國之重器背后

“北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功”的消息舉世矚目。

據(jù)UCS 和北斗網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，截至2019 年4月1 日，全球在軌衛(wèi)星總計(jì)2062 顆，其中共有138 顆為導(dǎo)航衛(wèi)星，占比7%。

從國別來看，影響力較大的就是上述四大系統(tǒng)——美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟Galileo、中國北斗導(dǎo)航在軌衛(wèi)星數(shù)量占比分別為23%、20%、19%、29%。

美國全球定位系統(tǒng)（GPS）

GPS起始于1958年美國軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國陸海空三軍聯(lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。

該系統(tǒng)主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)搜集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通信等一些軍事目的。從20世紀(jì)70年代到1994年，經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，GPS全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座布設(shè)就已完成（另外還有3顆備用衛(wèi)星）。此后就是根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。

截至2018年6月21日，空間段新老衛(wèi)星數(shù)為32顆，其中31顆運(yùn)行、1顆維護(hù)。

GPS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米，綜合定位的話，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米，開闊地帶定位精度在4～7米。

據(jù)歐盟2018年的統(tǒng)計(jì)，GPS占據(jù)了全球60%以上的市場(chǎng)份額，也有數(shù)據(jù)顯示，目前GPS占據(jù)全球定位市場(chǎng)95%的份額。由于該領(lǐng)域的保密性，相關(guān)數(shù)據(jù)僅作為參考。

但不管怎么樣，GPS占據(jù)無可爭議的霸主地位，而GPS發(fā)展到今天，美國政府給予了強(qiáng)有力的支持。

這首先表現(xiàn)在美國政府制定了一系列的法規(guī)政策來扶持GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展。在系統(tǒng)的商業(yè)航天相關(guān)法規(guī)支持方面，1998年出臺(tái)《商業(yè)航天法》;2004年出臺(tái)《美國國家天基定位、導(dǎo)航和定時(shí)政策》。在財(cái)政支持政策方面，2004年出臺(tái)《天基定位、導(dǎo)航和計(jì)時(shí)政策》，協(xié)調(diào)各部門預(yù)算和政策，評(píng)估資金和充足性。自此，美國每年頒布的國防授權(quán)法和撥款法中都包括了對(duì)GPS系統(tǒng)的撥款計(jì)劃。

總體上，為有效引導(dǎo)系統(tǒng)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展，切實(shí)保護(hù)美國國家安全利益，同時(shí)最大限度促進(jìn)GPS系統(tǒng)在世界范圍的應(yīng)用，美國政府和國會(huì)制定了一系列政策法規(guī)，形成了一套完整、系統(tǒng)的體系，且有關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的法規(guī)和政策具有持續(xù)性、系統(tǒng)性、綜合性，這些扶持性和引導(dǎo)性政策為美國在全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的霸主地位奠定了重要基礎(chǔ)。

俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GLONASS）

GLONASS是蘇聯(lián)在1976年頒布法令開始建設(shè)的。當(dāng)時(shí)，由于蘇聯(lián)的火箭發(fā)射能力強(qiáng)大，一開始計(jì)劃就是用一箭三星的方式發(fā)射衛(wèi)星。由于多次發(fā)射失敗和衛(wèi)星工作壽命較短，所以一直發(fā)射到70多顆衛(wèi)星時(shí)，到1996年格洛納斯衛(wèi)星星座才達(dá)到額定工作的24顆，宣布正式投入完全服務(wù)。

這24顆MEO衛(wèi)星平均分布在3個(gè)軌道面上。截至2018年6月21日，GLONASS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星26顆，其中24顆GLONASS-M處于運(yùn)行狀態(tài)、1顆退役衛(wèi)星用于主開發(fā)商測(cè)試、1顆GLONASS-K進(jìn)行飛行參數(shù)測(cè)試。值得強(qiáng)調(diào)的是，格洛納斯在設(shè)計(jì)的時(shí)候就采用頻分址體制，衛(wèi)星靠頻率不同來區(qū)分。所以，格洛納斯可以防止整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)被敵方干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

格洛納斯定位精度為1.2米，開放服務(wù)定位精度為2～8米。

格洛納斯在經(jīng)歷波折之后，如今仍能在全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域占據(jù)一席，政府的強(qiáng)力支持同樣功不可沒。

格洛納斯（GLONASS）全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是俄羅斯航天領(lǐng)域的一個(gè)優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目，它被寫進(jìn)了俄聯(lián)邦國家目標(biāo)計(jì)劃的總體規(guī)劃中。為了保障“格洛納斯”計(jì)劃的順利進(jìn)行，俄羅斯每年都會(huì)投入巨額資金，并且出臺(tái)相應(yīng)政策確保該系統(tǒng)的使用。

俄羅斯在2001至2011年間實(shí)施了一個(gè)專項(xiàng)計(jì)劃，為發(fā)展“格洛納斯”系統(tǒng)投入1071億盧布。

2009年2月4日，俄羅斯聯(lián)邦委員會(huì)批準(zhǔn)了《導(dǎo)航活動(dòng)法》，對(duì)俄羅斯“格洛納斯”全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的部署和使用作出了明確規(guī)定。《導(dǎo)航活動(dòng)法》要求公路、鐵路、海洋和航空等所有國有及商業(yè)公共交通工具在2010年年底前安裝“格洛納斯”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航儀，同時(shí)所有新出廠的交通工具也要安裝這種導(dǎo)航儀。

俄聯(lián)邦航天署和經(jīng)濟(jì)發(fā)展部隨后制定了《2012至2020年“格洛納斯”系統(tǒng)維護(hù)、發(fā)展和利用》，在該政策中，俄羅斯計(jì)劃在隨后的8年為開發(fā)俄全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（即“格洛納斯”系統(tǒng)）提供約3466億盧布（約合115.5億美元）的國家撥款。

不過，由于沒錢更新系統(tǒng)，且買不到衛(wèi)星制造所需的零部件，格洛納斯目前的發(fā)展也遭遇困難，因此，近年來俄羅斯開始加大與中國合作的力度。2014年7月，中俄雙方正式簽署衛(wèi)星導(dǎo)航合作諒解備忘錄，標(biāo)志著“北斗”和“格洛納斯”的系統(tǒng)兼容開始啟動(dòng)。

2015年1月，成立中俄衛(wèi)星導(dǎo)航重大戰(zhàn)略合作項(xiàng)目委員會(huì)，建立起政府間推動(dòng)“北斗”與“格洛納斯”兩系統(tǒng)深度合作的平臺(tái)和機(jī)制;5月，兩國簽署了《中國北斗和俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)兼容與互操作聯(lián)合聲明》。

2018年11月，中俄兩國又簽署了《中華人民共和國和俄羅斯聯(lián)邦政府關(guān)于和平使用北斗和格洛納斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的合作協(xié)定》，從制度層面為雙方合作提供依據(jù)。

歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（Galileo）

為了確保安全，建立歐洲自己控制的民用全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，1999年初歐洲正式推出伽利略計(jì)劃，該計(jì)劃旨在建立獨(dú)立于GPS和GLONASS的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

2002年3月24日，歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo系統(tǒng)，伽利略衛(wèi)星星座由27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，這30顆衛(wèi)星均勻分布在3個(gè)軌道面上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為56°。

2005年，歐盟發(fā)射了首顆伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星。

至2019年5月，提供PNT服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)量增加至22顆，服務(wù)覆蓋、服務(wù)性能等得到明顯提升。

伽利略系統(tǒng)可以更加實(shí)時(shí)地發(fā)送地理位置信息，這是其他衛(wèi)星所沒有的功能，與美國GPS對(duì)比之下，顯得更安全、更可靠。伽利略系統(tǒng)開放服務(wù)精度民用免費(fèi)開放版為1米，商用加密版為1厘米。

為了獨(dú)立于美國GPS，歐洲在伽利略系統(tǒng)的建設(shè)中可謂不遺余力，最初的預(yù)算是29億歐元，現(xiàn)在已突破100億歐元。

盡管如此，伽利略系統(tǒng)的建設(shè)依然沒有擺脫美國的壓力。在美國壓力下，盡管起初歐盟強(qiáng)調(diào)其技術(shù)中立，但最后還是不得不妥協(xié)而改用了不影響GPS的頻率，這使得對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的屏蔽不會(huì)影響到另一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)使美國在沖突中尤其是電子戰(zhàn)能力上擁有巨大的優(yōu)勢(shì)。

此外，由于伽利略系統(tǒng)是由歐洲各國共同研制的，因此，在研制過程中往往因?yàn)閰⑴c的國家多，導(dǎo)致經(jīng)費(fèi)方面問題層出不窮，造成伽利略系統(tǒng)具體推進(jìn)過程遲緩。

2019年7月，伽利略系統(tǒng)曾出現(xiàn)故障，停止服務(wù)5天，經(jīng)過中國千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司48小時(shí)的救援，該系統(tǒng)得以恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）

中國從1994年開始北斗一號(hào)的研制，至2020年6月23日北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成，建成了我國迄今為止規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、服務(wù)性能要求最高、與百姓生活關(guān)聯(lián)最緊密的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗三號(hào)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)由3 顆靜止軌道衛(wèi)星（GEO）、3顆傾斜軌道衛(wèi)星（IGSO）、24 顆中軌道衛(wèi)星（MEO）組成，此外還包括5 顆試驗(yàn)衛(wèi)星;MEO 衛(wèi)星均勻分布在3 個(gè)軌道面。

從定位精度來看，北斗系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)民用定位精度在10米以內(nèi)，亞太地區(qū)精度在5米以內(nèi)，在增強(qiáng)系統(tǒng)加持下，其定位精度可達(dá)1米，已優(yōu)于GPS全球定位均在10米以內(nèi)的精度水平。

除了擁有和GPS一樣的衛(wèi)星精確定位功能以外，還具備了通信功能，領(lǐng)先歐洲的伽利略、美國的GPS以及俄羅斯的格洛納斯。

原來的北斗二號(hào)只能定位到10米左右的位置，而北斗三號(hào)已經(jīng)把這一范圍縮小到厘米的級(jí)別。

從用戶等效測(cè)距誤差（UERE）來看，當(dāng)UERE為1米時(shí)，BDS-3系統(tǒng)全球定位精度預(yù)計(jì)在1.3～2.7米，水平定位精準(zhǔn)度預(yù)計(jì)在0.7～1.5米，高程定位精度預(yù)計(jì)在1.1～2.4米。

北斗是全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)三頻發(fā)播的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)是可以更準(zhǔn)確掌握地面終端的位置信息，在海洋、沙漠和野外等沒有網(wǎng)絡(luò)的地方，裝有北斗系統(tǒng)終端的手機(jī)、車船等就可定位自己的位置，并能夠向外界發(fā)布短報(bào)文信息。

北斗系統(tǒng)相比于GPS來說具有明顯“性價(jià)比”優(yōu)勢(shì)，北斗芯片和設(shè)備終端要比GPS 便宜，雖然不能全面趕超GPS，但是在特定區(qū)域內(nèi)要比GPS性能更優(yōu)越。

除了導(dǎo)航以外，北斗系統(tǒng)形成的星基增強(qiáng)、精密定位、短報(bào)文通信、國際搜救服務(wù)能力、已提供地基增強(qiáng)完全服務(wù)能力有利于商業(yè)化擴(kuò)展。

此外，北斗系統(tǒng)相比于GPS來說還具有明顯“性價(jià)比”優(yōu)勢(shì)，北斗芯片和設(shè)備終端要比GPS便宜，雖然不能全面趕超GPS，但是在特定區(qū)域內(nèi)要比GPS性能更優(yōu)越。

中國北斗系統(tǒng)的發(fā)展更是舉國之力的成果，除了財(cái)力上的鼎力支持，自1994年開始搭建北斗衛(wèi)星導(dǎo)航體系，配套政策持續(xù)跟進(jìn)。2013年國務(wù)院發(fā)布《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，2015年國防科工委和國家發(fā)展改革委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見》。立法方面，我國將《中華人民共和國衛(wèi)星導(dǎo)航條例》列入《國務(wù)院2016年立法規(guī)劃》，2018年5月宣布完成《衛(wèi)星導(dǎo)航條例》征求意見稿。此外，在衛(wèi)星導(dǎo)航的主要行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景、大眾應(yīng)用等多方面都提出相應(yīng)配套政策進(jìn)行扶持。

綜合世界各國的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，在涉及國之重器的重大項(xiàng)目中，國家力量必不可少。

過去，國內(nèi)有一種誤解，往往認(rèn)為歐美科技創(chuàng)新主要依靠市場(chǎng)力量。但實(shí)際上，長期以來，歐美國家政府在重大科研項(xiàng)目中從未缺位。

以美國為例，美國科學(xué)研究發(fā)展局局長維瓦爾·布什1945年向時(shí)任美國總統(tǒng)杜魯門報(bào)送了名為《科學(xué)：沒有止境的邊疆》的研究報(bào)告，強(qiáng)調(diào)了政府在科技創(chuàng)新中的責(zé)任，這也奠定了美國政府在科技創(chuàng)新中發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。自此，美國政府通過不斷調(diào)整自身對(duì)科技創(chuàng)新活動(dòng)的介入方式和介入程度，逐步全面介入科技創(chuàng)新活動(dòng)之中，成為推動(dòng)美國科技創(chuàng)新發(fā)展的重要力量。

為了推動(dòng)科技創(chuàng)新發(fā)展，歐美國家政府除了通過制定完善法律體系、健全科技政策來營造良好的創(chuàng)新環(huán)境外，還通過對(duì)科學(xué)技術(shù)研究工作進(jìn)行投資、建立各種服務(wù)平臺(tái)和服務(wù)機(jī)構(gòu)等方式支持科技創(chuàng)新項(xiàng)目。

中國在重大科研項(xiàng)目中歷來重視發(fā)揮政府的作用，今后在相關(guān)領(lǐng)域里，如何既要發(fā)揮政府的作用，同時(shí)也要發(fā)揮市場(chǎng)的作用，依然是一項(xiàng)重要命題。

◎ 來源|微信公眾號(hào)“福卡智庫”（有刪減）