自主創(chuàng)新 勇攀高峰北斗全球系統(tǒng)星座部署圓滿收官

◎網(wǎng)信軍民融合編輯部 孫璞

北京時間6 月23 日9 時43 分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第55 顆導(dǎo)航衛(wèi)星，衛(wèi)星順利進入預(yù)定軌道。至此，我國提前半年完成北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署目標(biāo)。

此次發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功標(biāo)志著北斗三號全球星座部署全面完成，也標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“三步走”戰(zhàn)略任務(wù)圓滿收官，也意味著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重點工作今后將從工程建設(shè)轉(zhuǎn)移到維護穩(wěn)定運行、提高服務(wù)水平上來。

從上世紀70 年代的“燈塔計劃”到北斗三號圓滿收官，我國衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)從無到有、從弱到強，都經(jīng)歷了哪些重要的發(fā)展歷程？北斗系統(tǒng)相較于其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都具有哪些技術(shù)優(yōu)勢？北斗系統(tǒng)的應(yīng)用水平究竟怎么樣？我們將深入解讀。

一、艱辛探索，接續(xù)奮斗，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“三步走”戰(zhàn)略任務(wù)圓滿收官

早在北斗工程立項之前，我國曾在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域艱辛探索。20 世紀60 年代末，“燈塔計劃”立項，雖然最終該計劃因技術(shù)方向轉(zhuǎn)型、財力有限等原因終止，但卻為我國衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)積累了寶貴的工程經(jīng)驗。

1983 年，陳芳允院士提出了利用2顆地球同步軌道衛(wèi)星來測定地面和空中目標(biāo)的“雙星定位方案”。經(jīng)過大量理論和技術(shù)研究工作，雙星定位系統(tǒng)概念逐步明晰。

上世紀九十年代，美國GPS 和俄羅斯格洛納斯兩個全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)分別建成并投入使用，建造屬于中國人自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。1994 年，在對“雙星定位方案”進行技術(shù)試驗和工程驗證之后，我國啟動了北斗一號系統(tǒng)工程建設(shè)，正式開啟了適應(yīng)我國國情的衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。

2000 年底，我國正式建成北斗一號系統(tǒng)，解決了中國區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航問題，實現(xiàn)了從無到有的突破。從1994年北斗一號立項到2000 年3 顆GEO 衛(wèi)星組成了全球第3 個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗一號系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了用最少的衛(wèi)星進行定位，具備了對中國用戶提供服務(wù)的能力，跟世界上其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，還獨具短報文通信服務(wù)功能。

2004 年，國家批準了北斗二號系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù)。2007 年4 月14 日，北斗二號首顆衛(wèi)星成功發(fā)射，并于4 月17 日20 時許傳回了信號。此時，距離國際電聯(lián)的“7 年之限”只剩不到4 個小時，北斗二號在驚心動魄中艱難開局。此后直至2012 年，我國完成14 顆北斗衛(wèi)星的發(fā)射組網(wǎng)，北斗二號系統(tǒng)建成。在北斗一號基礎(chǔ)上，北斗二號增加了無源體制，實現(xiàn)了連續(xù)導(dǎo)航與定位報告雙模融合、三頻信號全星座播發(fā)，服務(wù)范圍也擴大至亞太大部分地區(qū)。

2009 年，北斗三號立項，正式開啟了我國衛(wèi)星導(dǎo)航全球組網(wǎng)之旅。2018年底，我國完成19 顆北斗三號衛(wèi)星組網(wǎng)發(fā)射，提前開通全球服務(wù)。2020 年，北斗三號系統(tǒng)提前半年實現(xiàn)了全球組網(wǎng)，35 顆衛(wèi)星覆蓋全球，具備全球完整服務(wù)能力。北斗三號系統(tǒng)繼承了有源和無源兩種體制，可為全球用戶提供定位導(dǎo)航授時、短報文通信、星基增強、國際搜救、精密單點定位等多樣化服務(wù)。

從“燈塔計劃”到北斗三號圓滿收官，我國衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)經(jīng)過五十年發(fā)展，形成了適應(yīng)國情的“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，為世界衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)貢獻了中國方案和中國智慧。

6月23日，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，我國提前半年全面完成北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署。

二、自主創(chuàng)新，攻堅克難，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能指標(biāo)比肩全球

面對國外的技術(shù)封鎖，從北斗一號系統(tǒng)立項開始，自力更生、自主創(chuàng)新就是中國北斗的核心價值。從具有中國特色的混合星座布局到自主創(chuàng)新突破星載原子鐘技術(shù)，從短報文通信到星間鏈路，從精密單點定位到星基增強，北斗人自主創(chuàng)新，攻堅克難，始終把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中。

為解決我國沒有足夠的人力財力進行海外布站、中圓地球軌道衛(wèi)星的很多關(guān)鍵技術(shù)尚未突破等難題，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國際上首次采取了一種讓導(dǎo)航衛(wèi)星分別運行在地球同步靜止軌道、傾斜地球同步軌道和中圓地球軌道上的混合星座方案，既實現(xiàn)了全球覆蓋、全球服務(wù)，又可為亞太大部分地區(qū)用戶提供精度更高的服務(wù)。

星載原子鐘作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最核心的技術(shù)，在北斗二號系統(tǒng)建設(shè)期間遭到了國外的技術(shù)封鎖，上百名科研人員艱苦奮斗、自主創(chuàng)新，僅用兩年時間就攻下了原子鐘的技術(shù)難關(guān)，達到了世界先進水平。不僅如此，現(xiàn)在北斗系統(tǒng)上的原子鐘已提升到每300 萬年才出現(xiàn)1 秒誤差的精度，完全滿足了我國的定位精度要求和衛(wèi)星的使用壽命。

此外，能進行雙向數(shù)字短報文通信和精密授時的短報文通信服務(wù)功能、可不依賴于地面站實現(xiàn)衛(wèi)星獨立組網(wǎng)的星間鏈路都是北斗人自主創(chuàng)新的結(jié)果。

當(dāng)前，北斗系統(tǒng)器部件國產(chǎn)化能力已經(jīng)由“十一五”末的84% 提升至100%，從根本上扭轉(zhuǎn)了關(guān)鍵器部件依賴進口的局面，做到了完全自主可控。北斗系統(tǒng)終端方面，國產(chǎn)芯片、模塊等關(guān)鍵基礎(chǔ)產(chǎn)品取得全面突破，性能指標(biāo)與國際同類產(chǎn)品相當(dāng)，達到了國際先進水平，并具備一定的價格優(yōu)勢，徹底改變了“十一五”末衛(wèi)星導(dǎo)航終端產(chǎn)品受制于人的局面。

三、步步為營，循序漸進，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)立足中國造福人類

“兩彈一星”元勛、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程首任總設(shè)計師孫家棟院士曾說：“我們建設(shè)北斗，關(guān)鍵還是在‘用’。只有用得更加普及，更加深入，這才是贏家?！北倍啡栃l(wèi)星總設(shè)計師陳忠貴指出，作為北斗三號全球組網(wǎng)建設(shè)的收官之星，這顆衛(wèi)星成功發(fā)射后也意味著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重點工作今后將從工程建設(shè)轉(zhuǎn)移到維護穩(wěn)定運行、提高服務(wù)水平上來。建設(shè)北斗，關(guān)鍵在用，作為國家重要時空基礎(chǔ)設(shè)施，北斗正改變著我們的工作與生活。

當(dāng)前，北斗系統(tǒng)已在交通運輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測、測量測繪、通信時統(tǒng)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。在交通運輸領(lǐng)域，基于北斗的公交站臺智能電子站牌，每時每刻記錄公交車運行軌跡，實現(xiàn)更直觀的到站預(yù)報；在農(nóng)林漁業(yè)領(lǐng)域，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合遙感、地理信息等技術(shù)，可實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)加快發(fā)展，從而降低生產(chǎn)成本，提升勞動生產(chǎn)率，提高勞動收益；在水文監(jiān)測領(lǐng)域，依托北斗技術(shù)，工作人員坐在調(diào)度中心就可通過平臺直觀看到水文情況，實時獲取水文信息，做到自動預(yù)警和報警；在救災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，北斗救災(zāi)系統(tǒng)可在災(zāi)區(qū)網(wǎng)絡(luò)通訊中斷的情況下，依然可以進行指揮調(diào)度，大幅提升自然災(zāi)害應(yīng)急救助的信息保障能力；在測量測繪領(lǐng)域，北斗系統(tǒng)的精密單點定位功能可以提供包括平面、高程在內(nèi)的三維位置信息，我國在2020 珠峰高程測量中就全面啟用了北斗，同時參考四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并以北斗的數(shù)據(jù)為主；值得一提的是，在新冠疫情防控工作中北斗系統(tǒng)也發(fā)揮了巨大作用。

2020珠峰高程測量首次運用了我國自主建設(shè)、獨立運行的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。

據(jù)統(tǒng)計，目前在中國市場，已經(jīng)有3/4 左右的新申請入網(wǎng)智能手機支持北斗系統(tǒng)。據(jù)人民日報報道，截止2019年底，國內(nèi)超過650 萬輛運營車輛、3萬輛快遞和郵政車輛、36 個中心城市的約8 萬臺公交車、3200 余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施，2900 余座海上導(dǎo)航設(shè)施都已經(jīng)運用了北斗系統(tǒng)。2019 年我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值已達到3450 億元。北斗與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的融合發(fā)展，正在構(gòu)建以北斗時空信息為主要內(nèi)容的新興產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，并正在成為北斗產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的新引擎和助推器，推動著生產(chǎn)生活方式變革和商業(yè)模式的不斷創(chuàng)新。未來，北斗系統(tǒng)將立足國內(nèi)、服務(wù)全球，不斷深化衛(wèi)星導(dǎo)航的高精度服務(wù)與云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的繼續(xù)融合，加快衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域與高端制造業(yè)、軟件業(yè)的融合，推動生產(chǎn)方式和發(fā)展模式的變革，服務(wù)國民經(jīng)濟和社會信息化發(fā)展。按照計劃，2035 年，我國還將大力發(fā)展下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同時融合低軌增強、移動通信、水下導(dǎo)航、深空導(dǎo)航等多種手段，建設(shè)完善更加泛在、更加融合、更加智能的綜合定位導(dǎo)航授時（PNT）體系，為各類用戶提供基準統(tǒng)一、無縫覆蓋、安全可信、高效便捷的時空信息服務(wù)，北斗將以更強的功能、更優(yōu)的性能，服務(wù)全球、造福人類。