北斗，那顆最亮的“星”

● 史志鵬 姜忠奇

從火神山雷神山測繪到無人機防疫消毒，再到珠峰測高，中國北斗給人留下深刻印象。6月23日9時43分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第55顆導航衛(wèi)星。至此，中國提前半年全面完成北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署。

從立志打造自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，到北斗衛(wèi)星發(fā)射升空閃耀蒼穹，再到北斗系統(tǒng)迎來全球組網(wǎng)的歷史性時刻……經(jīng)過一代代北斗人仰望星空、腳踏實地的努力，憑借20余載志不改、道不變的堅守，此時此刻，終已夢圓！“復移小凳扶窗立，教識中天北斗星?！边^去，北斗星辰如宇宙中的一座燈塔，指引著人類前行的方向；今后，北斗衛(wèi)星在浩瀚星空中閃耀，將為全人類作出更大貢獻。

從燈塔計劃到“三步走”戰(zhàn)略

回溯既往，中國北斗從無到有、由點成網(wǎng)。一路走來，“看似尋常最奇崛，成如容易卻艱辛”。

早在上世紀六七十年代，“兩彈一星”先驅(qū)們便開始在衛(wèi)星導航領域艱辛探索。這項具有開創(chuàng)意義的重大工程，有一個生動形象又兼具美好寓意的名字——燈塔計劃。

作為先行者，燈塔計劃在理論探索和科研實踐等方面開展了卓有成效的工作。然而，由于經(jīng)濟基礎、技術力等方面的制約，計劃未果而終。但“燈塔”燃起的希望之光，照亮著后來者前行的航向。

1983年，以陳芳允院士為代表的專家學者立足國情，提出“雙星定位理論”，即利用2顆地球同步軌道衛(wèi)星來測定地面和空中目標。隨后，經(jīng)過大量理論和技術研究，“雙星定位”藍圖愈加明晰。

當時，不少人質(zhì)疑，中國能否建成衛(wèi)星導航系統(tǒng)？是否有必要自建導航系統(tǒng)？實際上，無論是GPS還是其他系統(tǒng)，都可能隨時關閉信號。為更好維護國家主權(quán)、安全和發(fā)展利益，中國必須研制出自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。1994年，黨中央、國務院和中央軍委毅然決定，啟動北斗一號工程。

是一步到位、直接建設全球系統(tǒng)？還是劃分階段、循序漸進“螺旋線上升”？面對爭議，原北斗一號、北斗二號系統(tǒng)工程總設計師孫家棟院士帶領北斗人創(chuàng)造性提出“分步走”發(fā)展戰(zhàn)略，確定了“先試驗后建設”“先國內(nèi)后周邊”“先區(qū)域后全球”的“三步走”發(fā)展思路。

立志容易成功難。躊躇滿志的北斗人轉(zhuǎn)過頭就要面對冰冷現(xiàn)實：國外技術封鎖設障、國內(nèi)專業(yè)人才匱乏、研究經(jīng)費捉襟見肘、適合的空間頻率被瓜分殆盡……

北斗二號研制初期，原打算從國外引進的核心器部件——原子鐘，由于技術封鎖無法如約引進。“那個時候，我們的北斗二號工程已經(jīng)全面啟動了，沒有核心的東西，我們整個研制工程就要受阻?！北倍沸l(wèi)星導航系統(tǒng)工程總設計師楊長風回憶。

但任何艱難險阻都磨滅不了北斗人的決心和斗志。短短兩年時間，北斗人就攻克了原子鐘這個最大技術瓶頸。如今，北斗星載原子鐘的精度已提升到每300萬年差一秒，遠高于普通星載原子鐘10萬年差一秒的精度指標。

自力更生、自主可控成為北斗的標志，也奠定了核心部件國產(chǎn)化的堅實基礎。沿著“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略，北斗人一路攻堅克難、拾級而上，用20多年走完了國外近50年的發(fā)展道路。

北斗一號，建立世界首個基于雙星定位原理的區(qū)域有源衛(wèi)星定位系統(tǒng)；北斗二號，在國際上首次實現(xiàn)混合星座區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)；北斗三號，提出全球首個高中軌道星間鏈路混合型新體制。

收官之戰(zhàn)中，北斗人在組網(wǎng)任務和疫情防控兩條戰(zhàn)線上“雙線作戰(zhàn)”。為確保發(fā)射百分百成功，他們反復檢查。在發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品技術問題后，及時調(diào)整發(fā)射時間，晝夜緊急處置，最終實現(xiàn)完美收官，中國之星閃耀太空。

逾七成中國智能手機使用北斗

“北斗和GPS、格洛納斯、伽利略是并列關系?！敝袊茖W院空天信息創(chuàng)新研究院研究員徐穎介紹，“我們持續(xù)與其他系統(tǒng)開展合作，推動系統(tǒng)間兼容與互操作?！?/p>

“為什么有了北斗，生活中感覺還是在用GPS呢？”對此，徐穎表示，GPS起步早，很早就有成熟的應用。有時候大家會很自然地把GPS當作全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）的代名詞。事實上，已有超過70%的中國智能手機使用了北斗系統(tǒng)。在定位時，手機會自動選擇信號較強的多顆衛(wèi)星進行混合定位。

遠在天上北斗，近在我們身邊。

交通運輸是北斗應用的重要領域。走進中交興路信息科技有限公司一樓展廳，一塊長方形的大屏幕映入眼簾?！斑@是我們建設和運營的全國道路貨運車輛公共監(jiān)管與服務平臺，也是國內(nèi)重點北斗民用示范項目。平臺于2013年上線，目前由交通運輸部等三部委共同使用。超過650萬輛重載貨車安裝了北斗定位裝置并入網(wǎng)?！必撠熑藴貪嵱斫榻B道。

屏幕正中間是一張中國地圖，每個省份標有數(shù)字，代表該省接入平臺的貨車數(shù)量?！捌脚_開通了‘三個自動’功能，依托北斗部標車機，針對超速、異常停車等情形及時向司機或有關部門提醒、報警，有效提升道路安全水平?！睖貪嵱碚f。今年防疫期間，貨運平臺持續(xù)推送疫情信息，推薦經(jīng)驗路線，為重點車輛調(diào)配和應急物資運輸提供服務保障。

內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特前旗大佘太鎮(zhèn)的農(nóng)田里，一臺無人駕駛播種機正勻速前進?；诒倍范ㄎ还δ?，播種機沿預設路線自行作業(yè)。有了這種精準科學的方法，每千米播種偏差不超過2厘米，每畝地出苗率能提高10%。

時間往往易被忽視，但生產(chǎn)生活離不開統(tǒng)一的時間。電力部門借助北斗納秒級授時功能，實現(xiàn)全網(wǎng)時間基準統(tǒng)一，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

北斗遠不止定位導航授時。

對常年出海的漁民來說，“一拜媽祖，二拜北斗”已不新鮮。北斗首創(chuàng)的短報文功能是漁民的“守護神”。以往到達無信號海域，跟家人報聲平安都困難。遇到緊急情況，甚至無法與外界聯(lián)系。現(xiàn)在憑借單次1200個漢字的通信容量，漁民和家人溝通更方便。有關部門還利用該功能發(fā)送提醒信息，確保漁船航行安全。

國際搜救也是北斗服務一大特色。相較之前的單向報警，其反向鏈路的確認功能可把救援信息反饋給求救者，大大增強其獲救信心。

此外，北斗在水文監(jiān)測、氣象測報、救災減災、公共安全等領域應用廣泛，經(jīng)濟社會效益顯著?！巴ㄟ^星基增強、地基增強、精密單點定位等多元服務，北斗不斷提高定位精度。”徐穎表示，北斗三號系統(tǒng)最后一顆衛(wèi)星發(fā)射成功，意味著中國北斗將為世界提供更全面、更優(yōu)質(zhì)的服務。

中國的北斗也是世界的北斗

“這是一個歷史性的里程碑，也是通過全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)向全世界人民提供精確地理定位服務的重要一步?！甭?lián)合國外空司司長西蒙內(nèi)塔·迪皮蓬在收官之星發(fā)射成功后表示。

據(jù)悉，北斗高精度及北斗輔助快速定位用戶已突破5億。中國的北斗，也是世界的北斗?！?019年北斗海外應用合作及貿(mào)易交往更加頻繁?！敝袊l(wèi)星導航定位協(xié)會會長于賢成說，國產(chǎn)北斗基礎產(chǎn)品已出口120余個國家和地區(qū)?；诒倍返耐恋卮_權(quán)、精準農(nóng)業(yè)、智慧施工、智慧港口等，已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等地得到成功應用。

在中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會秘書長張全德看來，北斗三號的短報文還將以快速低成本的方式補充完善不發(fā)達國家和地區(qū)的通信體系，為北斗帶來更多國際市場。

近年來，中國衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于成熟，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈自主可控、良性發(fā)展。海外市場的拓展，無疑會為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新機遇。中國今年衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)規(guī)模預計超過4000億元，拉動3000億元以上規(guī)模的市場份額。

“北斗全球系統(tǒng)的建成，對衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生深遠影響。我們近些年的芯片/模組出貨量明顯上升。”泰斗微電子科技有限公司負責人表示，公司長期致力于推動芯片民用自主國產(chǎn)化。10余年來，在北斗/GNSS方面已研發(fā)出5款芯片。新一代芯片使用28nm RF CMOS工藝，利用衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、格網(wǎng)電離層和分區(qū)綜合改正的實時四重廣域增強法，實現(xiàn)了低成本、低功耗、射頻基帶一體化設計。

泰斗微電子是中國衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的縮影。截至去年底，國產(chǎn)北斗兼容型芯片及模塊銷量突破1億片，衛(wèi)星導航定位終端產(chǎn)品總銷量突破4.6億臺。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已實現(xiàn)規(guī)模化應用。新一代北斗高精度天線、板卡、寬帶射頻芯片等系列產(chǎn)品完成研發(fā)，已具備大規(guī)模應用推廣條件。

沒有做不到，只有想不到。除了傳統(tǒng)領域和產(chǎn)品，北斗與5G、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術正加快融合，新模式、新業(yè)態(tài)、新經(jīng)濟不斷涌現(xiàn)。北斗高精度可穿戴設備解決方案將助力兒童手表、老人手環(huán)、寵物追蹤器等設備實現(xiàn)亞米級定位。

“北斗還可以進一步發(fā)揮在智能網(wǎng)聯(lián)、自動駕駛中的‘千里眼’作用，在智慧鐵路、智慧施工等方面形成新市場，應用前景十分廣闊?！睆埲抡f。