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北斗三号放弃进口芯片改用国产龙芯,为什么?

《中国经济周刊》记者 贾璇 |上海报道

告别受制于人!

1993年,我国“银河号”货轮从天津港出发前往伊朗,行至印度洋公海海域时突遇美国拦截,称该货轮涉嫌运输化学武器,要求上船检查。就在中方考虑如何回应时,美国直接切断了货轮的GPS信号。一时间,“银河号”在海上失去方向,寸步难行。

时任外交部国际司副司长的沙祖康回顾这段历史时,连用了好几个“窝囊”:“拒绝,窝囊,我们要背黑锅;让他们去查,某种程度上我们受到了侮辱,也窝囊”。

看人脸色的滋味不好受。次年,中国启动自主建设、独立运行的卫星导航系统——北斗。

2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式举行,中国成为世界第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家。

就像水和空气一样,现代人的生活已经离不开导航。北斗三号将给人们生活带来哪些改变?iphone 12会兼容北斗吗?北斗的“国产心脏”龙芯有何来头?

近日,《中国经济周刊》就相关问题独家专访了北斗三号系统卫星总设计师、中科院微小卫星创新研究院副院长林宝军。

“在四大导航系统里,原来的目标是争二保三,但我觉得既然上场就要进球,我的目标就是世界第一,否则咱就别做,”林宝军说。

思路大胆的林宝军被人称为“北斗狂人”,他认为按部就班跟别人走,不可能实现超越。此次他带领的81人首发星团队,平均年龄只有31岁,他们用三年零三个月的时间,顺利完成北斗三号12颗组网卫星的部署任务,实现美国GPS 2到GPS 3二十年才能完成的跨越。

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林宝军接受专访  摄影:《中国经济周刊》记者 王雨菲

《中国经济周刊》:您如何评价北斗三号从设计到具体实施的过程?

林宝军:可以说超乎预期,没有遗憾。团队有自信、有追求、有梦想。

最后一颗组网星打完后,我收到一条短信,说“这颗星终于成功了,我们完成了别人认为不可能完成的事情。”

实际上,每一颗星都倾注了我们的心血和感情,每一颗星都体现了北斗人的拳拳报国之心。虽然过程有挫折,但我认为这都是前进途中必须交的学费。就像生活,酸甜苦辣咸必须都有。

我们团队这帮“不知天高地厚”的年轻人,每天绑在一起,干自己喜欢的事业,这就是一种幸福,我为这群年轻人点赞。

 

《中国经济周刊》:美国苹果公司可以说是领航GPS市场的公司。有消息透露,iPhone12有可能兼容北斗信号,对此您如何看? 

林宝军我估计是必然的,否则iPhone12一定会惨遭淘汰。人类不会有好东西不用,况且北斗系统提供的服务是免费的。

古代中国人发明的指南针,全世界都在用,北斗是中国航天人给世界的又一贡献。建设北斗不是为了称霸世界,是为了造福全人类。

《中国经济周刊》:北斗三号打破一颗卫星上新技术不超过30%的惯例,新技术比例达到70%,底气何来?

林宝军:我压根儿没考虑这个惯例,这是观念的突破。别人认为进口的东西更保险,这是大家惯有的观念,没人敢用国产的。我们团队不然,只要理论行得通、验证充分了,国产不等于不保险。

《中国经济周刊》:北斗三号比计划提前半年完成组网,是如何做到的?

林宝军:用靠谱创新的技术、成熟的工艺,加上充分的地面实验,就可以实现跨越。

一般来讲,我们拿到一个问题,先分析欧美国家在做什么,把这个调研清楚后,找到和他们的差距,确定好关键技术,攻克后缩短差距。但是你想想,如果他们的目标错了,不就把人带到沟里去了?

我的想法是,不要以他们为目标,也不要以权威为准,要以客观事物发展的本质需求为目标。

像星间链路技术,让北斗实现了“一星通,星星通”。一开始所有人都认为,这只是个方向,连美国人都还没做出来,中国人不可能做出来。事实证明,我们不仅做出来了,还使北斗系统的整体精度一下子提升到世界领先水平。

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设计师在北斗三号总装大厅保护卫星电源控制器。 摄影:《中国经济周刊》记者 王雨菲

《中国经济周刊》:北斗三号卫星的自主运行是指什么?

林宝军:就是地面什么都不用管,北斗三号卫星自己在天上工作。

比如,卫星大部分时间是全阳照,但在太阳阴影处,两翼的太阳能充电板就没电了,这时需要地面控制,让蓄电池放电。现在是卫星自己就都操作了。北斗三号组网卫星可以在不依赖地面的情况下自主运行,并保证用户的精度。

《中国经济周刊》:芯片是卫星最核心的元器件,北斗三号的“心脏”采用中科院研发的国产龙芯,背后原因是什么?

林宝军:北斗三号在天上要实现星间链路、轨道运算、运行管理、波速指向和路由等功能,需要很大的运算量。

原来我们用的是欧洲sc80c32芯片,为了满足上述功能,需要用好多块芯片合起来。国产的龙芯,一片是它运算能力的十倍,所以我们下决心用。

另外,在天上工作时,sc80c32芯片大概一周会出现一次计算错误,但龙芯累计寿命已经30年了,出错率是零。基本上可以说,一块龙芯是十块欧洲芯片的能力。

所以说,国产不等于不好,国产不等于不可靠。

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龙芯芯片  (图片来源:中科院微小卫星创新研究院提供)

《中国经济周刊》:如果北斗三号35颗卫星中,有出现问题或者故障的小卫星,系统还能正常运作吗?

林宝军:从导航原理来讲,只要见到4颗星就可以定位。北斗星座在设计之初已经考虑了必要的冗余,打到天上的星,比我们正常功能需求要富余很多。这样做就是希望当1、2颗卫星出现问题的时候,全球用户仍然能正常使用。

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采访中,林宝军打开随身手机,屏幕显示研究院所处的上海张江地区上空,有15颗北斗卫星,9颗GPS卫星和10颗伽利略卫星。摄影:《中国经济周刊》记者 王雨菲

《中国经济周刊》:虽然我们的北斗比一般的小卫星寿命更长,可达10-12年,但卫星在轨很难维护、修复和更换,北斗三号服役期满后如何处理?

林宝军:我们会不断地补发备份星。服役期满的小卫星就回不到地球了,让它飘到更高的坟墓轨道去。如果卫星还能满足要求,会继续用。

《中国经济周刊》:北斗三号组网成功,是否说明我们实现了天地一体化?

林宝军:这个网实际上已经实现天地一体化了。

北斗55颗卫星组成的网,是目前中国卫星最多、最复杂,而且最贴近民众的网。其他比如遥感卫星等,大家可能体验不到,导航卫星和智能手机,和咱们的生活最密切相关。

比如我身在运控大厅里,可以每三秒钟看到指定卫星的数据,它在天上到底怎么样,我在地上都能看见。再加上实现了星间链路,我可以给天上的各个卫星发送指令。

《中国经济周刊》:北斗三号55颗卫星,其实是不同的团队在做,怎么保证质量?

林宝军:功能定义成一样,协议定义成一样,协议标准等做成一样就可以了。

上海团队共发射了12颗卫星,长相都差不多,但试验星和组网星“肚子里”的东西会有微弱的区别。我们的技术在不断进步,卫星的功能也越来越强。像首发星还没配置氢钟,第二颗星的时候就上了。明年再打星就要上激光冷原子钟了,技术在不断跨越。

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中国科学院上海天文台自主研发的被动型星载氢原子钟  摄影:《中国经济周刊》记者 王雨菲

《中国经济周刊》:北斗三号组网成功后带来巨大商业价值,“北斗+”“+北斗”的想象空间无限大,您怎么看? 

林宝军:确实是无限大。任何数据没有时间和位置的属性,就是无用的数据。跟我们生活息息相关的信息,80%都和时空有关。说导航是国家信息的基石,是全人类基础性的公共设施,是国之重器,怎么说都不过分。

大家都说时间就是金钱,确实是。比如说银行结算,时间上差一毫秒结算日期就会变,没准几十个亿就损失掉了。再比如在泥石流之前,通过卫星导航系统测绘监测到极其轻微的形变,就可以提前安排人员撤退,减少损失。

北斗和百姓生活太密切了,能应用的场景太多。

责编 | 姚坤

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