中國北斗服務(wù)全球

李國利 胡喆 張汨汨

6月23日上午，大涼山腹地的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心西昌發(fā)射場。

推遲一周發(fā)射的長征三號乙運載火箭矗立在發(fā)射塔架旁，乳白色箭體上的“中國航天”四個大字與火箭整流罩外北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)志的搭配顯得格外醒目。

“10，9，8……3，2，1，點火！”

9時43分，伴著山呼海嘯般的巨響，騰空而起的長征火箭底部拖曳著耀眼的白色尾焰，托舉著北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星飛向太空。約30分鐘后，衛(wèi)星順利進入預(yù)定軌道，至此，我國提前半年完成北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署。

中國的北斗：體現(xiàn)中國智慧的中國方案

天上的七星北斗，自古就為人們指引方向。

我國開始研究利用衛(wèi)星進行地面定位服務(wù)，始于20世紀(jì)六七十年代。

然而按照空間定位原理，對地球上一個目標(biāo)點進行定位，至少需要3顆衛(wèi)星;考慮到時間誤差，精確定位至少需要4顆衛(wèi)星。

當(dāng)時的中國，無論是經(jīng)濟實力還是技術(shù)基礎(chǔ)，對此都可望不可即。

之后，我國“863計劃”倡導(dǎo)者之一的陳芳允院士，創(chuàng)造性提出“雙星定位”建設(shè)方案，即：把地心視為一顆虛擬衛(wèi)星，再發(fā)射兩顆地球同步衛(wèi)星構(gòu)成星座，實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)地面目標(biāo)的快速定位。

北斗三號最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星“重啟”發(fā)射成功，6 月23 日，我國北斗三號全球衛(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。

不同于美國GPS的四星定位，“雙星定位”這一方案，能以最小的星座、最少的投入、最短的周期，實現(xiàn)我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從無到有。

1994年，我國啟動北斗一號工程。是時，美國GPS已完成全球組網(wǎng)。

事實上，將我國自主建造的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)命名為“北斗”，也飽含著近代以來中國歷經(jīng)劫難的清醒、走向復(fù)興的企盼。

2000年10月31日和12月21日，在不到兩個月的時間內(nèi)，我國相繼發(fā)射兩顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星，北斗一號系統(tǒng)建成。

至此，中國人正式擁有完全屬于自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國成為世界上第三個建成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。

特別是用導(dǎo)航衛(wèi)星“發(fā)短信”的短報文服務(wù)，則是國外其他任何一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都不具備的中國北斗特色。

“北斗一號系統(tǒng)的建成并投入使用，首先解決了我們國家有沒有的問題。”中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計師楊長風(fēng)說，兼具導(dǎo)航定位和短報文通信的通導(dǎo)融合模式，是我國對世界衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)，充分體現(xiàn)了中國人的智慧。

實事求是地說，與美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯相比，北斗一號仍有不小差距，但“服務(wù)全球、造福人類”是中國北斗人的初心。

于是，北斗二號系統(tǒng)建設(shè)提上日程。

彼時，最適合衛(wèi)星導(dǎo)航的黃金頻段被美俄全部占用。我國與同時希望建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的歐盟，推動國際電聯(lián)從航空導(dǎo)航頻段中，最大限度地擠出一小段頻率，供衛(wèi)星導(dǎo)航共同使用。

這一小段頻率，只有黃金頻段的四分之一，卻是建設(shè)一個全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最基本的頻率需求，且各國均可平等申請。

2000年4月17日，北斗和伽利略系統(tǒng)同時成功申報。按照國際電聯(lián)規(guī)則，必須在7年有效期內(nèi)成功發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星。

2007年4月初，首顆北斗二號衛(wèi)星終于如期立在發(fā)射塔架上。

各項測試進展非常順利，但在發(fā)射前的最后檢測中，衛(wèi)星上應(yīng)答機出現(xiàn)了小異常。盡管這不是個大問題，發(fā)生故障的概率也不高，卻有影響信號正常傳回的可能性。

即便只有萬分之一的故障，也必須徹底歸零！北斗人重新打開已矗立在塔架上的星箭組合體，拆出應(yīng)答機，3天72小時不眠不休，成功排除應(yīng)答機隱患。

2007年4月14日4時11分，這顆肩負(fù)著重要使命的衛(wèi)星發(fā)射升空，幾天后太空傳來這顆衛(wèi)星的信號，我國終于趕上建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最后一班車！

這一刻，距離國際電聯(lián)規(guī)定的頻率申請失效最后期限不到4個小時。

建成覆蓋全球的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，至少需要24顆衛(wèi)星。這一次，北斗人再次腦洞大開，開創(chuàng)性地設(shè)計了混合星座構(gòu)型，并于2012年底建成由地球同步軌道衛(wèi)星、傾斜同步軌道衛(wèi)星和中圓軌道衛(wèi)星共14顆衛(wèi)星構(gòu)成的北斗二號系統(tǒng)，實現(xiàn)了全天時全天候為亞太大部分地區(qū)提供定位導(dǎo)航授時服務(wù)。

中國北斗，服務(wù)全球，必須覆蓋全球。

按照傳統(tǒng)衛(wèi)星管理手段，控制使用好繞飛地球的衛(wèi)星，需要有遍布全球的地面站。在難以全球布站的情況下，必須建立衛(wèi)星之間的星間鏈路，實現(xiàn)衛(wèi)星管衛(wèi)星，這是世界導(dǎo)航領(lǐng)域的前沿技術(shù)，也是北斗三號工程建設(shè)必須解決的難題。

2015年8月，兩顆全球系統(tǒng)試驗衛(wèi)星首次建立起星間鏈路，標(biāo)志著我國掌握了這一國際領(lǐng)先的核心技術(shù)。

2017年11月5日，北斗三號全球組網(wǎng)雙星首次發(fā)射。

2018年12月27日，北斗三號基本系統(tǒng)建成并開始提供全球服務(wù)。

2019年12月16日，北斗三號全球系統(tǒng)核心星座部署完成，北斗全球服務(wù)能力全面實現(xiàn)。

2020年6月23日，我國完成北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署，完整服務(wù)全球的目標(biāo)指日可待。

“從國內(nèi)到亞太再到全球，北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的三步走方案，充分結(jié)合了中國國情，極具中國特色，彰顯了中國智慧、中國速度和中國精度，為世界衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展貢獻(xiàn)了中國方案。”楊長風(fēng)說。

?一流的北斗：走出自主創(chuàng)新的中國道路

一張“藍(lán)圖”繪到底，一張“星網(wǎng)”耀太空。一顆顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星巡天測地，作為中國自主創(chuàng)新的結(jié)晶，為人類提供一流的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。

北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由地球中圓軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和地球靜止軌道衛(wèi)星三種不同軌道的衛(wèi)星組成，包括24顆地球中圓軌道衛(wèi)星，3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和3顆地球靜止軌道衛(wèi)星。

相對于靈動活潑的地球中圓軌道衛(wèi)星、飄逸優(yōu)雅的傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，此次發(fā)射的地球靜止軌道衛(wèi)星，也被親切地稱為“吉星”。

這些北斗“吉星”高高地駐守在距離地球36000公里的天疆，照耀著這片藍(lán)色星球，并為北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)提升提供增強服務(wù)。

大衛(wèi)星擁有“大體魄”，這顆壓軸出場的“吉星”采用東方紅三B（導(dǎo)航）衛(wèi)星平臺，是我國現(xiàn)役規(guī)模較大的衛(wèi)星平臺之一。強大的“體格”，讓它具備導(dǎo)航定位授時、短報文通信、星基增強、精密單點定位等本領(lǐng)。

——這是“創(chuàng)新之星”，突破讓聯(lián)通更輕松。

創(chuàng)新，是北斗導(dǎo)航衛(wèi)星與生俱來的基因。而有源定位和短報文通信，則是中國北斗系統(tǒng)的創(chuàng)舉。

中國航天科技集團五院北斗三號衛(wèi)星副總設(shè)計師劉天雄介紹，利用無線電測定技術(shù)，通過兩顆“吉星”聯(lián)手，不僅能回答用戶“我在哪”，還能告訴關(guān)注著用戶行蹤的相關(guān)方“你在哪”，在搜救、漁業(yè)等領(lǐng)域被廣泛使用，是保障民生安全的“千里眼”。

“此外，北斗三號的短報文通信能力顯著提升，信息發(fā)送能力從一次120個漢字提升到一次1200個漢字，遇到突發(fā)情況時無需字斟句酌，足以將情節(jié)一次性說清楚，還可發(fā)送圖片等信息，可以說就像‘空間微信一樣?！眲⑻煨壅f。

——這是“長壽之星”，衛(wèi)星設(shè)計壽命達(dá)12年。

“北斗是一個開放的系統(tǒng)，中國的北斗，世界的北斗，中國發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是為全人類提供時間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性十分重要?！敝袊教炜萍技瘓F五院北斗三號衛(wèi)星總指揮遲軍說。

就像停水停電影響城市生活一樣，衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)一旦中斷，國家和社會的正常運行會受到很大的影響，因此對衛(wèi)星導(dǎo)航的可靠性、連續(xù)性提出了苛刻的設(shè)計要求。

遲軍介紹，為了提高衛(wèi)星在軌服務(wù)的可靠性，北斗三號衛(wèi)星采取了多項可靠性措施，使衛(wèi)星的設(shè)計壽命達(dá)到12年，達(dá)到國際導(dǎo)航衛(wèi)星的先進水平。

——這是“自主之星”，堅定不移走國產(chǎn)化道路。

關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的。

作為北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)的“收官之星”，這顆衛(wèi)星秉承北斗研制一直以來堅定走國產(chǎn)化道路的思想，在國產(chǎn)化方面也是集大成之作。

中國航天科技集團五院北斗三號衛(wèi)星總設(shè)計師陳忠貴介紹，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)面向國家安全、社會經(jīng)濟發(fā)展、人民生活提供時間基準(zhǔn)、空間位置基準(zhǔn)，對國家的重要性和人民生活的影響程度非常大。

“作為時間和空間的基準(zhǔn)，如果由別人提供，安全感何來？比如當(dāng)前的熱點新基建，也將是我國建設(shè)發(fā)展下一階段的重要方向，時間基準(zhǔn)和空間位置基準(zhǔn)就是至關(guān)重要基礎(chǔ)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是新基建的基建，基礎(chǔ)的基礎(chǔ)?！标愔屹F說。

從北斗一號解決有無問題，到北斗二號打破國外技術(shù)封鎖，攻克了以導(dǎo)航衛(wèi)星總體技術(shù)、高精度星載原子鐘等為代表的多項關(guān)鍵技術(shù)，再到北斗三號一馬當(dāng)先，更是走出自主創(chuàng)新的北斗之路。

衛(wèi)星研制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，填補了國內(nèi)空白;建立了器部件國產(chǎn)化從研制、驗證到應(yīng)用一體化體系，徹底打破了核心器部件長期依賴進口、受制于人的局面，鑄造了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的“中國靈魂”。

擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星單機和關(guān)鍵元器件國產(chǎn)化率達(dá)到100%，中國的北斗可以自豪向世界宣布：“我們是世界的北斗，更是一流的北斗！”

世界的北斗：成為享譽全球的中國名片

北斗的建成，舉全國之力;北斗的應(yīng)用，惠民生所需。

星空布陣的同時，北斗也在深度融入社會生活，規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化和國際化應(yīng)用不斷邁上新的臺階。

不久前的5月27日，中國登山健兒又一次登上世界海拔最高的珠穆朗瑪峰峰頂。

“2005年登頂，GNSS衛(wèi)星測量主要依賴GPS系統(tǒng)。而今年，我們同時參考四大導(dǎo)航系統(tǒng)，并以北斗的數(shù)據(jù)為主！”自然資源部第一大地測量隊隊長李國鵬說。

北斗在這次“巔峰測試”中的成功應(yīng)用，也是它在接續(xù)攀登、走向卓越道路上的一個耀眼標(biāo)記。近年來，從減災(zāi)救災(zāi)到交通運輸，從農(nóng)業(yè)漁業(yè)到旅游服務(wù)，北斗在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越舉足輕重的作用。

——讓人民生命財產(chǎn)安全更有保障。在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，北斗能夠?qū)崟r監(jiān)測、預(yù)判危險、及時報警。

——讓勞動生產(chǎn)效益大幅提升。在東北、新疆廣闊的田野上，農(nóng)業(yè)機械安裝北斗終端，使復(fù)播準(zhǔn)確率提高到100%，農(nóng)藥節(jié)省40%。

——讓交通更加可控安全。7萬余艘漁船、650多萬輛營運車輛安裝了北斗終端，民航也將依托北斗建設(shè)航空器全球追蹤系統(tǒng)。世代在遠(yuǎn)海風(fēng)浪中討生活的漁民，甚至唱起了“一拜媽祖，二拜北斗”的歌謠……

2020年年初，一場抗擊新冠肺炎疫情的阻擊戰(zhàn)在神州大地打響。在這個特殊的戰(zhàn)場上，中國北斗快速響應(yīng)、全面融入。

火神山、雷神山醫(yī)院的修建引發(fā)“全民圍觀”，為復(fù)雜地形地貌實現(xiàn)高精度定位、精確標(biāo)繪的，正是北斗。

面向全國的“千尋位置”網(wǎng)上無人機平臺，可以實現(xiàn)無人機精準(zhǔn)噴灑等防疫作業(yè)，為其提供高精度數(shù)據(jù)的，也是北斗。

物資運輸車輛實時監(jiān)管調(diào)控，智能機器人將各地送達(dá)的醫(yī)療物資快速送往醫(yī)院隔離區(qū)，背后的支持系統(tǒng)，還是北斗。

國之大器，利國惠民。隨著5G商用時代的到來，隨著終端套數(shù)快速增長，打破壟斷、更接地氣的中國北斗，正不斷走近人民群眾的日常生產(chǎn)生活，將很快成為人們更貼心、更便利、更可靠的伙伴。

在中國入網(wǎng)的智能手機，已經(jīng)有70%以上提供了北斗服務(wù)?；诒倍返膶?dǎo)航服務(wù)已被電子商務(wù)、移動智能終端制造、位置服務(wù)等廠商采用，廣泛進入中國大眾消費、共享經(jīng)濟和民生領(lǐng)域，深刻改變著人們的生產(chǎn)生活方式。

與新一代通信、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)加速融合，北斗應(yīng)用新模式、新業(yè)態(tài)、新經(jīng)濟不斷涌現(xiàn)。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用領(lǐng)域，自動駕駛、自動泊車、自動物流等創(chuàng)新應(yīng)用層出不窮。

“北斗的應(yīng)用只受到想象力的限制?！北倍啡俗孕徘易院赖脑捳Z，更昭示著一個更加智能、更加便捷、更加美好的未來。

北斗翱翔星空，服務(wù)惠及全球。隨著系統(tǒng)一步步升級完善，北斗立足中國、放眼世界，不斷擴大服務(wù)覆蓋范圍，讓越來越多的國家體驗到“中國智慧”。

日臻完善的中國北斗，正在加速“融入世界”。

近年來，北斗與GPS、伽利略、格洛納斯先后建立了兼容共識基礎(chǔ)上的合作機制，聯(lián)手打造兼容使用、精度更高衛(wèi)星集群的前景可期。

“相比只有一套系統(tǒng)，多種系統(tǒng)的兼容共存實際上提高了可靠性。”中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其說，四大系統(tǒng)間并不是有些人認(rèn)為的“競爭關(guān)系”，更多的是攜手為全球用戶提供更精確、更可靠的定位導(dǎo)航服務(wù)，促進世界互聯(lián)互通。

完成組網(wǎng)的中國北斗，也將更加“吸引世界”。

事實上，北斗已開始向上百個“一帶一路”沿線國家提供服務(wù)，用戶數(shù)量達(dá)到“億級以上”水平。巴基斯坦的交通運輸、港口管理，緬甸的土地規(guī)劃、河運監(jiān)管，老撾的精細(xì)農(nóng)業(yè)、病蟲災(zāi)害監(jiān)管，文萊的都市現(xiàn)代化建設(shè)、智慧旅游，印尼的海上集成應(yīng)用……北斗還分別與沙特、阿聯(lián)酋、埃及、突尼斯、阿爾及利亞等國家制定推進措施。中國胸懷和中國貢獻(xiàn)，伴隨“太空絲路”不斷延展。

目前，世界上已經(jīng)有半數(shù)以上的國家在全球范圍內(nèi)使用北斗系統(tǒng)。

讓科技創(chuàng)新成果為更多國家和人民所及、所享、所用，中國北斗系統(tǒng)，對世界上渴望科技改善生活的人們來說，是一個巨大鼓舞，“中國分享”也必將讓世界更加美好。

（來源：新華社）