。报告中明确提出“导航卫星——由卫星上发出无线电信标，舰艇可以利用信标的多普勒频移来测量自己的位置，可以将位置误差降到160米，是由舰艇发射弹道式导弹必须的措施。”
1967年12月，钱学森在安排东方红一号卫星、返回式遥感卫星方案论证与复审会议之后，根据潜艇、测量船研制工作的进度，适时地组织规划组开展导航卫星、通信卫星的探索研究。他要求在论证期间要到海军调研，主动争取并促进导航卫星、通信卫星能在国家立项，从而列入计划，早日着手开展工作。
1968年1月，经钱学森安排决定由何正华、杨照德赴上海南翔镇，参加“718”远洋测量船总体方案论证工作。测量船可在公海水域范围内任意配置，扩大了航天器测控范围，对于进行洲际导弹的远程试验和载人飞船的全程跟踪、数据采集以及救生都是不可缺少的。为了确保各项测控设备在船上能正常工作，需要解决船位的船姿测量以及跟踪波束的稳定问题。导航定位手段拟由惯性导航系统、卫星导航设备、天文经纬仪组成综合定位系统。卫星导航和天文经纬仪导航的高精度数据，校准惯性导航系统因长期航行累计造成的零漂移，可通过计算机使测量船的定位精度达到较高的水平。会上根据测量船工程的需要，对卫星导航定位提出使用要求，一致认为卫星导航是测量船的重要手段。会后，将测量船总体方案有关情况，及时向钱学森、常勇、夏冰等领导作了详细汇报。钱学森指示：“测量船与导航卫星、通信卫星和载人飞船关系密切，要紧密配合，搞好大协作。”
1968年6月，海军呈报中央军委《关于研制和建设潜艇指挥通信、导航系统的报告》，提出了对通信卫星和导航卫星的使用要求，即要求通信和导航实现全球性、全天候、高精度、高速度、高可靠性和不间断地工作；要求在1972年完成微波通信、卫星导航系统的建设；1974年完成超长波通信、导航系统建设。7月9日国防科委要求空间技术研究院尽快论证导航卫星研制方案。钱学森对此十分重视，组织有关人员进行了深入细致的研究。他认为，要完成这一重大任务，无论是技术指标还是在进度要求上，都存在较大的差距。为了确保任务的完成，他向国防科委建议，使用要求必须由用户组织论证。
1969年1月6日至2月5日，海军司令部受国防科委委托，在天津塘沽以三结合的形式召开了卫星导航使用要求论证会议。鉴于当时核潜艇、测量船、导弹、运载火箭、导航卫星、测控跟踪站的论证工作都是处于起步阶段，急需技术交底和相互协调。尽管当时处于“文革”混乱时期，大动乱冲击着每一个角落，然而，各单位仍以国防事业为重，冲破各种阻力，选派技术骨干出席会议。会上，来自一线的海军舰队同志，通过实践体会，介绍了海军舰队对导航的迫切性与使用需求的具体事例，归纳起来可定为“远、深、精、稳”四个字，从而表达了发展中国卫星导航的必要性和迫切性，提出了战术使用要求。经过论证，会议认为，由于技术原因，近期内不可能满足潜艇部队水下导航的要求，可先发展水面卫星导航系统，以解决海军和一般用户的急需。
灯塔一号的艰辛历程
1969年3月13日，国防科委确定导航卫星工程代号为“691”任务。钱学森、常勇亲自安排，抽调相关单位技术人员组成总体研制队伍，由孙家栋、闵桂荣负责主持水面卫星导航系统方案论证。钱学森要求研制人员“上来一把抓，回去再分家”。这就意味着研究总体方案时，各单位都从全局出发，提出几种总体方案进行比较，从中找出具有共性的各系统支撑课题，回去再开展系统项目研究，并尽快提出外协课题。他还反复强调要充分利用已有的研究成果，从正在研制的卫星系统吸取实际经验。总体人员要经常到各分系统单位调研，学习相关专业知识，总体要按照分工对口联系，这样才能起到总体与分系统之间的桥梁作用，从而提高总体设计水平。
1969年6月底，钱学森曾到总体部听取卫星导航系统初步方案论证的汇报。参加会议的有孙家栋、闵桂荣、韦德森、吴玉石、何正华、李秉勣等及总体室有关人员。会上，总体室提出了导航实验卫星和导航应用卫星两个方案报告。对导航卫星的研制工作采取两步走，还是一步走，要不要先经过试验星再到应用星，对这些问题有不同的看法。钱学森为了说服大家，深有体会地讲了许多从事科研工作必须遵循科技发展规律的实例，从而说服大家搞导航卫星应该采用试验卫星和应用卫星两步走的方式。
1969年7月29日至8月11日，受国防科委委托，研究院主持召开了水面卫星导航系统方案论证会。会议由钱学森院长、郭天才副院长主持。国防科委罗舜初、刘华清副主任到会并作了总结发言。会议通过深入、认真的讨论和协商，确定水面卫星导航系统采用双频多普勒体制。这种全被动式导航系统，具有较高的精度，能满足用户要求，且在国内具有一定的技术基础。最后，钱学森指出：“导航卫星是关系国家战略防御和人造卫星发展的重大问题，涉及火箭、潜艇、‘09’工程、‘718’工程等国家重大工程的全局。导航系统的高度综合性和技术复杂性，靠五院一个部门是难以胜任的，必须依靠国家的力量，依靠全国各有关部门和地区的协同支援，把系统方案论证好，安排好各项工作，多次协调，多次试验，尽快圆满完成任务。”
1970年11月，七机部主持召开了导航卫星技术方案论证会。已出任国防科委副主任的钱学森对导航卫星的技术方案进行了深入细致的审查。他建议，将我国的导航卫星命名为“灯塔一号”。此命名经批准后于1972年3月4日正式启用。从此灯塔一号卫星进入工程研制阶段，并于1973年列入国家计划。
1977年4月，灯塔一号初样卫星达到了设计要求，6月转入模样研制阶段，9月进入正样研制阶段。根据研制进度要求，承担灯塔一号卫星设备研制的各单位，均在1980年6月以前完成了星上正样产品4套，这些正样产品也都验收合格。遗憾的是，1980年12月31日，国防科委正式通知，为了进一步贯彻调整方针和研制急用、实用卫星的原则，撤销灯塔一号卫星研制任务，卫星完成环境试验后封存，将卫星资料归档。历时12年的导航卫星研制计划终止。灯塔卫星虽然下马，但它作为我国导航卫星的先驱，却为北斗导航系统积累了经验。
双星定位通信系统
1983年，国家经济和航天技术都有了很大发展，导航卫星的研制又一次提上了日程。国防科工委测控专家陈芳允提出了用两颗地球同步轨道通信卫星上的一段频段，即可确定地面目标任意时刻的位置和海上移动物体的定位导航设想，首创了“双星定位通信系统”。这一大胆的设想，比美国K·G·乔汉森1998年发表同一设想整整早了15年。
当时，全世界拥有或者在建的卫星导航系统只有美国的GPS系统，而卫星导航系统是一个大国重要的战略设施，对维护国家安全、推动经济建设都具有重要意义。经过立项和预先研究，1989年9月25日，国防科工委组织测控部、总参测绘局、电子部成都十所和计量科学院等单位，利用我国位于东经87.5度和110.5度的两颗通信卫星，在北京进行了“双星定位系统”功能演示。经计算机处理参数，一秒钟后显示屏上就出现了这个用户的精确地理位置，误差仅在20米以内。次日，新华社为此发布消息说：“利用两颗卫星将快速定位、通信和定时一体化，并获得理想的试验数据，这在国际上还是首次，快速地位精度达到了国际先进水平。这项卫星应用尖端技术，标志着我国独立开发利用卫星通信资源有了新的突破。”
2000-2003年，依据双星定位理论，我国发射了4颗北斗一号导航卫星，其中两颗为工作星，两颗为备份星，建成了北斗一号区域卫星导航系统，在为中国陆地交通、航海、森林防火等领域提供着良好服务。在多年默默无闻的研发后，北斗卫星导航系统迎来了自己的春天。预计到2020年，北斗全球定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒的同步精度，其精度与GPS相当。

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