北斗為何是國之重器？

文 楊元喜

2020年年初，新冠肺炎疫情暴發(fā)。在危難時(shí)刻，北斗系統(tǒng)火線馳援武漢市火神山、雷神山兩大醫(yī)院建設(shè)，它用高精度技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了多數(shù)測量工作的一次性完成，為醫(yī)院建設(shè)節(jié)省了大量時(shí)間，保障了抗疫“主陣地”建設(shè)的迅速完成，顯示出北斗的智慧和力量。目前，國產(chǎn)北斗基礎(chǔ)產(chǎn)品已出口120多個(gè)國家和地區(qū)，基于北斗的土地確權(quán)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字施工、智慧港口等應(yīng)用，已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等地區(qū)成功落地。

前有美國的GPS，歐洲的伽利略，俄羅斯的格洛納斯，我國為什么還要集結(jié)400多家單位、30余萬名科研人員，幾十年磨一劍，打造自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？

自主可控，再難也要上

20世紀(jì)90年代，美國GPS、俄羅斯格洛納斯已完成全球組網(wǎng)，牢牢占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。掌握了時(shí)間和空間，就控制了一個(gè)國家最重要的基礎(chǔ)信息。1993年7月，中國“銀河號(hào)”貨輪行駛至印度洋時(shí)，遭遇所在海域的GPS服務(wù)系統(tǒng)被故意關(guān)閉的狀況，被迫在公海停滯了3周。復(fù)雜多變的國際局勢(shì)，讓我們愈發(fā)強(qiáng)烈地意識(shí)到，擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)維護(hù)國家安全、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展是何等重要。1994年，中國獨(dú)立運(yùn)行、自主建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗正式啟動(dòng)建設(shè)。但是由于起步較晚，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面臨著必須創(chuàng)新的巨大壓力，沒有新的設(shè)計(jì)、沒有新的功能，北斗就沒有應(yīng)用市場。

北斗建設(shè)者想建成獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，必須標(biāo)新和立異。標(biāo)新是要追求性能的高效，立異是為了讓功能更豐富、更有特色。對(duì)北斗建設(shè)者來說，無論是標(biāo)新還是立異，都要求建設(shè)的這個(gè)系統(tǒng)有用、好用、管用。所以，北斗人在這樣的挑戰(zhàn)下，做了很多創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。

“北斗一號(hào)”實(shí)現(xiàn)了中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從無到有的一次飛躍，開創(chuàng)了短報(bào)文通信，雖然當(dāng)時(shí)只有120個(gè)漢字，可是這120個(gè)漢字對(duì)很多用戶來說是極其重要的。北斗系統(tǒng)的短報(bào)文服務(wù)，是其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所不具備的。特別是在災(zāi)區(qū)通信中斷、電力中斷的緊急情況下，仍然可以使用衛(wèi)星信號(hào)傳輸信息、發(fā)送短信，實(shí)現(xiàn)通信和定位。2008年5月12日汶川大地震，災(zāi)區(qū)的手機(jī)通信基站被破壞，有線、無線通信全部中斷，地震災(zāi)區(qū)瞬間成為信息孤島，外界無法及時(shí)獲得震區(qū)的受災(zāi)情況。配備了上千臺(tái)北斗用戶終端的救援隊(duì)伍陸續(xù)進(jìn)入災(zāi)區(qū)，打開了災(zāi)區(qū)與外界的通信通道。北斗短報(bào)文成為震區(qū)當(dāng)時(shí)唯一的通信方式，不僅將災(zāi)情信息傳遞出來，還對(duì)受災(zāi)狀況進(jìn)行定位，為救援和救災(zāi)物資的輸送提供導(dǎo)航。在指揮部和救災(zāi)一線之間架起了有效的信息橋梁，大大提高了救援的效率。

2012年12月27日建成的“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由14顆衛(wèi)星組成，其中有5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜軌道衛(wèi)星，另有4顆中圓軌道衛(wèi)星，可以覆蓋中國及亞太地區(qū)?！氨倍范?hào)”解決了從境內(nèi)到亞太、局部到區(qū)域的導(dǎo)航定位問題；從有源定位到無源定位的問題。不需要發(fā)射信號(hào)也能定位，這是“北斗二號(hào)”一個(gè)重要的突破。2020年6月23日，“北斗三號(hào)”的最后一顆地球靜止軌道衛(wèi)星發(fā)射成功，標(biāo)志著北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)圓滿完成了星座部署，成為迄今為止我國規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、服務(wù)性能最高、與人民生活關(guān)聯(lián)最緊密的巨型復(fù)雜航天系統(tǒng)，并躋身世界四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)行列，正式向全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度定位導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。

功能之豐富，問鼎全球

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是目前功能最豐富的系統(tǒng)，不是之一，而是之最。

可為飛機(jī)保駕護(hù)航。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在提供導(dǎo)航定位授時(shí)的同時(shí)，提供了星基增強(qiáng)，為民航用戶提供精密進(jìn)近所需的所有要素，包括完好性信息，衛(wèi)星的健康信息，所有信號(hào)的健康信息。國際上很多國家都有星基增強(qiáng)，美國叫WAAS（廣域增強(qiáng)系統(tǒng)），歐盟叫EGNOS（歐洲地球靜止導(dǎo)航重疊服務(wù)），它們都需要重新租用衛(wèi)星來播發(fā)星基增強(qiáng)的信息，通過若干個(gè)地面跟蹤站、地面監(jiān)測站，來監(jiān)測各個(gè)星座、衛(wèi)星的健康狀況。但是，我們就在北斗的同步衛(wèi)星的星座上，把星基增強(qiáng)信息播發(fā)給民航用戶，這樣用戶可以非常方便地在接收北斗信號(hào)的同時(shí)，把增強(qiáng)信號(hào)接收下來。目前可以提供北斗雙頻、GPS雙頻的增強(qiáng)服務(wù)。未來我們承諾可以為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供雙頻多系統(tǒng)的增強(qiáng)服務(wù)。

無網(wǎng)定位照樣精準(zhǔn)?！氨倍啡?hào)”提供的精密單點(diǎn)定位，不需要通過網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)精密單點(diǎn)定位說起來并不新鮮，因?yàn)閲HGNSS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)組織，已經(jīng)在全球構(gòu)建了若干個(gè)監(jiān)測站，它把精密軌道和各個(gè)衛(wèi)星的精密鐘差放到網(wǎng)上，用戶想得到高精度定位、高精度授時(shí)，可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載高精度的軌道和高精度的衛(wèi)星鐘差。但北斗可以利用同步衛(wèi)星，把精密軌道、精密鐘差直接免費(fèi)播發(fā)給用戶，不需要互聯(lián)網(wǎng)，目前可以在中國的周邊地區(qū)、中國境內(nèi)提供精密單點(diǎn)定位服務(wù)。

幾米之內(nèi)精準(zhǔn)搜救。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是按照國際海事組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)的，可以提供全球國際搜救服務(wù)，其中6個(gè)衛(wèi)星有搜救載荷，還加了一個(gè)返向鏈路功能。這個(gè)返向鏈路就是一旦用戶遇到緊急情況需要搜救，只要地面搜救中心收到信息，會(huì)馬上告訴求助人收到他的信息，甚至?xí)嬷罱乃丫汝?duì)距離大概多遠(yuǎn)，多長時(shí)間能夠搜救到他。這對(duì)被搜救的人來說，是個(gè)極大的心理安慰。

破解地面布站難題。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面用戶的服務(wù)，不僅要依靠天上的衛(wèi)星，還要依靠地面的運(yùn)行控制系統(tǒng)，也就是通常所說的地面站，地面站要不斷對(duì)天上的衛(wèi)星進(jìn)行軌道測量，對(duì)軌道位置進(jìn)行確定，才能將精確的導(dǎo)航數(shù)據(jù)投入實(shí)際應(yīng)用。中國無法像美國那樣在全球建立地面站，“北斗三號(hào)”的另外一個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，就是在衛(wèi)星和衛(wèi)星之間設(shè)計(jì)了星間鏈路。北斗系統(tǒng)不僅攻克了星間鏈路等160余項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，還突破500余種器部件的國產(chǎn)化研制，實(shí)現(xiàn)了“北斗三號(hào)”衛(wèi)星核心器部件百分百國產(chǎn)化。

“北斗+”全面開啟

“北斗三號(hào)”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一系列的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，讓北斗成為世界上功能最豐富的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如今它已全面服務(wù)于交通運(yùn)輸、公共安全、減災(zāi)救災(zāi)、農(nóng)林牧漁、城市治理等各行各業(yè)。未來，北斗將與新一代通信、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)深度融合。大多數(shù)國產(chǎn)手機(jī)現(xiàn)在都已經(jīng)用上北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。把北斗芯片嵌入到汽車?yán)?，可以為未來的智能駕駛提供強(qiáng)有力的支持；嵌入到高鐵，可以為高鐵的穩(wěn)定運(yùn)行提高效率；嵌入到農(nóng)業(yè)機(jī)械，可以提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)作水平、精細(xì)水平；嵌入到電力系統(tǒng)，可以讓電力系統(tǒng)時(shí)間同步更靠譜；嵌入到整個(gè)交通管理，可以為一個(gè)城市交通管理的實(shí)時(shí)監(jiān)控、疏導(dǎo)提供支撐。北斗能為各行各業(yè)提供強(qiáng)有力的支持。

2019年年底，北斗國產(chǎn)的兼容芯片、模塊銷量已經(jīng)突破了1億片，衛(wèi)星導(dǎo)航定位終端總銷量已經(jīng)突破了4.6億臺(tái)套，具有北斗兼容芯片的終端產(chǎn)品包含手機(jī)已經(jīng)超過了7億臺(tái)套，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為之服務(wù)的企業(yè)單位數(shù)量，目前已經(jīng)有14000多家，從業(yè)人員已經(jīng)超過50萬。

建成了北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，只是中國定位導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)逗號(hào)。下一步我們還要建設(shè)一個(gè)更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時(shí)空體系，為國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定運(yùn)行、長足發(fā)展，提供更加堅(jiān)韌、更加連續(xù)、更加可靠、更加穩(wěn)健的定位導(dǎo)航授時(shí)體系。