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北斗三號放棄進口芯片改用國產龍芯,為什么?

《中國經濟周刊》記者 賈璇 |上海報道

告別受制于人!

1993年,我國“銀河號”貨輪從天津港出發前往伊朗,行至印度洋公海海域時突遇美國攔截,稱該貨輪涉嫌運輸化學武器,要求上船檢查。就在中方考慮如何回應時,美國直接切斷了貨輪的GPS信號。一時間,“銀河號”在海上失去方向,寸步難行。

時任外交部國際司副司長的沙祖康回顧這段歷史時,連用了好幾個“窩囊”:“拒絕,窩囊,我們要背黑鍋;讓他們去查,某種程度上我們受到了侮辱,也窩囊”。

看人臉色的滋味不好受。次年,中國啟動自主建設、獨立運行的衛星導航系統——北斗。

2020年7月31日,北斗三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式舉行,中國成為世界第三個獨立擁有全球衛星導航系統的國家。

就像水和空氣一樣,現代人的生活已經離不開導航。北斗三號將給人們生活帶來哪些改變?iphone 12會兼容北斗嗎?北斗的“國產心臟”龍芯有何來頭?

近日,《中國經濟周刊》就相關問題獨家專訪了北斗三號系統衛星總設計師、中科院微小衛星創新研究院副院長林寶軍。

“在四大導航系統里,原來的目標是爭二保三,但我覺得既然上場就要進球,我的目標就是世界第一,否則咱就別做,”林寶軍說。

思路大膽的林寶軍被人稱為“北斗狂人”,他認為按部就班跟別人走,不可能實現超越。此次他帶領的81人首發星團隊,平均年齡只有31歲,他們用三年零三個月的時間,順利完成北斗三號12顆組網衛星的部署任務,實現美國GPS 2到GPS 3二十年才能完成的跨越。

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林寶軍接受專訪  攝影:《中國經濟周刊》記者 王雨菲

《中國經濟周刊》:您如何評價北斗三號從設計到具體實施的過程?

林寶軍:可以說超乎預期,沒有遺憾。團隊有自信、有追求、有夢想。

最后一顆組網星打完后,我收到一條短信,說“這顆星終于成功了,我們完成了別人認為不可能完成的事情。”

實際上,每一顆星都傾注了我們的心血和感情,每一顆星都體現了北斗人的拳拳報國之心。雖然過程有挫折,但我認為這都是前進途中必須交的學費。就像生活,酸甜苦辣咸必須都有。

我們團隊這幫“不知天高地厚”的年輕人,每天綁在一起,干自己喜歡的事業,這就是一種幸福,我為這群年輕人點贊。

 

《中國經濟周刊》:美國蘋果公司可以說是領航GPS市場的公司。有消息透露,iPhone12有可能兼容北斗信號,對此您如何看? 

林寶軍我估計是必然的,否則iPhone12一定會慘遭淘汰。人類不會有好東西不用,況且北斗系統提供的服務是免費的。

古代中國人發明的指南針,全世界都在用,北斗是中國航天人給世界的又一貢獻。建設北斗不是為了稱霸世界,是為了造福全人類。

《中國經濟周刊》:北斗三號打破一顆衛星上新技術不超過30%的慣例,新技術比例達到70%,底氣何來?

林寶軍:我壓根兒沒考慮這個慣例,這是觀念的突破。別人認為進口的東西更保險,這是大家慣有的觀念,沒人敢用國產的。我們團隊不然,只要理論行得通、驗證充分了,國產不等于不保險。

《中國經濟周刊》:北斗三號比計劃提前半年完成組網,是如何做到的?

林寶軍:用靠譜創新的技術、成熟的工藝,加上充分的地面實驗,就可以實現跨越。

一般來講,我們拿到一個問題,先分析歐美國家在做什么,把這個調研清楚后,找到和他們的差距,確定好關鍵技術,攻克后縮短差距。但是你想想,如果他們的目標錯了,不就把人帶到溝里去了?

我的想法是,不要以他們為目標,也不要以權威為準,要以客觀事物發展的本質需求為目標。

像星間鏈路技術,讓北斗實現了“一星通,星星通”。一開始所有人都認為,這只是個方向,連美國人都還沒做出來,中國人不可能做出來。事實證明,我們不僅做出來了,還使北斗系統的整體精度一下子提升到世界領先水平。

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設計師在北斗三號總裝大廳保護衛星電源控制器。 攝影:《中國經濟周刊》記者 王雨菲

《中國經濟周刊》:北斗三號衛星的自主運行是指什么?

林寶軍:就是地面什么都不用管,北斗三號衛星自己在天上工作。

比如,衛星大部分時間是全陽照,但在太陽陰影處,兩翼的太陽能充電板就沒電了,這時需要地面控制,讓蓄電池放電?,F在是衛星自己就都操作了。北斗三號組網衛星可以在不依賴地面的情況下自主運行,并保證用戶的精度。

《中國經濟周刊》:芯片是衛星最核心的元器件,北斗三號的“心臟”采用中科院研發的國產龍芯,背后原因是什么?

林寶軍:北斗三號在天上要實現星間鏈路、軌道運算、運行管理、波速指向和路由等功能,需要很大的運算量。

原來我們用的是歐洲sc80c32芯片,為了滿足上述功能,需要用好多塊芯片合起來。國產的龍芯,一片是它運算能力的十倍,所以我們下決心用。

另外,在天上工作時,sc80c32芯片大概一周會出現一次計算錯誤,但龍芯累計壽命已經30年了,出錯率是零?;旧峡梢哉f,一塊龍芯是十塊歐洲芯片的能力。

所以說,國產不等于不好,國產不等于不可靠。

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龍芯芯片  (圖片來源:中科院微小衛星創新研究院提供)

《中國經濟周刊》:如果北斗三號35顆衛星中,有出現問題或者故障的小衛星,系統還能正常運作嗎?

林寶軍:從導航原理來講,只要見到4顆星就可以定位。北斗星座在設計之初已經考慮了必要的冗余,打到天上的星,比我們正常功能需求要富余很多。這樣做就是希望當1、2顆衛星出現問題的時候,全球用戶仍然能正常使用。

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采訪中,林寶軍打開隨身手機,屏幕顯示研究院所處的上海張江地區上空,有15顆北斗衛星,9顆GPS衛星和10顆伽利略衛星。攝影:《中國經濟周刊》記者 王雨菲

《中國經濟周刊》:雖然我們的北斗比一般的小衛星壽命更長,可達10-12年,但衛星在軌很難維護、修復和更換,北斗三號服役期滿后如何處理?

林寶軍:我們會不斷地補發備份星。服役期滿的小衛星就回不到地球了,讓它飄到更高的墳墓軌道去。如果衛星還能滿足要求,會繼續用。

《中國經濟周刊》:北斗三號組網成功,是否說明我們實現了天地一體化?

林寶軍:這個網實際上已經實現天地一體化了。

北斗55顆衛星組成的網,是目前中國衛星最多、最復雜,而且最貼近民眾的網。其他比如遙感衛星等,大家可能體驗不到,導航衛星和智能手機,和咱們的生活最密切相關。

比如我身在運控大廳里,可以每三秒鐘看到指定衛星的數據,它在天上到底怎么樣,我在地上都能看見。再加上實現了星間鏈路,我可以給天上的各個衛星發送指令。

《中國經濟周刊》:北斗三號55顆衛星,其實是不同的團隊在做,怎么保證質量?

林寶軍:功能定義成一樣,協議定義成一樣,協議標準等做成一樣就可以了。

上海團隊共發射了12顆衛星,長相都差不多,但試驗星和組網星“肚子里”的東西會有微弱的區別。我們的技術在不斷進步,衛星的功能也越來越強。像首發星還沒配置氫鐘,第二顆星的時候就上了。明年再打星就要上激光冷原子鐘了,技術在不斷跨越。

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中國科學院上海天文臺自主研發的被動型星載氫原子鐘  攝影:《中國經濟周刊》記者 王雨菲

《中國經濟周刊》:北斗三號組網成功后帶來巨大商業價值,“北斗+”“+北斗”的想象空間無限大,您怎么看? 

林寶軍:確實是無限大。任何數據沒有時間和位置的屬性,就是無用的數據。跟我們生活息息相關的信息,80%都和時空有關。說導航是國家信息的基石,是全人類基礎性的公共設施,是國之重器,怎么說都不過分。

大家都說時間就是金錢,確實是。比如說銀行結算,時間上差一毫秒結算日期就會變,沒準幾十個億就損失掉了。再比如在泥石流之前,通過衛星導航系統測繪監測到極其輕微的形變,就可以提前安排人員撤退,減少損失。

北斗和百姓生活太密切了,能應用的場景太多。

責編 | 姚坤

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