中國人的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——“北斗”終于建成了!

2020年7月31日，中國向全世界鄭重宣告，中國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已全面建成，中國北斗開啟了高質(zhì)量服務(wù)全球、造福人類的新篇章。

撫今追昔，從北斗一號(hào)工程立項(xiàng)開始，二十六載風(fēng)雨兼程，幾代北斗人接續(xù)奮斗、數(shù)十萬建設(shè)者聚力托舉，一次又一次刷新“中國速度”、展現(xiàn)“中國精度”、彰顯“中國氣度”?；赝麃砺?，這份沉甸甸的北斗成績單來之不易。

傳說中的“五千萬工程”和30萬無名北斗人

目光回到上世紀(jì)末。

1994年，無論在世界還是中國衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史上都是極具特殊意義的一年。這一年，世界首個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS全面建成;而此時(shí)，中國北斗一號(hào)系統(tǒng)則剛剛立項(xiàng)。

很多人沒有想到，有朝一日中國能獨(dú)立建成與美俄歐衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)比肩的世界一流系統(tǒng)。

2000年，北斗一號(hào)構(gòu)建起兼具定位授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)的雙星定位系統(tǒng)，我國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個(gè)具有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家;2017年11月，北斗三號(hào)系統(tǒng)首組雙星發(fā)射;2020年6月，北斗全球組網(wǎng)成功，僅用不到3年時(shí)間便完成星座部署，讓全世界再一次領(lǐng)略到中國集中力量辦大事的硬核實(shí)力。

這一次，中國不僅兌現(xiàn)了承諾，還比原定計(jì)劃提前了半年。

談及北斗圓夢(mèng)全球，北斗工程總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)感慨萬千：“北斗是黨和國家調(diào)動(dòng)千軍萬馬干出來的，是工程全線幾十萬人團(tuán)結(jié)一心拼出來的，是廣大人民群眾堅(jiān)定支持共同托舉起來的。”

據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室統(tǒng)計(jì)，北斗工程啟動(dòng)以來，在全國范圍內(nèi)先后調(diào)集了400多家單位、30余萬名科技人員參與研制建設(shè)。陳芳允、孫家棟兩位“兩彈一星”元?jiǎng)缀蛶资麅稍涸菏款I(lǐng)銜出征。

在這項(xiàng)大國重器橫空出世的背后，還有無數(shù)普通人辛勤付出。每逢重要節(jié)點(diǎn)，數(shù)以萬計(jì)的公安民警、警衛(wèi)人員和通信、電力、氣象、交通、醫(yī)療等行業(yè)員工堅(jiān)守各自崗位，共同筑起堅(jiān)固的安全保障;成千上萬科研人員的家人，默默扛起照顧家庭的重?fù)?dān)，為他們撐起堅(jiān)強(qiáng)后盾。

“我們常說，北斗是‘五千萬工程’，調(diào)動(dòng)了千軍萬馬，經(jīng)歷了千難萬險(xiǎn)，付出了千辛萬苦，要走進(jìn)千家萬戶，將造福千秋萬代。”楊長風(fēng)說。

中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其介紹，北斗系統(tǒng)由衛(wèi)星、火箭、發(fā)射場、測(cè)控、運(yùn)控、星間鏈路、應(yīng)用驗(yàn)證等七大系統(tǒng)組成，是跨部門、跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨地域的復(fù)雜系統(tǒng)工程。

建設(shè)全球系統(tǒng)與區(qū)域系統(tǒng)相比，不是簡單的規(guī)模擴(kuò)容，而是全面的整體升級(jí)，對(duì)工程全線尤其是衛(wèi)星系統(tǒng)帶來空前挑戰(zhàn)。事前據(jù)專家論證測(cè)算，以當(dāng)時(shí)的研制能力，如果仍由一家單位抓總研制，即便“5+2”“白+黑”連軸轉(zhuǎn)，也很難在2020年年底前完成30顆衛(wèi)星的研制生產(chǎn)，更別提全部發(fā)射入軌、完成星座組網(wǎng)。

2017年11月到2020年6月，31個(gè)月時(shí)間，我國成功發(fā)射30顆北斗三號(hào)組網(wǎng)星和兩顆北斗二號(hào)備份星，成功率達(dá)100%，以超過月均1顆星的速度，創(chuàng)造世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)發(fā)射新紀(jì)錄。

既不能故步自封，也不能照搬盲從

20世紀(jì)90年代初，國際局勢(shì)復(fù)雜多變，人們愈發(fā)強(qiáng)烈地意識(shí)到，擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為世界大國的重要標(biāo)志、大國競爭的科技制高點(diǎn)。

楊長風(fēng)說，同樣是建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，美、俄和歐盟選擇搞“一步建全球”。而我國起步晚、底子薄，明智地選擇分步走，先解決有無、滿足急需，切實(shí)做到“把每個(gè)銅板都用在刀刃上”。

1983年，“兩彈一星”元?jiǎng)住?ldquo;863計(jì)劃”倡導(dǎo)者之一陳芳允院士創(chuàng)造性地提出“雙星定位”構(gòu)想。這一方案能以最小星座、最少投入、最短周期實(shí)現(xiàn)“從無到有”。

后來，“兩彈一星”元?jiǎng)?、北斗系統(tǒng)首任工程總設(shè)計(jì)師孫家棟院士進(jìn)一步組織研究提出“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，決定先建試驗(yàn)系統(tǒng)，再建區(qū)域系統(tǒng)，最后建成全球系統(tǒng)——

2000年建成北斗一號(hào)試驗(yàn)系統(tǒng)，使我國成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。2012年建成北斗二號(hào)區(qū)域系統(tǒng)，為亞太地區(qū)提供服務(wù)。2020年建成北斗三號(hào)全球系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了中國人孜孜以求的“全球夢(mèng)”。

據(jù)楊長風(fēng)介紹，與其它全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采取單一軌道星座構(gòu)型相比，北斗系統(tǒng)獨(dú)樹一幟，堅(jiān)定選擇走混合星座的特色發(fā)展之路。北斗一號(hào)建設(shè)時(shí)，在國際上首次實(shí)現(xiàn)地球靜止軌道衛(wèi)星提供導(dǎo)航定位服務(wù)。

北斗二號(hào)系統(tǒng)則繼承北斗一號(hào)用地球靜止軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ桓采w的成功經(jīng)驗(yàn)，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(tǒng)高級(jí)顧問、原工程副總設(shè)計(jì)師李祖洪說，對(duì)區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，這種“混搭”組合可以用最少衛(wèi)星數(shù)量實(shí)現(xiàn)最好的覆蓋效果，已獲得國際認(rèn)可。

李祖洪告訴記者，北斗三號(hào)系統(tǒng)將“混合星座構(gòu)型”發(fā)揚(yáng)光大，建成擁有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)星組成的全球系統(tǒng)，為建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供了全新范式。

楊長風(fēng)說，北斗系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)再次證明，任何時(shí)候、任何情況下，都要堅(jiān)定自信、保持定力，堅(jiān)定不移走中國特色發(fā)展之路，既不能故步自封，也不能照搬盲從。

最后時(shí)刻“壓哨破門”，瀕臨絕境倒逼自主創(chuàng)新

空間頻率資源是戰(zhàn)略資源，沒有合法可用的頻率，衛(wèi)星就如同沒有土地使用許可的高樓大廈，缺少立身之基。

“北斗起步之時(shí)，國際上優(yōu)質(zhì)頻率資源已經(jīng)所剩無幾，經(jīng)過艱苦談判，終于推動(dòng)國際電聯(lián)從航空導(dǎo)航頻段中，辟出兩小段資源作為衛(wèi)星導(dǎo)航合法使用頻段。”楊長風(fēng)說。國際電聯(lián)規(guī)定，各國均可平等申請(qǐng)新資源使用權(quán)，但必須在7年有效期內(nèi)發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星，并成功接收傳回信號(hào)，逾期則自動(dòng)失效。

楊長風(fēng)回憶，為保住2007年4月17日這一最后“窗口”，工程上下進(jìn)行全系統(tǒng)總動(dòng)員和大會(huì)戰(zhàn)，搶在2月底完成衛(wèi)星研制。然而臨射前，衛(wèi)星上的應(yīng)答機(jī)突現(xiàn)異常。為確保萬無一失，工程試驗(yàn)隊(duì)果斷將已矗立塔架的星箭組合體拆開，取出衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，72小時(shí)不眠不休，成功排除故障。

4月14日4時(shí)11分，這顆肩負(fù)重要使命的衛(wèi)星發(fā)射成功;17日20時(shí)許，北京終于清晰地接收到來自這顆衛(wèi)星的信號(hào)。這一刻，距離頻率失效最后期限已不到4個(gè)小時(shí)。

中國北斗在最后時(shí)刻“壓哨破門”，拿到了進(jìn)軍全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)俱樂部的“入場券”。

“面對(duì)缺乏頻率資源、沒有自己的原子鐘和芯片、區(qū)域布站條件下實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)等看似難以逾越的‘婁山關(guān)’‘臘子口’!”楊長風(fēng)說，北斗人憑借滾石上山的毅力和勇氣，讓北斗走出了一條自主創(chuàng)新、追求卓越的發(fā)展道路。

星載原子鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星的心臟，是衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，其性能對(duì)系統(tǒng)定位和授時(shí)精度具有決定性作用。

北斗工程建設(shè)之初，國內(nèi)星載原子鐘技術(shù)比較薄弱。當(dāng)時(shí)，全世界只有少數(shù)國家有能力研制高性能星載原子鐘，進(jìn)口存在諸多困難和不確定性。

“不能等，不能靠，就自己干!”楊長風(fēng)說，為盡早“讓中國的北斗用上最好的鐘”，工程總體下定決心，集中全力打攻堅(jiān)戰(zhàn)，組織相關(guān)科研單位和企業(yè)，成立3支研發(fā)隊(duì)伍同步攻堅(jiān)。不到兩年時(shí)間，3支隊(duì)伍全都取得成功，自主研發(fā)出達(dá)到國際先進(jìn)水平的原子鐘。

缺少“中國芯”，一直是困擾我國高科技領(lǐng)域的一塊心病。冉承其說，對(duì)于北斗系統(tǒng)工程建設(shè)和應(yīng)用來說，擁有國產(chǎn)芯片，對(duì)于確保其安全性、穩(wěn)定性、可靠性至關(guān)重要。甚至可以說，搞北斗三號(hào)全球系統(tǒng)，全面國產(chǎn)化是頭等大事。

據(jù)他介紹，通過深入動(dòng)員，北斗工程上下形成寧可國產(chǎn)化產(chǎn)品“指標(biāo)低點(diǎn)、價(jià)格高點(diǎn)，也要大膽使用”的堅(jiān)定共識(shí);工程總體研究制定行動(dòng)規(guī)劃，將自主可控要求落實(shí)到關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)品研發(fā)、競爭采購等各環(huán)節(jié)……

功夫不負(fù)有心人。國產(chǎn)北斗芯片工藝由0.35微米提升到28納米，已在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。支持北斗三號(hào)新信號(hào)的22納米工藝射頻基帶一體化導(dǎo)航定位芯片，體積更小、功耗更低、精度更高，已具備批量生產(chǎn)能力。

截至2019年年底，國產(chǎn)導(dǎo)航型芯片出貨量已超1億片，北斗導(dǎo)航型芯片、模塊高精度板卡和天線已輸出到120余個(gè)國家和地區(qū)。

按照傳統(tǒng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行模式，需要在全球范圍內(nèi)建立眾多地面站。楊長風(fēng)說，為解決北斗系統(tǒng)國內(nèi)建站實(shí)現(xiàn)全球運(yùn)行和服務(wù)的難題，北斗系統(tǒng)首創(chuàng)Ka頻段星間鏈路，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(wǎng)，實(shí)現(xiàn)北斗“兄弟”手拉手。

北斗三號(hào)全球系統(tǒng)星座部署完成后，澳大利亞空間工程研究中心主任安德魯·登普斯特指出，北斗是一項(xiàng)重大突破，因?yàn)樗馕吨袊梢酝耆?dú)立地使用自主導(dǎo)航系統(tǒng)，不再依賴任何人。

楊長風(fēng)說，一路走來，北斗系統(tǒng)建設(shè)過五關(guān)斬六將，崎嶇坎坷、步步驚心，這也讓工程隊(duì)伍磨煉出堅(jiān)毅的品格和堅(jiān)強(qiáng)的信心，堅(jiān)定不移走上自主創(chuàng)新之路。

如同水和電一樣，北斗將無處不在、觸手可及

有這樣一個(gè)比喻：如同水和電一樣，北斗系統(tǒng)將成為人民日常生活中不可缺少的必需品，無處不在、觸手可及。

楊長風(fēng)說，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，是事關(guān)國計(jì)民生的大國重器，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、改善人民生產(chǎn)生活具有重要作用。發(fā)展到今天，從國內(nèi)到國外，從區(qū)域到全球，北斗服務(wù)將為更多國家和人民所共享，這張國家名片的知名度、影響力也將不斷增強(qiáng)，北斗對(duì)人類的貢獻(xiàn)終將被全世界所理解認(rèn)同。

根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室統(tǒng)計(jì)，近年來，北斗系統(tǒng)已全面服務(wù)交通運(yùn)輸、公共安全、救災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林牧漁、城市治理等各行各業(yè)，已經(jīng)融入電力、金融、通信等國家核心基礎(chǔ)設(shè)施，綜合效益正在不斷顯現(xiàn)。

以交通運(yùn)輸為例，截至2019年12月，國內(nèi)超過650萬輛運(yùn)營車輛、4萬輛郵政和快遞車輛、36個(gè)中心城市的約8萬輛公交車、3200余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施已用北斗，建成全球最大營運(yùn)車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)。此外，近10年來，我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年均增長約20%，2020年將有望超過4000億元。

“北斗作為國家重大空間基礎(chǔ)設(shè)施，提供的是公共服務(wù)產(chǎn)品，就如同電、無線網(wǎng)絡(luò)一樣，必須通過終端服務(wù)來實(shí)現(xiàn)價(jià)值。”楊長風(fēng)告訴記者，“融合發(fā)展、萬物互聯(lián)”一直是北斗應(yīng)用推廣的基本方針。

據(jù)他介紹，2020年第一季度，在中國入網(wǎng)的智能手機(jī)，已經(jīng)有70%以上提供北斗服務(wù)。共享單車配裝北斗終端實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理，牧民坐在家里就能通過北斗項(xiàng)圈放牧牛羊，支持北斗系統(tǒng)的手表、手環(huán)、學(xué)生卡更加方便和保護(hù)人們?nèi)粘Ｉ?。通過“北斗+支付”，能對(duì)1秒內(nèi)成百上千的股票、車票購買申請(qǐng)進(jìn)行精確排隊(duì)、按序辦理。

在新冠肺炎疫情防控阻擊戰(zhàn)中，北斗的貢獻(xiàn)更是有目共睹：北京、湖北的北斗植保無人機(jī)被廣泛用于區(qū)域內(nèi)消毒防疫，一架無人機(jī)單次噴灑面積可覆蓋5000平方米，并且能深入防疫車無法抵達(dá)的死角。在全國多個(gè)地方，數(shù)十萬臺(tái)北斗終端進(jìn)入物流行業(yè)，通過北斗精準(zhǔn)定位，位置信息一目了然，一些物流企業(yè)還通過機(jī)器人向部分隔離小區(qū)提供物資運(yùn)輸配送。

冉承其以武漢火神山、雷神山醫(yī)院建設(shè)為例：“萬丈高樓平地起”，高精度定點(diǎn)定位是基準(zhǔn)，快速精確測(cè)量是基礎(chǔ)。農(nóng)歷大年三十晚上，北斗人聞令而動(dòng)，奔赴火神山醫(yī)院工地;北斗高精度定位設(shè)備火速馳援，確保工地大部分放線測(cè)量一次完成，為醫(yī)院迅速施工爭取了寶貴時(shí)間。

“北斗應(yīng)用只受想象力限制。”楊長風(fēng)說。面向未來，這句話精辟地勾勒出北斗應(yīng)用發(fā)展的無限可能和廣闊前景。

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