2007 年,北斗二号首颗卫星刚上天没多久,就出了大麻烦。
地面往上发指令,卫星能收到的连一半都不够。
信号一会儿有一会儿没,完全不稳定。
偏偏同一片天上,GPS 正常,格洛纳斯也正常,就北斗不行。
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技术团队反复排查之后得出一个结论 —— 有人在针对北斗的工作频段实施电磁干扰。
干扰信号带着伪码与噪声,频率跟北斗高度重叠,明摆着是冲着北斗来的。
你说这是 "偶然电磁环境异常"?没人会信这种话。
这事放在谁身上都得慌,那可是北斗二号的第一颗星,是整个工程的开门第一炮,更是中国抢下导航频段的生死线。
这事得先从卫星导航的根本说起,咱们老百姓现在开车、点外卖、甚至种地收庄稼,都离不开导航系统。
可在当年,全球好用的导航系统就那么几个,美国的GPS一家独大,俄罗斯的格洛纳斯紧随其后,咱们中国想搞自己的北斗,第一步就得先抢到太空中的导航频段。
这频段就好比是太空里的地皮,国际电信联盟有个铁规矩,谁先申请到,就得在七年之内把卫星打上去,还得成功传回信号,不然这块“地皮”就自动作废,谁抢到算谁的。
2000年,咱们好不容易和欧洲伽利略系统一起,申请到了一段关键的导航频段,七年的倒计时就此开启,截止日期就定在2007年4月17日。
为了保住这来之不易的“太空地皮”,整个北斗团队拼了命地赶进度,硬生生把原本计划年底发射的卫星,提前到了2007年4月14日。
那天,长征火箭托举着北斗二号首颗卫星,从西昌卫星发射中心直冲云霄,全国上下都在为这件事欢呼,可谁也没想到,危机已经悄无声息地来了。
卫星顺利入轨之后,地面测控中心的气氛一下子就降到了冰点。工作人员发现,从地面往卫星上发送的指令,卫星能成功接收到的连一半都不到,信号时有时无,忽强忽弱,就像老式收音机信号不好一样,断断续续的,根本没法完成正常的导航、测控工作。
更让人心里发毛的是,同一片空域里,美国的GPS系统运行得稳稳当当,俄罗斯的格洛纳斯系统也一点问题没有,偏偏就咱们中国的北斗卫星出了状况。
技术团队熬了好几个通宵,把卫星本身、地面测控设备、传输链路里里外外查了个遍,所有内部故障都排除了,最后得出一个让所有人后背发凉的结论:有人在专门针对北斗的工作频段,实施定向电磁干扰。
这干扰可不是什么偶然的电磁环境异常,人家是冲着北斗量身定做的。干扰信号里混着伪码和噪声,频率跟北斗的工作频段高度重合,说白了,就是故意用大功率的杂波,把北斗的信号给盖住,让卫星“听不见”地面的指令,也让地面“看不清”卫星传回的信号。
这事放在谁身上不慌啊?这颗卫星可不是普通的试验星,它是北斗二号工程的开门第一炮,更是咱们中国保住导航频段的生死线。
就在卫星发射三天后的4月17日,距离国际电联规定的频段失效期限,就只剩最后四个小时了。
好不容易抢在截止日前把卫星打上去,结果现在卫星被人干扰得几乎成了“太空废品”,要是三个月内解决不了这个问题,不仅下一颗卫星没法发射,后面计划组网的十数颗卫星,发射计划都得无限期推迟。
更严重的是,前期为了研发、发射这颗卫星,国家已经投进去了几十亿的资金,要是频段保不住,这些钱就全打了水漂。
更关键的是,没有自己的导航系统,咱们国家的方方面面都得被人卡脖子。
远的不说,当年银河号货轮在公海上,就是被人切断了GPS信号,在海上漂了三十多天,动弹不得;伊拉克战争的时候,美军随手一关战区的GPS民用信号,对方的制导武器、通信系统直接就成了瞎子。这些教训,咱们记得清清楚楚。
当时国内的专家们聚在北京开会,商量解决办法,绝大多数同行都倾向于选个稳妥的路子,就是“躲”。说白了,就是换个频段,避开人家的干扰,这事之前也有别的国家这么干过。
可这条路子,意味着国家要蒙受几十亿的资金损失,而且这就是个无底洞,这次人家干扰这个频段,你躲了,下次人家再干扰你新的频段,你还往哪躲?永远都被人牵着鼻子走,永远都被动。
另一条路,就是“抗”。不换频段,正面破解干扰,研发咱们自己的抗干扰技术,让卫星就算在强干扰环境里,也能稳稳地收发信号。
这条路子花钱少,能从根上解决问题,可技术难度极大,风险也高得离谱,当时国际上同类的技术攻关,动辄就要好几年时间,没人敢拍胸脯说能在短时间内搞定。
就在所有人都一筹莫展的时候,36岁的国防科技大学教授王飞雪站了出来,当场立下了军令状,说给他三个月时间,一定拿出能解决问题的“抗体”。
这话在当时听来,跟说大话没什么区别,国际上顶尖团队都要几年才能啃下来的硬骨头,他带着一个团队,要在三个月内搞定,几乎没人相信这事能成。
可了解王飞雪的人都知道,他这话不是凭空说的。早在上世纪90年代,24岁的他还是个在读博士生,就带着同学用三年时间,攻克了北斗一号的“快捕精跟”技术,打破了十几个单位、几十位专家十年都没破开的僵局,本事早就摆在那里了。
接下这个硬任务之后,王飞雪带着团队一头扎进了实验室,吃住都在里面,每天工作超过16个小时,困了就用冷水冲头提神,累了就在实验室的椅子上靠一会儿。
为了找到最有效的解决方案,他们前前后后推翻了三十多套技术方案,模拟了上千种不同的干扰场景,一遍又一遍地调试算法、测试设备,连过年都守在实验室里,对着电脑吃了顿饺子。
他们没有走传统的“硬抗”干扰的老路,也没死磕着去找干扰源,而是换了个全新的思路,从卫星的接收机本身入手。
说白了,就是给接收机装上一个“最强大脑”,让它能精准地识别出北斗自己的信号特征,不管外界的干扰噪声有多强,都能自动把这些杂波过滤掉,只听地面传来的合法指令。
谁也没想到,原本承诺的三个月期限,王飞雪团队只用了不到70天,就创造了奇迹。他们成功研发出了具备超强抗干扰能力的卫星载荷,在地面测试中一次性通过,不仅彻底破解了针对北斗的恶意干扰,还把北斗卫星的抗干扰性能,直接在原有基础上提升了1000倍。
这套技术很快就应用到了卫星上,星地联调一次成功。
原本指令接收成功率不足50%的卫星,一下子把成功率拉到了100%,就算干扰功率再翻上几倍,北斗的信号也能稳如泰山。也就是从这时候起,咱们的北斗卫星,彻底拥有了抵御恶意电磁攻击的“金钟罩”。
后来,这项抗干扰技术,被应用到了后续所有发射的北斗卫星上,为北斗二号组网、北斗三号实现全球覆盖,扫清了最大的技术障碍。
现在咱们走到哪都能用上稳定、精准的北斗导航,小到手机定位、共享单车锁车,大到高铁调度、救灾减灾、远洋航行,背后都离不开当年这场惊心动魄的太空保卫战,离不开这群科研人拼了命为中国航天争来的底气。
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