2020年7月31日北斗三号全球卫星导航系统正式开通中国成为第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家二十余年间从技术攻关到组网中国科学院在北斗系统精准定位的核心——时空基准的建立、保持和传递技术中作出了突出贡献2007年上海微小卫星工程中心（中国科学院微小卫星创新研究院〈以下简称卫星创新院〉前身）向中国科学院请缨参与北斗系统攻关研究2009年，北斗三号工程实施方案获批中国科学院任命时任载人航天工程应用系统副总设计师林宝军为卫星总设计师林宝军给自己确立的目标是要做出能经受住历史考验与大国气度相当的大国重器为了给卫星“瘦身”林宝军将原来十几个分系统合并成电子学、控制、结构、载荷四大功能链简化了系统结构同时提升了整体可靠性同时，在“后墙”不倒的前提下团队选用成熟的元器件和工艺路线确保创新技术落地使卫星整体技术领先2015年3月30日北斗三号全球系统首发试验星成功升空入轨这也是中国科学院抓总研制的第一颗北斗导航卫星这颗试验星的新技术超过70%运行良好▲北斗三号全球系统首发试验星。卫星创新院供图全球卫星导航系统包含导航、定位、授时三大功能时间基准技术水平直接决定导航定位精度其中原子钟被称为导航卫星的“心脏”目前实现导航卫星应用的有铷原子钟（以下简称铷钟）、铯原子钟和氢原子钟（以下简称氢钟）中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员梅刚华带领团队从1997年开始便扎进了星载铷钟的研究使我国星载原子钟实现从无到有的跨越第一代星载铷钟满足了北斗二号工程建设需求2016年，甚高精度铷原子钟成功通过验收无论是短稳还是长稳均超过了GPS的铷原子钟▲铷钟数据监测室工作现场。精密测量院供图星载氢原子钟具备频率稳定性好、漂移率小的特点保证精度的同时还能提高卫星的自主运行能力卫星创新院团队决定采用“氢钟+铷钟+钟组无缝切换的时频技术”设计确保当某个原子钟出现异常时导航系统运行不会中断卫星时频系统交给了两个年轻人如今的卫星创新院研究员、北斗三号卫星总设计师张军以及中国科学院上海天文台（以下简称上海天文台）正高级工程师帅涛他们与时任中国科学院国家授时中心（以下简称授时中心）时间频率测量与控制研究室主任李孝辉等共同攻关在学科交叉中探索出了一套拥有自主知识产权的数字化星载原子时频解决方案实现了主备原子钟切换时输出信号的相位误差不到五百亿分之一秒满足了“无缝切换”的要求▲北斗三号导航卫星桌面联试现场。卫星创新院供图上海天文台是国内首家开展氢钟研制的单位到北斗三号工程实施时已开发出第四代地面氢钟在研究员林传富的带领下上海天文台首次将电极式微波腔技术、双频电路技术应用于星载氢钟的研制2015年9月首台双频被动式氢钟搭载试验卫星进入太空在轨数据表明核心指标优于伽利略系统的星载氢钟▲上海天文台星载氢钟团队。上海天文台供图2015年，授时中心建成了第一颗北斗导航卫星的地面支持系统以及我国第一套全面的、实时连续运行的全球卫星导航系统时间、信号授时和轨道性能评估系统在提高北斗系统时间的准确性、稳定性和自主性方面发挥了重要作用卫星激光测距系统好比一把“量天尺”可用于标校北斗的定位、导航等指标精度2019年可移动式激光测距系统研制完成并通过验收其中最大的挑战是“一键式”只要按下控制键移动站就能从密闭的长方体变为可供人进入并操作的平台上海天文台正高级工程师张忠萍带领团队完成了挑战最远测距可达38800公里最佳测距误差在亚厘米级▲激光测距信号接收系统安装调试。上海天文台供图要服务用户导航、定位、授时必须首先计算出卫星的位置和时间等信息确定北斗系统的时空基准这项任务由北斗卫星工程地面运控系统主控站下属的信息系统实现信息处理系统被喻为北斗导航系统的“大脑”上海天文台的信息处理系统团队提出了系列新技术在地面观测网仅有GPS系统1/50的情况下达到了国际先进的性能指标在北斗三号的空间基准建立维护工作中实现了与最新版国际地球参考框架ITRF对齐作为“国家队”中国科学院主动参与北斗建设每位参与的科研人员都以昂扬的斗志投入北斗工程的建设他们正在进一步发扬北斗精神为实现“2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系”目标而不懈努力

全文请见9月26日《中国科学报》将刊发的文章创新，撑起北斗的时空基准来源：中国科学报责任编辑：刘映含