三十載追夢，北斗從“天邊”到“身邊”

三十載追夢，北斗從“天邊”到“身邊”

 9月19日9時14分，長征三號乙運載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心西昌發(fā)射場騰空而起，將第59、60顆北斗導航衛(wèi)星送入茫茫太空。

      這是北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的最后兩顆衛(wèi)星。任務的成功，標志著北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程正式收官，意味著中國人獨立自主建設的北斗系統(tǒng)進入發(fā)展新征程。

      從1994年北斗系統(tǒng)工程立項至今的30年間，幾代北斗人櫛風沐雨、接續(xù)奮斗，堅持自主創(chuàng)新、分步建設，走出了一條從無到有，從有到優(yōu)，從區(qū)域到全球的中國特色衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設道路，將北斗系統(tǒng)建成為亮麗的“國家名片”，為更好服務全球、造福人類貢獻了中國智慧和力量。

北斗一號：從無到有、另辟蹊徑

      中國北斗誕生之初，世界上已有兩大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)：美國GPS和俄羅斯格洛納斯。已經(jīng)有了其他導航系統(tǒng)，我們?yōu)槭裁催€要下大力氣建設北斗呢？

      “我們需要自己的時空基準，用自己的衛(wèi)星系統(tǒng)來描述自己的時空位置，這樣在關(guān)鍵時刻才不會受制于人?！北倍沸l(wèi)星導航系統(tǒng)總設計師楊長風曾在接受《中國報道》記者采訪時說。

      1994年1月10日，國家批準北斗一號工程立項。

      按照空間定位原理，對地球上一個目標點進行定位，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。這是GPS和格洛納斯的工作原理和全球組網(wǎng)方案。如果按這條路徑探索試驗，既缺技術(shù)儲備，又缺工程經(jīng)驗，更缺經(jīng)費支撐。

      “立項之后，衛(wèi)星團隊全面展開研制工作，這期間的壓力很大?！睏铋L風說，一是核心技術(shù)比較欠缺，二是當時國家經(jīng)濟基礎比較薄弱，經(jīng)費非常有限。為了保證北斗一號系統(tǒng)工程的順利推進，主管機關(guān)想盡了各種辦法“擠”經(jīng)費，最終保住了這一工程。

      陳芳允院士提出“雙星定位”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，可實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)地面目標的快速定位。之后，北斗工程首任總設計師孫家棟院士帶領北斗人創(chuàng)造性提出了“分步走”戰(zhàn)略，即先試驗后建設，先國內(nèi)后周邊，先區(qū)域后全球。

      經(jīng)過艱苦卓絕的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，2000年，在不到兩個月的時間內(nèi)，我國相繼發(fā)射兩顆北斗導航試驗衛(wèi)星，北斗一號系統(tǒng)建成，使我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。

      “北斗一號最值得一提的就是它解決了有無的問題?！睏铋L風總結(jié)道。

北斗二號：自主創(chuàng)新、彎道超車

      北斗一號的建成并投入使用，雖然解決了有沒有的問題，但與美俄相比仍有差距。于是，北斗二號系統(tǒng)建設提上日程。

      衛(wèi)星空間軌道位置和無線電的頻率是一種有限的自然資源。根據(jù)國際規(guī)則，如果不在國際電聯(lián)內(nèi)合法登記，或在登記后的7年里沒有使用該頻率，你的衛(wèi)星就無法合法地使用該頻率資源。

      2000年，正在籌劃全球?qū)Ш较到y(tǒng)的中國和歐盟，在當年召開的世界無線電大會上向國際電信聯(lián)盟（以下簡稱“國際電聯(lián)”）提出了擴展衛(wèi)星導航頻率的呼吁。2000年4月18日，國際電聯(lián)批準了中國申報的全球?qū)Ш叫l(wèi)星的頻率和軌道，中國的北斗系統(tǒng)進入國際電聯(lián)的頻率總表，正式取得合法地位，只等衛(wèi)星發(fā)射，成功啟用。

      “一顆衛(wèi)星的研制周期一般是5年，而北斗二號立項的時間是2004年，這就意味著留給北斗二號的時間只有3年。時間緊、任務重、責任重大。”楊長風感慨道，“但是沒有什么可以阻擋北斗人前進的步伐。立項后，北斗人爭分奪秒，自定‘白加黑’‘5+2’的干法，最終在2007年4月初，衛(wèi)星伴隨著運載火箭到了發(fā)射中心?！?/p>

      本以為萬事俱備只欠發(fā)射了，讓人萬萬沒想到的是，在發(fā)射陣地進行第三次總檢查的時候，衛(wèi)星應答機出現(xiàn)了異常，信號不穩(wěn)定?！叭绻麘饳C壞了，等于衛(wèi)星沒有無線電信號；沒有無線電信號，就拿不到合法的頻率資源，就沒有空間國土的合法地位?！睏铋L風對這段經(jīng)歷記憶猶新。

      “當時可謂進退兩難，把問題徹底地解決，時間可能來不及；要不解決，衛(wèi)星上去后，可能拿不到信號。最終決定還是要徹底解決問題，把應答機從衛(wèi)星上拿下來處理。但拿下來又面臨著兩大難點，第一個難點是要在50米高的發(fā)射塔架上面給衛(wèi)星開膛破肚，萬一有一點閃失，就會造成整個任務的失??；第二個難點是取出應答機后我們要歸零，要把出現(xiàn)的問題找出來。整個過程要進行大量的試驗，但研制應答機的單位在上海，我們在西昌，當時歸零只給了3天時間，3天往返上海和西昌是不可能的。專家們研究后決定，找附近具有這種試驗能力的單位。通過協(xié)調(diào)，我們在成都找了一個研究所，用了整整3天時間，通過各種各樣的試驗，最終把問題解決了?！睏铋L風回憶道。

      2007年4月14日，我國第一顆北斗二號導航衛(wèi)星成功發(fā)射。經(jīng)過3天的在軌測試，在2007年4月17日晚上8點鐘，在頻率只有4個小時的期限下，我們的接收機收到了衛(wèi)星發(fā)射的信號，并得到國際電聯(lián)的官方認定，我國正式合法擁有了所申報空間位置和頻率資源。

      除了成功拿到頻率資源合法權(quán)益，北斗二號建設背后還有很多令人震撼的故事。其中，最值得一提的非星載原子鐘莫屬。

      衛(wèi)星導航要實現(xiàn)精確的時間測量，前提是要有精確的時間基準，簡單地說，就是要有高精度的時鐘，也就是原子鐘，它是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的核心。北斗衛(wèi)星研制初期，原子鐘主要從國外進口。

      “2004年，北斗二號工程批準以后，我們一開始考慮繼續(xù)采取國際合作，從國外引進原子鐘?！睏铋L風說，“在和國外公司談判的整個過程中一切都很順利，但萬萬沒想到的是，到最后簽協(xié)議的時候，國外公司突然變了臉，不給我們提供原子鐘。怎么辦？北斗人決定自己干！”

      “中國人的脊梁不能靠外國人頂著，建立獨立自主的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，必須核心在手！”在這種信念的支撐下，2005年，北斗人組織了3支隊伍你追我趕進行攻關(guān)，僅僅用了兩年時間就實現(xiàn)了從無到有、從有到精，性能指標不斷提高的銣原子鐘，填補了國內(nèi)空白。

      成功發(fā)射第一顆北斗二號導航衛(wèi)星后，我國在5年半的時間內(nèi)先后將16顆北斗二號衛(wèi)星送入太空，建成北斗二號系統(tǒng)并開始提供區(qū)域服務。

北斗三號：核心器部件100%自主可控

      2009年，北斗三號工程啟動。從首組雙星發(fā)射到最后一顆組網(wǎng)星入軌，僅僅不到3年時間，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署提前半年全面完成。

      2020年7月31日，習近平總書記向全世界宣布北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通。這標志著我國建成了獨立自主、開放兼容的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，中國北斗從此走向了服務全球、造福人類的時代舞臺。

      中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會會長于賢成指出，北斗三號系統(tǒng)具有高精度、高可靠、高保險、多功能等特點。另外，相比其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)，它還具備諸多特色。一是北斗三號系統(tǒng)空間段采用3種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強，尤其低緯度地區(qū)性能特點更為明顯。二是北斗三號系統(tǒng)提供多個頻點的導航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務精度。三是北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導航與通信能力，具備定位導航授時、星基增強、地基增強、精密單點定位、短報文通信和國際搜救等多種服務能力。

      “北斗三號系統(tǒng)作為面向全球提供公共服務的重大時空基礎設施，建設過程中始終堅持走自主創(chuàng)新發(fā)展道路，成體系突破衛(wèi)星導航領域百余項關(guān)鍵技術(shù)，新研百余種宇航級器部件，核心器部件100%自主可控。”于賢成告訴《中國報道》記者。

      據(jù)了解，由于北斗三號導航衛(wèi)星需采用許多新技術(shù)，為此，我國在2015年至2016年陸續(xù)發(fā)射了5顆北斗三號試驗衛(wèi)星，驗證了以高精度星載原子鐘、星座自主運行等為代表的衛(wèi)星載荷關(guān)鍵技術(shù)，以輕量化、長壽命、高可靠為典型特征的衛(wèi)星平臺關(guān)鍵技術(shù)，基于星地鏈路、星間鏈路、全新導航信號體制的導航衛(wèi)星運行控制關(guān)鍵技術(shù)，以及98%的國產(chǎn)化器件，關(guān)鍵器件均為“中國造”。

      據(jù)中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室介紹，9月19日發(fā)射的兩顆衛(wèi)星，將在確保北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)精穩(wěn)運行的基礎上，開展下一代北斗系統(tǒng)新技術(shù)試驗試用。

北斗產(chǎn)業(yè)進入高質(zhì)量發(fā)展的新階段

      “截至今年上半年，北斗產(chǎn)業(yè)綜合指數(shù)已達1431點，對比2013年北斗產(chǎn)業(yè)元年，指數(shù)增加幅度超過470％；對比2023年上半年，指數(shù)增加幅度超過9％。”于賢成表示，北斗市場化、產(chǎn)業(yè)化和國際化相關(guān)指數(shù)均邁上新臺階，標志著我國北斗產(chǎn)業(yè)進入規(guī)模應用、高質(zhì)量發(fā)展新階段。

      中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會發(fā)布的《2024中國北斗產(chǎn)業(yè)發(fā)展指數(shù)報告》顯示，截至今年上半年，我國各種類型的北斗終端設備應用超過2700萬臺（套），較去年同期增加超過400萬臺（套），同比增長17.4％，北斗綜合應用滲透率超50％，行業(yè)領域全面覆蓋，應用深度持續(xù)增強。其中，涉及國計民生重點行業(yè)的北斗終端設備應用數(shù)量超過2000萬臺（套）。

      北斗系統(tǒng)是我國重大空間基礎設施，對于國家安全、經(jīng)濟發(fā)展以及人民生活都發(fā)揮著重要支撐作用。目前，北斗系統(tǒng)已廣泛應用于各個行業(yè)，助力行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效，形成了深度應用、規(guī)模化發(fā)展的良好局面，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

      我國北斗產(chǎn)業(yè)之所以能夠進入規(guī)模應用、高質(zhì)量發(fā)展的新階段，于賢成認為，一方面，得益于國家政策引導，大力推動北斗規(guī)模應用，有力促進了產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展；另一方面，隨著數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展，國民經(jīng)濟各行業(yè)領域加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，對北斗的應用需求明顯增長，各行業(yè)主動“+北斗”，拓寬了北斗應用市場。

      此外，移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也極大拓展了北斗的應用，北斗與智能手機、可穿戴設備相結(jié)合的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應用，為廣大用戶帶來了新體驗。

      在北斗國際化發(fā)展方面，北斗技術(shù)已進入民航、海事、移動通信、測量測繪、航空航天、全球搜救等領域10余個國際組織相關(guān)標準，北斗產(chǎn)品、技術(shù)和服務得到了更多國際用戶的認可，北斗在全球市場中的應用模式更加豐富，應用領域得到不斷拓展。

      “未來，隨著北斗與5G、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的進一步融合創(chuàng)新，將催生出更多的數(shù)字化應用新場景，打造出更多的智能化服務新產(chǎn)品、新模式，而北斗時空服務也將遍及人類生產(chǎn)生活的方方面面，這對于我國數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展和服務效益的提升將形成極大的推動力。”于賢成告訴記者，北斗必將為各行業(yè)領域新質(zhì)生產(chǎn)力的形成起到更加強大的時空賦能作用，我國北斗產(chǎn)業(yè)也將取得更高質(zhì)量的發(fā)展。

來源《中國報道》記者 張利娟