三十載追夢(mèng)，北斗從“天邊”到“身邊”

 9月19日9時(shí)14分，長征三號(hào)乙運(yùn)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(dǎo)航衛(wèi)星送入茫茫太空。

      這是北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最后兩顆衛(wèi)星。任務(wù)的成功，標(biāo)志著北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程正式收官，意味著中國人獨(dú)立自主建設(shè)的北斗系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)展新征程。

      從1994年北斗系統(tǒng)工程立項(xiàng)至今的30年間，幾代北斗人櫛風(fēng)沐雨、接續(xù)奮斗，堅(jiān)持自主創(chuàng)新、分步建設(shè)，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(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)道路，將北斗系統(tǒng)建成為亮麗的“國家名片”，為更好服務(wù)全球、造福人類貢獻(xiàn)了中國智慧和力量。

北斗一號(hào)：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(dǎo)航系統(tǒng)：美國GPS和俄羅斯格洛納斯。已經(jīng)有了其他導(dǎo)航系統(tǒng)，我們?yōu)槭裁催€要下大力氣建設(shè)北斗呢？

      “我們需要自己的時(shí)空基準(zhǔn)，用自己的衛(wèi)星系統(tǒng)來描述自己的時(shí)空位置，這樣在關(guān)鍵時(shí)刻才不會(huì)受制于人。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)曾在接受《中國報(bào)道》記者采訪時(shí)說。

      1994年1月10日，國家批準(zhǔn)北斗一號(hào)工程立項(xiàng)。

      按照空間定位原理，對(duì)地球上一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行定位，至少需要3顆衛(wèi)星；考慮到時(shí)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(yàn)，既缺技術(shù)儲(chǔ)備，又缺工程經(jīng)驗(yàn)，更缺經(jīng)費(fèi)支撐。

      “立項(xiàng)之后，衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)全面展開研制工作，這期間的壓力很大。”楊長風(fēng)說，一是核心技術(shù)比較欠缺，二是當(dāng)時(shí)國家經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)比較薄弱，經(jīng)費(fèi)非常有限。為了保證北斗一號(hào)系統(tǒng)工程的順利推進(jìn)，主管機(jī)關(guān)想盡了各種辦法“擠”經(jīng)費(fèi)，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(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)地面目標(biāo)的快速定位。之后，北斗工程首任總設(shè)計(jì)師孫家棟院士帶領(lǐng)北斗人創(chuàng)造性提出了“分步走”戰(zhàn)略，即先試驗(yàn)后建設(shè)，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(gè)月的時(shí)間內(nèi)，我國相繼發(fā)射兩顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星，北斗一號(hào)系統(tǒng)建成，使我國成為繼美、俄之后第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。

      “北斗一號(hào)最值得一提的就是它解決了有無的問題。”楊長風(fēng)總結(jié)道。

北斗二號(hào)：自主創(chuàng)新、彎道超車

      北斗一號(hào)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(hào)系統(tǒng)建設(shè)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(dāng)年召開的世界無線電大會(huì)上向國際電信聯(lián)盟（以下簡稱“國際電聯(lián)”）提出了擴(kuò)展衛(wèi)星導(dǎo)航頻率的呼吁。2000年4月18日，國際電聯(lián)批準(zhǔn)了中國申報(bào)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星的頻率和軌道，中國的北斗系統(tǒng)進(jìn)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(hào)立項(xiàng)的時(shí)間是2004年，這就意味著留給北斗二號(hào)的時(shí)間只有3年。時(shí)間緊、任務(wù)重、責(zé)任重大。”楊長風(fēng)感慨道，“但是沒有什么可以阻擋北斗人前進(jìn)的步伐。立項(xiàng)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(yùn)載火箭到了發(fā)射中心。”

      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(jìn)行第三次總檢查的時(shí)候，衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)出現(xiàn)了異常，信號(hào)不穩(wěn)定。“如果應(yīng)答機(jī)壞了，等于衛(wèi)星沒有無線電信號(hào)；沒有無線電信號(hào)，就拿不到合法的頻率資源，就沒有空間國土的合法地位。”楊長風(fēng)對(duì)這段經(jīng)歷記憶猶新。

      “當(dāng)時(shí)可謂進(jìn)退兩難，把問題徹底地解決，時(shí)間可能來不及；要不解決，衛(wèi)星上去后，可能拿不到信號(hào)。最終決定還是要徹底解決問題，把應(yīng)答機(jī)從衛(wèi)星上拿下來處理。但拿下來又面臨著兩大難點(diǎn)，第一個(gè)難點(diǎn)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(diǎn)閃失，就會(huì)造成整個(gè)任務(wù)的失敗；第二個(gè)難點(diǎn)是取出應(yīng)答機(jī)后我們要?dú)w零，要把出現(xiàn)的問題找出來。整個(gè)過程要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，但研制應(yīng)答機(jī)的單位在上海，我們?cè)谖鞑?dāng)時(shí)歸零只給了3天時(shí)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(yàn)?zāi)芰Φ膯挝弧Ｍㄟ^協(xié)調(diào)，我們?cè)诔啥颊伊艘粋€(gè)研究所，用了整整3天時(shí)間，通過各種各樣的試驗(yàn)，最終把問題解決了。”楊長風(fēng)回憶道。

      2007年4月14日，我國第一顆北斗二號(hào)導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射。經(jīng)過3天的在軌測(cè)試，在2007年4月17日晚上8點(diǎn)鐘，在頻率只有4個(gè)小時(shí)的期限下，我們的接收機(jī)收到了衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，并得到國際電聯(lián)的官方認(rèn)定，我國正式合法擁有了所申報(bào)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(hào)建設(shè)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(dǎo)航要實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間測(cè)量，前提是要有精確的時(shí)間基準(zhǔn)，簡單地說，就是要有高精度的時(shí)鐘，也就是原子鐘，它是衛(wèi)星導(dǎo)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(jìn)口。

      “2004年，北斗二號(hào)工程批準(zhǔn)以后，我們一開始考慮繼續(xù)采取國際合作，從國外引進(jìn)原子鐘。”楊長風(fēng)說，“在和國外公司談判的整個(gè)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(shí)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(dú)立自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)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(duì)伍你追我趕進(jìn)行攻關(guān)，僅僅用了兩年時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了從無到有、從有到精，性能指標(biāo)不斷提高的銣原子鐘，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

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

北斗三號(hào)：核心器部件100%自主可控

      2009年，北斗三號(hào)工程啟動(dòng)。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(shí)間，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署提前半年全面完成。

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

      中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)會(huì)長于賢成指出，北斗三號(hào)系統(tǒng)具有高精度、高可靠、高保險(xiǎn)、多功能等特點(diǎn)。另外，相比其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它還具備諸多特色。一是北斗三號(hào)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(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強(qiáng)，尤其低緯度地區(qū)性能特點(diǎn)更為明顯。二是北斗三號(hào)系統(tǒng)提供多個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào)，能夠通過多頻信號(hào)組合使用等方式提高服務(wù)精度。三是北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力，具備定位導(dǎo)航授時(shí)、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位、短報(bào)文通信和國際搜救等多種服務(wù)能力。

      “北斗三號(hào)系統(tǒng)作為面向全球提供公共服務(wù)的重大時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)過程中始終堅(jiān)持走自主創(chuàng)新發(fā)展道路，成體系突破衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域百余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，新研百余種宇航級(jí)器部件，核心器部件100%自主可控。”于賢成告訴《中國報(bào)道》記者。

      據(jù)了解，由于北斗三號(hào)導(dǎo)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(hào)試驗(yàn)衛(wèi)星，驗(yàn)證了以高精度星載原子鐘、星座自主運(yùn)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(tái)關(guān)鍵技術(shù)，基于星地鏈路、星間鏈路、全新導(dǎo)航信號(hào)體制的導(dǎo)航衛(wèi)星運(yùn)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(dǎo)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(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，開展下一代北斗系統(tǒng)新技術(shù)試驗(yàn)試用。

北斗產(chǎn)業(yè)進(jìn)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(dá)1431點(diǎn)，對(duì)比2013年北斗產(chǎn)業(yè)元年，指數(shù)增加幅度超過470％；對(duì)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(tái)階，標(biāo)志著我國北斗產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用、高質(zhì)量發(fā)展新階段。

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

      北斗系統(tǒng)是我國重大空間基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于國家安全、經(jīng)濟(jì)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(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，助力行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效，形成了深度應(yīng)用、規(guī)模化發(fā)展的良好局面，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

      我國北斗產(chǎn)業(yè)之所以能夠進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用、高質(zhì)量發(fā)展的新階段，于賢成認(rèn)為，一方面，得益于國家政策引導(dǎo)，大力推動(dòng)北斗規(guī)模應(yīng)用，有力促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展；另一方面，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)領(lǐng)域加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)北斗的應(yīng)用需求明顯增長，各行業(yè)主動(dòng)“+北斗”，拓寬了北斗應(yīng)用市場。

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

      在北斗國際化發(fā)展方面，北斗技術(shù)已進(jìn)入民航、海事、移動(dòng)通信、測(cè)量測(cè)繪、航空航天、全球搜救等領(lǐng)域10余個(gè)國際組織相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，北斗產(chǎn)品、技術(shù)和服務(wù)得到了更多國際用戶的認(rèn)可，北斗在全球市場中的應(yīng)用模式更加豐富，應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷拓展。

      “未來，隨著北斗與5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的進(jìn)一步融合創(chuàng)新，將催生出更多的數(shù)字化應(yīng)用新場景，打造出更多的智能化服務(wù)新產(chǎn)品、新模式，而北斗時(shí)空服務(wù)也將遍及人類生產(chǎn)生活的方方面面，這對(duì)于我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和服務(wù)效益的提升將形成極大的推動(dòng)力。”于賢成告訴記者，北斗必將為各行業(yè)領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力的形成起到更加強(qiáng)大的時(shí)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(bào)道》記者 張利娟