中國人的全球衛(wèi)星導航系統(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、獨立運行的北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)已全面建成，中國北斗開啟了高質量服務全球、造福人類的新篇章。
撫今追昔，從北斗一號工程立項開始，二十六載風雨兼程，幾代北斗人接續(xù)奮斗、數十萬建設者聚力托舉，一次又一次刷新“中國速度”、展現“中國精度”、彰顯“中國氣度”。回望來路，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
目光回到上世紀末。
1994年，無論在世界還是中國衛(wèi)星導航發(fā)展史上都是極具特殊意義的一年。這一年，世界首個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)GPS全面建成；而此時，中國北斗一號系統(tǒng)則剛剛立項。
很多人沒有想到，有朝一日中國能獨立建成與美俄歐衛(wèi)星導航系統(tǒng)比肩的世界一流系統(tǒng)。
2000年，北斗一號構建起兼具定位授時和短報文通信服務的雙星定位系統(tǒng)，我國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個具有衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家；2017年11月，北斗三號系統(tǒng)首組雙星發(fā)射；2020年6月，北斗全球組網成功，僅用不到3年時間便完成星座部署，讓全世界再一次領略到中國集中力量辦大事的硬核實力。
這一次，中國不僅兌現了承諾，還比原定計劃提前了半年。
談及北斗圓夢全球，北斗工程總設計師楊長風感慨萬千：“北斗是黨和國家調動千軍萬馬干出來的，是工程全線幾十萬人團結一心拼出來的，是廣大人民群眾堅定支持共同托舉起來的�！�
據中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室統(tǒng)計，北斗工程啟動以來，在全國范圍內先后調集了400多家單位、30余萬名科技人員參與研制建設。陳芳允、孫家棟兩位“兩彈一星”元勛和幾十名兩院院士領銜出征。
在這項大國重器橫空出世的背后，還有無數普通人辛勤付出。每逢重要節(jié)點，數以萬計的公安民警、警衛(wèi)人員和通信、電力、氣象、交通、醫(yī)療等行業(yè)員工堅守各自崗位，共同筑起堅固的安全保障；成千上萬科研人員的家人，默默扛起照顧家庭的重擔，為他們撐起堅強后盾。
“我們常說，北斗是‘五千萬工程’，調動了千軍萬馬，經歷了千難萬險，付出了千辛萬苦，要走進千家萬戶，將造福千秋萬代�！睏铋L風說。
中國衛(wèi)星導航系統(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、測控、運控、星間鏈路、應用驗證等七大系統(tǒng)組成，是跨部門、跨學科、跨行業(yè)、跨地域的復雜系統(tǒng)工程。
建設全球系統(tǒng)與區(qū)域系統(tǒng)相比，不是簡單的規(guī)模擴容，而是全面的整體升級，對工程全線尤其是衛(wèi)星系統(tǒng)帶來空前挑戰(zhàn)。事前據專家論證測算，以當時的研制能力，如果仍由一家單位抓總研制，即便“5+2”“白+黑”連軸轉，也很難在2020年年底前完成30顆衛(wèi)星的研制生產，更別提全部發(fā)射入軌、完成星座組網。
2017年11月到2020年6月，31個月時間，我國成功發(fā)射30顆北斗三號組網星和兩顆北斗二號備份星，成功率達100%，以超過月均1顆星的速度，創(chuàng)造世界衛(wèi)星導航系統(tǒng)組網發(fā)射新紀錄。
既不能故步自封，也不能照搬盲從
20世紀90年代初，國際局勢復雜多變，人們愈發(fā)強烈地意識到，擁有自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)已經成為世界大國的重要標志、大國競爭的科技制高點。
楊長風說，同樣是建設全球衛(wèi)星導航系統(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，切實做到“把每個銅板都用在刀刃上”。
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”。
后來，“兩彈一星”元勛、北斗系統(tǒng)首任工程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(tǒng)，再建區(qū)域系統(tǒng)，最后建成全球系統(tǒng)——
2000年建成北斗一號試驗系統(tǒng)，使我國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。2012年建成北斗二號區(qū)域系統(tǒng)，為亞太地區(qū)提供服務。2020年建成北斗三號全球系統(tǒng)，實現了中國人孜孜以求的“全球夢”。
據楊長風介紹，與其它全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)采取單一軌道星座構型相比，北斗系統(tǒng)獨樹一幟，堅定選擇走混合星座的特色發(fā)展之路。北斗一號建設時，在國際上首次實現地球靜止軌道衛(wèi)星提供導航定位服務。
北斗二號系統(tǒng)則繼承北斗一號用地球靜止軌道衛(wèi)星實現區(qū)域導航定位覆蓋的成功經驗，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(tǒng)高級顧問、原工程副總設計師李祖洪說，對區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)而言，這種“混搭”組合可以用最少衛(wèi)星數量實現最好的覆蓋效果，已獲得國際認可。
李祖洪告訴記者，北斗三號系統(tǒng)將“混合星座構型”發(fā)揚光大，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)，為建設全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供了全新范式。
楊長風說，北斗系統(tǒng)建設的經驗再次證明，任何時候、任何情況下，都要堅定自信、保持定力，堅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，國際上優(yōu)質頻率資源已經所剩無幾，經過艱苦談判，終于推動國際電聯從航空導航頻段中，辟出兩小段資源作為衛(wèi)星導航合法使用頻段�！睏铋L風說。國際電聯規(guī)定，各國均可平等申請新資源使用權，但必須在7年有效期內發(fā)射導航衛(wèi)星，并成功接收傳回信號，逾期則自動失效。
楊長風回憶，為保住2007年4月17日這一最后“窗口”，工程上下進行全系統(tǒng)總動員和大會戰(zhàn)，搶在2月底完成衛(wèi)星研制。然而臨射前，衛(wèi)星上的應答機突現異常。為確保萬無一失，工程試驗隊果斷將已矗立塔架的星箭組合體拆開，取出衛(wèi)星應答機，72小時不眠不休，成功排除故障。
4月14日4時11分，這顆肩負重要使命的衛(wèi)星發(fā)射成功；17日20時許，北京終于清晰地接收到來自這顆衛(wèi)星的信號。這一刻，距離頻率失效最后期限已不到4個小時。
中國北斗在最后時刻“壓哨破門”，拿到了進軍全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)俱樂部的“入場券”。
“面對缺乏頻率資源、沒有自己的原子鐘和芯片、區(qū)域布站條件下實現全球服務等看似難以逾越的‘婁山關’‘臘子口’！”楊長風說，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。
星載原子鐘是導航衛(wèi)星的心臟，是衛(wèi)星導航領域“皇冠上的明珠”，其性能對系統(tǒng)定位和授時精度具有決定性作用。
北斗工程建設之初，國內星載原子鐘技術比較薄弱。當時，全世界只有少數國家有能力研制高性能星載原子鐘，進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，集中全力打攻堅戰(zhàn)，組織相關科研單位和企業(yè)，成立3支研發(fā)隊伍同步攻堅。不到兩年時間，3支隊伍全都取得成功，自主研發(fā)出達到國際先進水平的原子鐘。
缺少“中國芯”，一直是困擾我國高科技領域的一塊心病。冉承其說，對于北斗系統(tǒng)工程建設和應用來說，擁有國產芯片，對于確保其安全性、穩(wěn)定性、可靠性至關重要。甚至可以說，搞北斗三號全球系統(tǒng)，全面國產化是頭等大事。
據他介紹，通過深入動員，北斗工程上下形成寧可國產化產品“指標低點、價格高點，也要大膽使用”的堅定共識；工程總體研究制定行動規(guī)劃，將自主可控要求落實到關鍵技術攻關、產品研發(fā)、競爭采購等各環(huán)節(jié)……
功夫不負有心人。國產北斗芯片工藝由0.35微米提升到28納米，已在物聯網和消費電子領域廣泛應用。支持北斗三號新信號的22納米工藝射頻基帶一體化導航定位芯片，體積更小、功耗更低、精度更高，已具備批量生產能力。
截至2019年年底，國產導航型芯片出貨量已超1億片，北斗導航型芯片、模塊高精度板卡和天線已輸出到120余個國家和地區(qū)。
按照傳統(tǒng)全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設和運行模式，需要在全球范圍內建立眾多地面站。楊長風說，為解決北斗系統(tǒng)國內建站實現全球運行和服務的難題，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，實現北斗“兄弟”手拉手。
北斗三號全球系統(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，北斗是一項重大突破，因為它意味著中國可以完全獨立地使用自主導航系統(tǒng)，不再依賴任何人。
楊長風說，一路走來，北斗系統(tǒng)建設過五關斬六將，崎嶇坎坷、步步驚心，這也讓工程隊伍磨煉出堅毅的品格和堅強的信心，堅定不移走上自主創(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。
楊長風說，衛(wèi)星導航系統(tǒng)是重要的空間基礎設施，是事關國計民生的大國重器，對促進經濟社會發(fā)展、改善人民生產生活具有重要作用。發(fā)展到今天，從國內到國外，從區(qū)域到全球，北斗服務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，北斗對人類的貢獻終將被全世界所理解認同。
根據中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室統(tǒng)計，近年來，北斗系統(tǒng)已全面服務交通運輸、公共安全、救災減災、農林牧漁、城市治理等各行各業(yè)，已經融入電力、金融、通信等國家核心基礎設施，綜合效益正在不斷顯現。
以交通運輸為例，截至2019年12月，國內超過650萬輛運營車輛、4萬輛郵政和快遞車輛、36個中心城市的約8萬輛公交車、3200余座內河導航設施、2900余座海上導航設施已用北斗，建成全球最大營運車輛動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)。此外，近10年來，我國衛(wèi)星導航產業(yè)產值年均增長約20%，2020年將有望超過4000億元。
“北斗作為國家重大空間基礎設施，提供的是公共服務產品，就如同電、無線網絡一樣，必須通過終端服務來實現價值�！睏铋L風告訴記者，“融合發(fā)展、萬物互聯”一直是北斗應用推廣的基本方針。
據他介紹，2020年第一季度，在中國入網的智能手機，已經有70%以上提供北斗服務。共享單車配裝北斗終端實現精細管理，牧民坐在家里就能通過北斗項圈放牧牛羊，支持北斗系統(tǒng)的手表、手環(huán)、學生卡更加方便和保護人們日常生活。通過“北斗+支付”，能對1秒內成百上千的股票、車票購買申請進行精確排隊、按序辦理。
在新冠肺炎疫情防控阻擊戰(zhàn)中，北斗的貢獻更是有目共睹：北京、湖北的北斗植保無人機被廣泛用于區(qū)域內消毒防疫，一架無人機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的死角。在全國多個地方，數十萬臺北斗終端進入物流行業(yè)，通過北斗精準定位，位置信息一目了然，一些物流企業(yè)還通過機器人向部分隔離小區(qū)提供物資運輸配送。
冉承其以武漢火神山、雷神山醫(yī)院建設為例：“萬丈高樓平地起”，高精度定點定位是基準，快速精確測量是基礎。農歷大年三十晚上，北斗人聞令而動，奔赴火神山醫(yī)院工地；北斗高精度定位設備火速馳援，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。
“北斗應用只受想象力限制�！睏铋L風說。面向未來，這句話精辟地勾勒出北斗應用發(fā)展的無限可能和廣闊前景。
