中國北斗，東方傳奇

劉朝暉

“孤月滄浪河漢清，北斗錯落長庚明”，中國古代詩人對北斗七星有著無限遐思，如今，中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，將詩句變?yōu)榱巳碎g現(xiàn)實。

在僅用一周的時間排除了火箭的技術(shù)故障后，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星于6月23日9時43分，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙火箭成功發(fā)射，至此，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。

當今世界共有四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，分別是美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟伽利略和中國的北斗，正是因為有了北斗，中國才在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域驕傲地占有了一席之地。習(xí)近平總書記在聯(lián)合國全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會第十三屆大會的賀電中評價道：“北斗系統(tǒng)已成為中國實施改革開放40年來取得的重要成就之一?！?/p>

從先驅(qū)者的“燈塔計劃”，到雙星定位系統(tǒng)概念的提出；從北斗一號系統(tǒng)從無到有，到北斗三號的服務(wù)全球，中國人用自己的智慧，自力更生，自主創(chuàng)新，自我超越，趟出了一條獨特的探索道路，讓北斗系統(tǒng)成為了真正的東方傳奇。

“三步走”明確發(fā)展戰(zhàn)略

中國開展衛(wèi)星導(dǎo)航與定位研究最早可以追溯到上世紀六七十年代，立項于上世紀60年代末的“燈塔計劃”可以稱得上是中國衛(wèi)星導(dǎo)航計劃的先驅(qū)者，但由于當時的技術(shù)條件和時代背景制約，這項計劃不得不終止。不過，初期的研究，為我國日后實施衛(wèi)星導(dǎo)航計劃積累了寶貴的工程經(jīng)驗。

1983年，我國“兩彈一星”元勛、衛(wèi)星測量技術(shù)的奠基人之一陳芳允院士，提出了研制雙星快速導(dǎo)航系統(tǒng)，即利用兩顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星，實現(xiàn)區(qū)域快速導(dǎo)航定位的設(shè)想。通過大量理論和技術(shù)上的研究，雙星定位系統(tǒng)的概念逐步明晰。這也是當時大家公認的最優(yōu)方案，但因經(jīng)濟條件等種種原因又擱置了十年。

1991年的海灣戰(zhàn)爭，美軍利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航，在戰(zhàn)場上摧枯拉朽，讓全世界都看到了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的巨大作用與價值。與此同時，時任航空航天工業(yè)部副部長的孫家棟與當時的國防科工委副主任沈榮駿中將敏銳地發(fā)現(xiàn)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，對國家安全和軍隊保障至關(guān)重要。隨后，二人聯(lián)名致信當時的中央軍委委員、總裝備部部長曹剛川，闡明了他們對國家發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重要意義的分析以及實現(xiàn)方法的建議。

在多方力量的積極推動下，1993年初，我國提出衛(wèi)星總體方案，初步確定衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)和總體指標。1994年，中國的衛(wèi)星導(dǎo)航工程獲批立項，研制工作全面展開，并以炎黃子孫的祖先們用于識別方向的北斗星命名。孫家棟被任命為工程的總設(shè)計師。自此，中國開始了第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制建設(shè)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)起步了，但是該一步跨到全球組網(wǎng)還是分階段走？這在當時引發(fā)了爭議。最終，“先區(qū)域、后全球”的思路確定了下來。按照“三步走”的計劃，2000年年底，建成北斗一號系統(tǒng)，向中國提供服務(wù)；2012年年底，建成北斗二號系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；在2020年前后，建成北斗全球系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。2035年前還將建設(shè)完善更加廣泛存在且無所不在、更加融合、更加智能的綜合時空體系。

上世紀90年代初期，中國經(jīng)濟情況剛剛有所好轉(zhuǎn)。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)上，中國的經(jīng)驗也非常淺，處于嘗試和探索的初期，所以格外小心謹慎。作為解決“有無”問題的第一步，北斗一號需要花小錢辦大事，驗證系統(tǒng)設(shè)計思想的正確性。參與了技術(shù)路線討論的北斗一號衛(wèi)星總設(shè)計師范本堯院士后來評價說：“全球組網(wǎng)需要大量的時間和資金。當時用戶還集中在國內(nèi)、周邊，因此‘先區(qū)域、后全球的技術(shù)途徑更符合中國國情。”

2000年10月31日零時02分，我國長征三號甲運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心托舉著我國首顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星升入茫茫夜空，27分鐘后星箭分離，衛(wèi)星進入預(yù)定軌道。

這是中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展史上一個值得銘記的日子?！氨倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，該系統(tǒng)主要為公路交通、鐵路運輸、海上作業(yè)等領(lǐng)域提供導(dǎo)航服務(wù)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)首發(fā)星的成功發(fā)射，解決了我國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從無到有的問題，將對我國國民經(jīng)濟建設(shè)起到積極的推動作用?！薄吨袊教靾蟆樊敃r刊登了這樣一段話，概括了那顆衛(wèi)星的重要意義。

就在第一顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星成功入軌僅50天后，當年歲末，長三甲火箭又將第二顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星送入地球同步軌道。2003年5月25日，第三顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星成功升空，作為備份星與前兩顆工作星組成中國完整的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗一號。這標志著我國成為繼美、俄之后第3個擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。

無論是從軍事還是民用角度來講，呱呱墜地的北斗導(dǎo)航，作為我國自主建設(shè)、獨立運行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，打破了美國GPS系統(tǒng)壟斷的局面，增強了我國在國際衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的話語權(quán)和主動權(quán)。

合作波折堅定自主決心

中國北斗一號的出現(xiàn)，也吸引了世界目光。當時，正在研發(fā)歐洲伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的法、德、意等歐盟國家邀請中方加入“伽利略計劃”。

雖然有了北斗一號，但是如果能夠在合作中學(xué)習(xí)到西方國家的先進技術(shù)與經(jīng)驗，對中國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，無疑有極大的幫助。本著對高科技的渴求，中國以極大的誠意與歐方在2003年草簽合作協(xié)議，成為第一個加入“伽利略計劃”的非歐盟國家，并且將擁有這一系統(tǒng)的部分所有權(quán)和全部使用權(quán)。與此同時，中國承諾投入2.3億歐元的巨額資金用以研發(fā)工作。

然而好景不長，進入2005年，歐洲政治開始轉(zhuǎn)向，在美國用技術(shù)支持的誘惑下，突然親美的歐盟對中國進行了排擠，連“伽利略計劃”的決策機構(gòu)都不對中國開放，更不用說參與到研發(fā)工作中了。中國和歐盟的這次合作可以說是無疾而終，中國投入的 2.3億歐元也打了水漂，連個響都沒聽到。

死了張屠夫，也不吃帶毛豬，有骨氣的中國人經(jīng)過這次波折，明白了一個道理，這種尖端的技術(shù)，花錢是買不來的，由此也更堅定了獨立自主發(fā)展北斗系統(tǒng)的決心。

2005年，6位院士就發(fā)展我國獨立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提出建議，起草了《關(guān)于促進北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的建議》。該建議于2005年2月2日送呈國務(wù)院后，僅兩天后就得到國務(wù)院批示。國家發(fā)展和改革委員會有關(guān)司、局積極落實國務(wù)院批示，不僅將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)列為國家基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，還解決了資金問題，為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的自主創(chuàng)新創(chuàng)造了十分有利的條件。

按照“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略，全力建設(shè)北斗二號衛(wèi)星系統(tǒng)、快速形成區(qū)域?qū)Ш椒?wù)能力成為當務(wù)之急。2004年北斗二號衛(wèi)星工程正式立項研制，隨后導(dǎo)航系統(tǒng)工程被列入我國16項國家重大專項工程。與此同時，作為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的抓總研制單位，航天科技集團首次開始批量研制生產(chǎn)衛(wèi)星和運載火箭。從2004年項目啟動開始，北斗系統(tǒng)進入了為期4年的初樣研制階段。

研制道路上最大的“攔路虎”是高精度時間基準技術(shù)，這項核心技術(shù)直接決定著定位精度，決定著整個工程的成敗。研制團隊咬緊牙關(guān)，全力啃下了這塊“硬骨頭”，使國產(chǎn)星載銣鐘從無到有，從粗到細，性能指標不斷提高，成功突破了國外的技術(shù)封鎖。同時，研制團隊突破了國際上其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均由中圓軌道衛(wèi)星構(gòu)建的慣例，創(chuàng)造性提出了國際上首個多軌道混合導(dǎo)航星座方案，可以用較少的衛(wèi)星數(shù)量實現(xiàn)較高的性能指標，用較低的投入實現(xiàn)亞太大部分地區(qū)的導(dǎo)航覆蓋，既滿足國家戰(zhàn)略需求，又為國際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)提供了新的技術(shù)路線。

這一時期，衛(wèi)星系統(tǒng)共完成了4顆初樣星和1顆飛行試驗星的研制任務(wù)，攻克了星載原子鐘、高精度星地時間比對、監(jiān)測接收機和用戶終端等多項關(guān)鍵技術(shù)，為北斗建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)過十幾年的工程實踐，大量的工程管理和技術(shù)人員得到了鍛煉，一批系統(tǒng)應(yīng)用方面的人才被培養(yǎng)出來了，為系統(tǒng)的未來發(fā)展提供了保障。

值得一提的是，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的初始階段頻率資源相對比較充沛，而到了北斗系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng)建立的時候，頻率爭奪戰(zhàn)就非常明顯了。當時伽利略系統(tǒng)已經(jīng)提前申請了頻率資源，但是后來伽利略系統(tǒng)資金鏈斷了。根據(jù)國際電聯(lián)“先到先得”的規(guī)定，哪一個國家能夠先把這顆衛(wèi)星發(fā)射上去，并且由這顆衛(wèi)星發(fā)射了這個頻率的信號，以后這個頻率資源就屬于哪個國家。

中國也向國際電信聯(lián)盟申請了用于組建北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的公共頻率資源。2007年4月17日是北斗衛(wèi)星所申報的頻率資源生效的最后期限，必須提前發(fā)射衛(wèi)星，這在我國航天史上是非常罕見的。4月14日的凌晨，第一顆北斗導(dǎo)航應(yīng)用衛(wèi)星發(fā)射成功，在頻率資源失效前幾個小時由衛(wèi)星發(fā)送了信號，成功地把至關(guān)重要的頻率資源牢牢抓在了自己手中。

“‘巨人對我們技術(shù)封鎖，不讓我們站在肩膀上，唯一的辦法，就是自己成為巨人。”北斗一號衛(wèi)星總指揮李祖洪說，“北斗的研制，是中國人自己干出來的。”

北斗性能走在國際前列

古有司南定八方，今有北斗觀天下。

作為國之重器，自主創(chuàng)新是北斗的必由之路。堅持自主創(chuàng)新，使北斗之路越走越自信。秉承“探索一代，研發(fā)一代，建設(shè)一代”的創(chuàng)新思路，中國北斗始終把發(fā)展的主動權(quán)牢牢掌握在自己手中，以志不改、道不移的堅守拼下累累碩果。

2012年10月25日，第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星與先期發(fā)射的15顆衛(wèi)星實現(xiàn)組網(wǎng)，并于2012年年底向亞太地區(qū)提供服務(wù)，標志著我國北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)完成。2017年11月5日19時45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)射兩顆北斗三號全球組網(wǎng)衛(wèi)星。這是北斗三號衛(wèi)星的首次發(fā)射，標志著中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)步入全球組網(wǎng)新時代。2018年一年之內(nèi)發(fā)射了10顆衛(wèi)星，這也創(chuàng)下了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)最快紀錄。在此之前，世界四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，美國GPS系統(tǒng)最快紀錄為一年6星，蘇聯(lián)/俄羅斯格洛納斯（GLONASS）系統(tǒng)為一年9星，歐洲伽利略GALILEO系統(tǒng)為一年6星。2018年12月27日，北斗三號基本系統(tǒng)完成建設(shè)，開始提供全球服務(wù)，這標志著北斗系統(tǒng)服務(wù)范圍由區(qū)域擴展為全球，北斗系統(tǒng)正式邁入全球時代，成為了繼GPS、GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會已認定的供應(yīng)商。

北斗系統(tǒng)從無到有，從有源定位到無源定位，從服務(wù)中國到服務(wù)亞太，再到全球組網(wǎng)，雖然建設(shè)起步比美國的GPS晚了20年，但設(shè)計方案和技術(shù)指標卻走在了世界前列。

北斗一號系統(tǒng)原創(chuàng)性地提出雙星定位方法，打破國外技術(shù)壟斷，建立了國際上首個基于雙星定位原理的區(qū)域有源衛(wèi)星定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)的短報文服務(wù)在國際導(dǎo)航領(lǐng)域獨一無二，在汶川地震的搜救中，短報文功能就發(fā)揮了重大的作用。短報文系統(tǒng)，簡而言之是通過衛(wèi)星實現(xiàn)天地雙向通信。其他三大系統(tǒng)都不存在接收機和衛(wèi)星之間的雙向通信，只是單向接收。作為北斗的特色，短報文服務(wù)在后續(xù)北斗衛(wèi)星中保留了下來，為許多國家開展導(dǎo)航衛(wèi)星研制提供了啟發(fā)。

北斗二號系統(tǒng)突破了區(qū)域混合導(dǎo)航星座構(gòu)建、高精度時空基準建立的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了星載原子鐘國產(chǎn)化，并在國際上首次實現(xiàn)混合星座區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)建成后，其各項技術(shù)指標均與國際先進水平相當。中共中央、國務(wù)院、中央軍委對北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成給予了高度評價，稱“該系統(tǒng)建成并投入使用，是國家和軍隊信息化建設(shè)的重要里程碑，是對我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要貢獻”。

到了北斗三號，性能提升更為顯著，進一步增進服務(wù)拓展，提供短報文服務(wù)、星基增強服務(wù)和國際搜索救援服務(wù)。其中短報文服務(wù)在全面兼容北斗二號短報文服務(wù)基礎(chǔ)上，容量提升10倍，用戶機發(fā)射功率大大降低，能力大幅提升。研發(fā)團隊率先提出國際上首個高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的星間鏈路網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、自主定軌、時間同步等系統(tǒng)方案，填補國內(nèi)空白；研發(fā)國內(nèi)首個適于直接入軌一箭多星發(fā)射的“全桁架式衛(wèi)星平臺”，實現(xiàn)了衛(wèi)星自主監(jiān)測和自主健康管理；實現(xiàn)了星載大功率微波開關(guān)、行波管放大器等關(guān)鍵國產(chǎn)化元器件和部組件成功應(yīng)用，打破核心器部件長期依賴進口、受制于人的局面，為全球組批研制快速組網(wǎng)建設(shè)鋪平了道路。

“從國內(nèi)走向國際、從區(qū)域走向全球，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自主建設(shè)、獨立運行，與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)總體性能在國際上處于領(lǐng)先水平。”全國政協(xié)委員、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計師楊長風(fēng)說。他介紹，自2018年底北斗三號工程建成基本系統(tǒng)、開通全球服務(wù)以來，北斗系統(tǒng)運行平穩(wěn)，經(jīng)全球范圍測試評估，在全球區(qū)域定位精度10米，在亞太區(qū)域定位精度5米，滿足指標要求。

服務(wù)應(yīng)用惠及全球

北斗的最后這顆衛(wèi)星原定于6月16日發(fā)射，但是在負12小時射前功能檢查時，技術(shù)人員突然發(fā)現(xiàn)一個技術(shù)問題。身處發(fā)射現(xiàn)場的長征三號甲系列火箭副總設(shè)計師李聃解釋：“這個問題導(dǎo)致壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)計指標要求，隨即發(fā)射隊進行了問題排查工作，并且在短時間內(nèi)就找到了故障點?！彪m然經(jīng)過技術(shù)排故，指標已經(jīng)恢復(fù)正常，但是在發(fā)射前航天人有一個最基本的原則，就是“不帶疑點加注”“不帶隱患上天”，因此，北斗工程指揮部針對這個技術(shù)問題，進行了慎重研究，經(jīng)過討論決定推遲此次發(fā)射。

有驚無險。也正是中國航天人的嚴謹，保證了最后這顆衛(wèi)星在6月23日順利發(fā)射入軌，實現(xiàn)了北斗全球系統(tǒng)組網(wǎng)的完美收官。北斗所有衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)也實現(xiàn)了100%的成功率。

目前北斗一號4顆試驗衛(wèi)星已全部退役，從北斗二號首顆星起算，我國已發(fā)射55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。最后發(fā)射的這顆衛(wèi)星屬地球靜止軌道衛(wèi)星，經(jīng)過一系列在軌測試入網(wǎng)后，我國將進行北斗全系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試，在確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、性能指標優(yōu)異基礎(chǔ)上，擇機面向用戶提供全天時、全天候、高精度全球定位導(dǎo)航授時服務(wù)，以及星基增強、短報文通信、精密單點定位等特色服務(wù)。到2035年，我國將建成以北斗系統(tǒng)為核心的，更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導(dǎo)航授時（PNT）體系。

目前，北斗系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于社會生活中，與每個人的生活都息息相關(guān)。在包括市政管理、交通服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急救援、安保安防等在內(nèi)的諸多民生領(lǐng)域，北斗規(guī)?；瘧?yīng)用發(fā)展趨勢明顯。比如港珠澳大橋采用北斗高精度形變監(jiān)測系統(tǒng)，保障安全運行；國內(nèi)銷售的智能手機大部分支持北斗。據(jù)楊長風(fēng)介紹，全國已有600多萬輛道路營運車輛、近4萬輛郵政和快遞車輛、8萬輛公交車、3000多座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、近3000座海上導(dǎo)航設(shè)施使用北斗。

隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的更加完善，北斗的高精度定位、高精度授時、短報文發(fā)送功能將與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)相互融合，將惠及更多的行業(yè)和個人，正如業(yè)內(nèi)專家所說，“在中國，高精度位置服務(wù)正成為像水、電一樣的公共服務(wù)”。

孫家棟指出，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已成為經(jīng)濟社會不可或缺的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，它將惠及人類生活和經(jīng)濟發(fā)展。服務(wù)50多個國家、30多億人口的中國北斗，已成為我國對外交往的重要合作項目，顯著提升了我國的國際地位與影響力。

“自主、開放、兼容、漸進”是北斗建設(shè)的原則，因此，我國始終秉持“中國的北斗，世界的北斗”的發(fā)展理念，服務(wù)“一帶一路”建設(shè)發(fā)展，積極推進北斗系統(tǒng)國際合作。目前已經(jīng)成立了中俄衛(wèi)星導(dǎo)航合作項委會，中美、中歐衛(wèi)星導(dǎo)航合作工作組；開通中俄衛(wèi)星導(dǎo)航聯(lián)合監(jiān)測平臺，與美、俄分別簽署系統(tǒng)兼容與互操作聯(lián)合聲明。通過雙方系統(tǒng)兼容與互操作合作，實現(xiàn)了雙贏。

目前，國際上已經(jīng)有半數(shù)國家在應(yīng)用北斗系統(tǒng)，在“一帶一路”建設(shè)中，中國北斗更是成為中國又一張閃亮名片。從印度尼西亞的土地確權(quán)，到科威特的建筑施工；從烏干達的國土測試，到緬甸的精準農(nóng)業(yè)；從馬爾代夫的海上打樁，到泰國的倉儲物流；從巴基斯坦的機場授時，到俄羅斯的電力巡檢。在不同國度的不同領(lǐng)域，都有中國北斗的身影。

北斗提供全球服務(wù)，是北斗建設(shè)的一大步，也是北斗發(fā)展的新起點。正如孫家棟所說，“北斗一定要走向國際，因為衛(wèi)星本身就是全球化的”。

（摘自《新民周刊》2020年第23期。作者為該刊記者）