?破解星載原子鐘、導航芯片、星間鏈路等“不可能”，歷經160余項核心關鍵技術和世界級難題的攻克、500余種核心器部件國產化研制的突破，中國北斗閃耀著三種軌道混合星座、短報文通信等獨有的中國智慧火花

　　?北斗衛(wèi)星導航系統，是我國迄今為止規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、性能要求最高、與百姓生活關聯最緊密的巨型復雜航天系統

　　?到2035年左右，將建成以北斗系統為核心，更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系

　　?中國完全依靠自己的力量建設北斗系統，建成之后主動向世界開放

北斗組網模擬圖 中國衛(wèi)星導航系統管理辦公室供圖

　　2020年7月31日，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統建成暨開通儀式在人民大會堂隆重舉行。這意味著，中國自主建設、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統已全面建成開通，中國北斗邁進了高質量服務全球、造福人類的新時代。

　　從創(chuàng)造性地提出“雙星定位”構想、繪下“三步走”發(fā)展藍圖，到在衛(wèi)星導航頻段即將逾期的最后時刻完成首次衛(wèi)星發(fā)射、拿到進軍全球衛(wèi)星導航系統俱樂部的“入場券”，再到兩年多時間18箭30星的高密度發(fā)射、完成全球組網，創(chuàng)造世界衛(wèi)星導航系統組網發(fā)射新紀錄……26年間，幾代北斗人接續(xù)奮斗、數十萬建設者聚力托舉，一次次刷新了科技強國的“中國速度”，展現了自主創(chuàng)新的“中國精度”，彰顯了開放包容的“中國氣度”。

　　北斗全球服務信號在無形時空傳播開來。寰宇蒼穹、星羅棋布，世界民眾的指端和人生旅程，真正有了“中國北斗”的導引和陪伴。

　　為建設全球衛(wèi)星導航系統提供全新范式

　　起步晚、底子薄，中國要獨立建成世界一流衛(wèi)星導航系統，曾被西方國家認為是不可能完成的任務。

　　上世紀90年代，美國GPS、俄羅斯格洛納斯已完成全球組網，牢牢占據先發(fā)優(yōu)勢，實現“一步建全球”。此時，國際局勢復雜多變，讓我國愈發(fā)強烈地意識到，擁有自己的衛(wèi)星導航系統對于維護國家安全、促進經濟社會發(fā)展是多么重要。

　　在建設之初，有人曾問：美國GPS、俄羅斯格洛納斯建設已打好樣板，北斗系統模仿復制，豈不簡單？但這顯然不是一個開卷命題，當時的國情，要求中國只能不走尋常路。

　　中國北斗人探索了符合中國國情的“三步走”戰(zhàn)略，走出了一條從無到有、從有到優(yōu)、從有源到無源、從區(qū)域到全球的中國特色發(fā)展道路，也為世界衛(wèi)星導航事業(yè)貢獻了新的發(fā)展路徑。

　　1983年，“兩彈一星”元勛、“863計劃”倡導者之一陳芳允院士，創(chuàng)造性地提出“雙星定位”構想。這一方案，能以最小星座、最少投入、最短周期實現“從無到有”。

　　之后，“兩彈一星”元勛、北斗系統工程首任總設計師孫家棟院士，進一步組織研究提出“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，決定先建試驗系統、然后再建區(qū)域系統，最后建成全球系統。

　　2000年建成北斗一號試驗系統，使我國成為世界第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統的國家。2012年建成北斗二號區(qū)域系統，為亞太地區(qū)提供服務。2020年建成北斗三號全球系統，開通全球服務。

　　北斗系統用20多年走完其他全球衛(wèi)星導航系統40多年的發(fā)展之路，成為繼美國GPS、俄羅斯格洛納斯之后，第三個建成的全球衛(wèi)星導航系統，處于世界先進水平。

　　與其他全球衛(wèi)星導航系統采取單一軌道星座相比，北斗系統獨樹一幟，選擇走混合星座的特色發(fā)展之路。北斗二號系統充分繼承北斗一號系統用地球靜止軌道衛(wèi)星實現區(qū)域導航定位的成功經驗，在國際上首創(chuàng)以地球靜止軌道和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星為骨干，兼有中圓軌道衛(wèi)星的混合星座。北斗系統高級顧問、原工程副總設計師李祖洪說，對于區(qū)域衛(wèi)星導航系統而言，這種“混搭”組合可以用最少衛(wèi)星數量實現最好覆蓋效果，已獲得國際認可。

　　北斗三號系統繼承并發(fā)展了“混合星座”，創(chuàng)造性實現并應用全星座“星間鏈路”等全新理念，建成由24顆中圓軌道衛(wèi)星、3顆地球靜止軌道衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星組成的全球衛(wèi)星導航系統，為全球衛(wèi)星導航系統建設提供了全新范式。

　　強大的核心競爭力在于自主創(chuàng)新

　　關鍵核心技術是花錢買不來的，自主創(chuàng)新的過程注定是艱苦的。在20多年的建設過程中，面對沒有自己的原子鐘和導航芯片、全球建站困難等條件下實現全球服務等難題，北斗人走出了一條自主創(chuàng)新、追求極致的發(fā)展道路。

　　北斗一號系統解決了導航衛(wèi)星最基本的問題，如供配電的太陽帆板等，實現核心產品的國產化。

　　北斗二號系統率先提出國際上首個高中軌道混合星座新體制，攻克了以高精度星載原子鐘等為代表的多項關鍵技術。

　　北斗三號系統攻克了具有自主知識產權的星間鏈路、自主定軌等關鍵技術，建立了國產器部件從研制、驗證到應用的工作體系，實現了北斗導航衛(wèi)星單機和關鍵元器件國產化率100%。

　　可以說，北斗系統的核心競爭力正是在于其強大的自主創(chuàng)新體系能力和舉國體制優(yōu)勢，并在創(chuàng)新中發(fā)展、在發(fā)展中提升。

　　——攻克無“鐘”之困。

　　星載原子鐘是導航衛(wèi)星的“心臟”，其性能對系統定位和授時精度具有決定性作用。

　　北斗二號系統建設之初，國內星載原子鐘技術比較薄弱，全世界只有少數國家有能力研制高性能星載原子鐘，而進口又存在諸多困難和不確定性。為盡早“讓中國的北斗用上最好的鐘”，工程總體組織相關科研單位和企業(yè)，成立三支研發(fā)隊伍同步進行攻堅，終于三支隊伍全都取得成功，自主研發(fā)的星載原子鐘達到國際先進水平。

　　北斗二號系統首發(fā)衛(wèi)星上便搭載全國產化星載原子鐘，并實現“雙鐘”相互備份，衛(wèi)星可靠性和在軌壽命大幅提升。

　　——消除缺“芯”之憂。

　　缺少“中國芯”，一直是困擾我國高科技領域的一塊“心病”。對于北斗系統應用和產業(yè)化來說，擁有國產芯片，對于確保應用安全和獲得產業(yè)發(fā)展主動權至關重要。

　　中國衛(wèi)星導航系統管理辦公室通過揭榜掛帥，組織國內40余家單位，創(chuàng)新管理模式，打破中標項目終身制，通過實物比測、產業(yè)化考核，形成“研發(fā)一代、論證一代、應用一代”的良性發(fā)展局面，成功研發(fā)了體積更小、功耗更低、精度更高的射頻系帶一體化導航定位芯片，北斗擁有了自己的“中國芯”。

　　如今，國產北斗芯片工藝達到世界先進水平，性價比與世界主流產品相當，國產北斗導航型芯片出貨量已超1億規(guī)模，年出貨量接近5000萬片，已在物聯網和消費電子領域廣泛應用。

　　——破解布“站”之難。

　　按照傳統全球衛(wèi)星導航系統的建設和運行模式，需要在全球范圍內建立分布均勻的地面站。為解決北斗系統海外建站的難題，北斗系統首創(chuàng)星間鏈路，創(chuàng)造性地提出高效解決方案。

　　通過星間鏈路，所有在軌北斗衛(wèi)星連成一張大網，相互間可以通信、測距，能自動“保持隊形”，不僅減小地面站規(guī)模、減輕地面管理維護壓力，而且還使衛(wèi)星定位精度大幅提高。憑借這一“絕活”，中國北斗實現了全球服務能力，性能達到世界一流。

　　據了解，2035年前，我國還將建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系，構建覆蓋天空地海、基準統一、高精度、高安全、高智能、高彈性、高效益的時空信息服務基礎設施，為未來智能化、無人化發(fā)展提供核心支撐。

孫家棟院士在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心（2010年12月15日攝） 李明放攝

　　“北斗+”讓生活更便利

　　全球定位精度優(yōu)于10米、授時精度優(yōu)于20納秒；亞太區(qū)域優(yōu)于5米、授時精度優(yōu)于10納秒……與其他衛(wèi)星導航系統相比，北斗系統除了可提供全球定位導航授時服務外，還可提供全球短報文通信、區(qū)域短報文通信、星基增強、國際搜救、精密單點定位、地基增強七種服務，能更好地滿足用戶的多元化需求。

　　如今，北斗三號系統成為國際上第一個多功能一體化的全球衛(wèi)星導航系統。這種多功能集成化設計，有利于取得差異化的競爭優(yōu)勢。

　　從功能看，北斗系統具有有源和無源兩種體制，用戶不但可以自己知道“我在哪”，還能告訴別人“我在哪”“在干什么”。

　　北斗衛(wèi)星導航系統工程總設計師楊長風介紹：“例如，突發(fā)地震、海上遇險時，在其他通信手段失效的情況下，北斗短報文通信可以成為傳遞求救信息、拯救生命的最后保險。”

　　目前，北斗三號系統區(qū)域短報文單次長度達1000個漢字，相比于北斗二號系統，通信能力大幅提升。

　　“天上好用、地上用好”，作為國家重大空間基礎設施，北斗系統已應用到各行各業(yè)，如同水和電一樣，走進千家萬戶，無處不在、觸手可及。

　　北斗系統已全面服務交通運輸、公共安全、救災減災、農林牧漁、城市治理等行業(yè)，融入電力、金融、通信等基礎設施，廣泛進入大眾消費、共享經濟和民生領域，深刻改變著人們的生產生活方式，產生顯著的經濟和社會效益。據統計，10年來，我國衛(wèi)星導航與位置服務產業(yè)總體產值年均增長20%以上，2019年達3450億元，2020年有望超過4000億元。

　　交通運輸是北斗應用的主要領域之一。目前，國內已有約700萬輛運營車輛加裝北斗終端，建成全球最大營運車輛動態(tài)監(jiān)管系統。北斗正向鐵路運輸、內河航運、遠洋航海、航空運輸及交通基礎設施建設管理縱深推進，提升我國綜合交通管理效率和運輸安全水平。北斗系統的規(guī)模化應用使得近年來中國道路運輸重特大事故發(fā)生率和死亡率均下降約50個百分點。

　　目前，我國已構建起集芯片、板卡、終端和運營服務為一體的完整北斗產業(yè)鏈，在國家關鍵行業(yè)和重點領域推進標配化使用，在大眾消費領域拓展規(guī)模化應用。據統計，在中國入網的智能手機，已有80%以上支持北斗功能。

　　今年，在新冠肺炎疫情阻擊戰(zhàn)中，北斗高精度定位設備馳援武漢火神山、雷神山醫(yī)院建設，確保工地大部分放線測量一次完成，為醫(yī)院迅速施工爭取了寶貴時間；北京、湖北的北斗植保無人機被廣泛用于區(qū)域消毒防疫，一架無人機單次噴灑面積可覆蓋5000平方米，并能深入防疫車無法抵達的死角；在全國各地，數十萬臺北斗終端進入物流行業(yè)；“北斗+”信息產品可對感染者的行動軌跡進行精確定位，為疫情防控提供關鍵數據支撐。

孟麗靜圖/本刊

　　與世界分享“中國北斗”

　　北斗始終堅持“中國的北斗、世界的北斗、一流的北斗”的發(fā)展理念，中國愿同世界各國共享北斗系統建設發(fā)展成果，共促全球衛(wèi)星導航事業(yè)蓬勃發(fā)展。

　　2020年6月，北斗三號系統星座部署完成后，聯合國外空司專門發(fā)來視頻，祝賀北斗系統完成全球組網部署，肯定北斗系統正在推動全球經濟社會發(fā)展，贊賞北斗系統在和平利用外太空、參與聯合國空間活動國際合作方面作出的巨大貢獻。

　　隨著北斗三號系統正式開通服務，從國內到國外，從區(qū)域到全球，北斗服務為更多國家和人民所共享。

　　2013年，緬甸農業(yè)使用了500余臺高精度北斗終端，這是北斗高精度產品首次在東南亞國家批量應用于農業(yè)數據采集、土地精細管理。

　　2015年，基于北斗系統的高精度接收機應用于科威特國家銀行總部300米高摩天大樓建設，實現了施工過程中垂直方向毫米級測量誤差。這是北斗首次在海外應用于高層建筑監(jiān)測。

　　2018年，北斗系統走進新加坡，基于北斗高精度的靜音打樁系統可進行樁點精準管理，根據導航提示快速找到鉆點位置，每個打樁點精度可達厘米級，同時大幅提高鉆機鉆孔速度。

　　2019年，北斗系統走進柬埔寨，為柬埔寨政府部門綜合規(guī)劃、國土整治監(jiān)控、基礎設施建設、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控等提供了更加完整的基礎信息資料，高精度服務成為政府基礎設施建設不可或缺的一項重要技術手段。

　　北斗系統走進老撾，為全國性土地確權工程放樣、地形測圖等各種控制測量提供新的方法手段，逐步替代了傳統全站儀作業(yè)的方式，為老撾地籍調查、土地管理以及相關法律法規(guī)的制定提供了原始依據和科學基礎。

　　北斗系統走進俄羅斯，西伯利亞電力巡線實現現場人員與管理中心雙向互動，及時發(fā)現設備缺陷和危及線路安全的隱患，保證輸配電線路安全和電力系統穩(wěn)定。

　　北斗系統“駛入”歐洲，在中歐班列上，裝有北斗終端的集裝箱，高精度定位導航功能讓物流更便捷，實現了傳統運輸方式的升級與轉型。北斗實時記錄列車及貨品的運行軌跡，定位精度10米以內，實現全程跟蹤無縫中轉。

　　2020年以來，北斗落地更多海外國家。北斗安全監(jiān)測系統落地緬甸萊比塘銅礦，高精度定位守護礦區(qū)安全；基于北斗的港口智能控制系統已經在意大利、卡塔爾、印度等20個國家的50余個港口成功應用。

　　目前，國產北斗基礎產品已出口120余個國家和地區(qū)，在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等地得到成功應用。

　　“北斗應用只受想象力限制。”面向未來，北斗應用發(fā)展將有無限可能和廣闊前景。（記者?袁元）

　　北斗衛(wèi)星導航系統

　　北斗衛(wèi)星導航系統是我國著眼于國家安全和經濟社會發(fā)展需要，自主建設運行的全球衛(wèi)星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施，充分展現了我國的長遠戰(zhàn)略布局和科研人員的創(chuàng)新精神。北斗系統已在許多領域得到廣泛應用，服務國家重要基礎設施，產生了顯著的經濟效益和社會效益。北斗系統將持續(xù)推進產業(yè)化發(fā)展，服務國家現代化建設和百姓日常生活，為全球科技、經濟和社會發(fā)展作出貢獻。