嚞星高照 進(jìn)入新時(shí)代

本刊記者 / 蔡曉臻

北斗建成、嫦娥奔月、天問探火……對(duì)中國航天來說，2020 年是個(gè)豐收的年份。在這滿滿的收獲之中，北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成無疑是為我國交通運(yùn)輸業(yè)帶來了極大的好處。交通運(yùn)輸行業(yè)是北斗系統(tǒng)最大的民用用戶之一，長期以來，交通運(yùn)輸部高度重視將北斗系統(tǒng)應(yīng)用作為交通強(qiáng)國建設(shè)、數(shù)字交通發(fā)展的重要支撐。2021年是“十四五”規(guī)劃的發(fā)展時(shí)期，中國交通駛?cè)敫哔|(zhì)量發(fā)展的快車道，要從交通大國向交通強(qiáng)國邁進(jìn)。

北斗是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)

2020年6月23日9時(shí)43分，北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。這顆衛(wèi)星的成功發(fā)射，意味著北斗三號(hào)的30顆組網(wǎng)衛(wèi)星全部到位，北斗三號(hào)星座部署全面完成，北斗將進(jìn)入服務(wù)全球、造福人類的新時(shí)代。

北斗衛(wèi)星，一般指中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，簡稱BDS）。它是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是繼GPS、GLONASS之后的第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。BDS由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并且具備短報(bào)文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力，定位精度為分米、厘米級(jí)別，測速精度0.2米/秒，授時(shí)精度10納秒。

交通運(yùn)輸行業(yè)是北斗衛(wèi)星系統(tǒng)最為核心和重要的民用領(lǐng)域，將北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與現(xiàn)有交通運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備融合應(yīng)用，是落實(shí)國家戰(zhàn)略和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要舉措，也是新基建背景下推進(jìn)數(shù)字化交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展，建設(shè)交通強(qiáng)國的迫切需求。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由我國自主建設(shè)運(yùn)行的重要空間基礎(chǔ)設(shè)施，也是我國迄今為止，規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、服務(wù)性能要求最高的巨型復(fù)雜航天系統(tǒng)。從20世紀(jì)80年代提出設(shè)想，到1994年正式啟動(dòng)北斗一號(hào)工程建設(shè)；從北斗一號(hào)向中國提供服務(wù)、北斗二號(hào)覆蓋亞太地區(qū)，到北斗三號(hào)完成全球組網(wǎng)，30多年時(shí)間里，幾代北斗人按“三步走”戰(zhàn)略，奮起直追、不斷超越，先有源、后無源，先區(qū)域、后全球，走出了一條中國特色的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)道路。

北斗作為繼美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略后的全球第四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，衛(wèi)星單機(jī)和關(guān)鍵元器件國產(chǎn)化率達(dá)到100%。導(dǎo)航系統(tǒng)提供的是時(shí)間和空間信息，構(gòu)成的是時(shí)空基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，無論天上飛的、地上走的還是水里游的，無論人員、車輛、輪船還是飛行器，都離不開精準(zhǔn)的時(shí)空信息?！白鳛榛A(chǔ)標(biāo)稱的時(shí)間和空間信息，如果由別人提供，就會(huì)陷入被動(dòng)。”航天科技集團(tuán)五院北斗三號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師陳忠貴說，“比如，對(duì)新基建來說，時(shí)間基準(zhǔn)和空間位置基準(zhǔn)就是至關(guān)重要基礎(chǔ)，可以說，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是新基建的基建，基礎(chǔ)的基礎(chǔ)?！?/p>

有關(guān)北斗衛(wèi)星

中國在上世紀(jì)80年代開始研究北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，美國的GPS已經(jīng)可以使用。那么問題就來了，明明有GPS可以使用，我國為什么一定要費(fèi)時(shí)費(fèi)力又費(fèi)錢的研發(fā)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)呢？

發(fā)射北斗衛(wèi)星要從一次空難說起。1983年，韓航空007航班從紐約起飛后，離奇進(jìn)入蘇聯(lián)上空。天色昏暗，蘇軍射擊警告，客機(jī)并未察覺，在即將飛離蘇聯(lián)領(lǐng)空時(shí)，被導(dǎo)彈擊落。消息傳出，舉世震驚，冷戰(zhàn)陰云正濃，美蘇強(qiáng)壓怒火，等待黑匣子調(diào)查結(jié)果。結(jié)果顯示，客機(jī)闖入領(lǐng)空是因地磁導(dǎo)航故障。同年，美國總統(tǒng)里根決定將建設(shè)中的GPS系統(tǒng)，開放全球民用。

然而在兩年后，中方負(fù)責(zé)人卜慶君參加了全球GPS研討會(huì)，會(huì)上美國明確表示，國會(huì)在特殊情況下會(huì)對(duì)GPS采取三種措施：1、降低對(duì)方的導(dǎo)航精度；2、隨時(shí)變換編碼；3、進(jìn)行區(qū)域性管理。意思就是，在特殊情況下，美國可以限制國內(nèi)外用戶對(duì)GPS的使用。照這樣看，如果過度依賴GPS無疑是受制于人，將自己的高樓大廈建立在別人的地基上。為了不受制于人，卜慶君找到中科院院士陳芳允一起商量衛(wèi)星定位計(jì)劃。

陳芳允畢業(yè)于清華，抗戰(zhàn)時(shí)執(zhí)教西南聯(lián)大，留洋時(shí)設(shè)計(jì)過世界第一部海用雷達(dá)，歸國后研發(fā)過第一顆衛(wèi)星，七十年代曾提出衛(wèi)星定位“燈塔”計(jì)劃，但無奈擱淺。美國GPS定位用四星測距，為節(jié)約，陳芳允設(shè)計(jì)出“兩星定位”方案，然而受限于八十年代國力，計(jì)劃再度塵封。老人無奈寫詩，“人生路必曲，仍須立我志”。

陳芳允浙江臺(tái)州黃巖人，無線電電子學(xué)家，中國衛(wèi)星測量、控制技術(shù)的奠基人之一，“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者，中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和國防科技大學(xué)教授。

北斗一號(hào)

衛(wèi)星定位再成焦點(diǎn)，已是九十年代初。1990年夏天，美國GPS系統(tǒng)第8顆衛(wèi)星發(fā)射當(dāng)日，海灣戰(zhàn)爭打響。多國部隊(duì)穿越茫茫沙海，伊軍茫然無措，伊拉克戰(zhàn)俘稱，“我們從來不敢進(jìn)沙漠，在那會(huì)把自己丟掉”。因?yàn)樘炜丈系男浅侥?，海灣?zhàn)爭中，伊軍傷亡超10萬，而美軍陣亡僅146人。精確制導(dǎo)的導(dǎo)彈，可以準(zhǔn)確鉆入前一枚炸出的缺口。尚未成熟的定位系統(tǒng)，主宰了戰(zhàn)爭，也搖動(dòng)著世界的天平。

不僅如此，1993年，中國貨輪銀河號(hào)載著文具、小五金、機(jī)械零件和染料等貨物從天津港出發(fā)，計(jì)劃運(yùn)往中東地區(qū)。這本來是一次普通的商業(yè)貿(mào)易，卻遭到了美方質(zhì)疑船上載有可以制造化學(xué)武器的違禁化學(xué)品。美方關(guān)閉了銀河號(hào)所在海域GPS信號(hào)，貨輪無奈在印度洋上漂流了33天。最后，兩次搜查證明，銀河號(hào)上根本沒有任何違禁品。

第二年，北斗一號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航建設(shè)正式啟動(dòng)，主方案正是九年前“兩星定位”。一開始項(xiàng)目組在一間不足20平米的房間里辦公，手里沒衛(wèi)星，就從其他兩個(gè)衛(wèi)星計(jì)劃中騰出兩顆備用衛(wèi)星。1995年，卜慶軍去哈爾濱工業(yè)大學(xué)招人，博士生應(yīng)聘時(shí)都問了兩個(gè)問題：待遇多少？能解決住房嗎？當(dāng)時(shí)，廣州一企業(yè)正在校招，月薪五千，提供住房。最終，卜慶君一名博士生沒招到，只有四五名本科生愿意前往北京。幾經(jīng)周折后，團(tuán)隊(duì)終有雛形。科學(xué)家們?yōu)楸倍吩O(shè)計(jì)了兩個(gè)新功能，一個(gè)是讓迷途中人可以發(fā)120字短訊求助，一個(gè)是讓用戶5秒之內(nèi)獲得導(dǎo)航反饋。

而后，項(xiàng)目卡在了第一道坎——無法解決衛(wèi)星信號(hào)的“快捕精跟”問題。在項(xiàng)目中，地面信號(hào)快捕精跟系統(tǒng)和地面信息處理系統(tǒng)是引不進(jìn)，買不來，必須自主研發(fā)的技術(shù)。當(dāng)所有人一籌莫展時(shí)，王飛雪、雍少為和歐鋼三位博士研究生還沒畢業(yè)的20多歲小伙子，拿出了一套“全數(shù)字化”方案。三個(gè)人在一個(gè)不到10平方米的實(shí)驗(yàn)室，拿著4萬元經(jīng)費(fèi)，圍著一臺(tái)比較先進(jìn)的計(jì)算機(jī)，耗時(shí)3年得到了第一批“快捕精跟”數(shù)據(jù)。

2000年10月，北斗首星發(fā)射，一個(gè)多月后，第二顆北斗衛(wèi)星也被送入太空，中國成為繼美俄后，第三個(gè)建成衛(wèi)星導(dǎo)航的國家。

北斗二號(hào)

2002年，為了不過度依賴GPS，歐盟發(fā)起“伽利略”衛(wèi)星計(jì)劃。恰好這時(shí)，我國遭遇技術(shù)瓶頸，歐盟又缺乏研發(fā)基金，因此雙方?jīng)Q定聯(lián)手開發(fā)。然而，2006年，中方支付2.7億歐元加盟費(fèi)后，決議不讓表態(tài)，資料不讓瀏覽，技術(shù)不被告知，中國完全被排除在項(xiàng)目之外，歐洲媒體稱“中國人感到被嚴(yán)重利用甚至是羞辱了”。在這種情況下，我國開始獨(dú)立研發(fā)北斗。此時(shí)北斗遇到了第二個(gè)坎——?dú)湓隅?。衛(wèi)星在太空定位是用時(shí)間計(jì)算空間，原子鐘就是計(jì)時(shí)工具。氫原子鐘是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的心臟，如果原子鐘有1秒誤差，就意味著衛(wèi)星定位會(huì)偏離30萬公里，這是真正的差之毫厘，謬之千里。當(dāng)時(shí)只有美國和歐盟掌握原子鐘技術(shù)。此前中國向歐洲一家公司購買原子鐘，但在中國決定獨(dú)立研發(fā)后，歐洲公司臨時(shí)又不賣了，科學(xué)家們只好走上了原子鐘自主研發(fā)道路。幸好僅花兩年時(shí)間中國原子鐘面世，300萬僅誤差1秒，部分指標(biāo)已超越GPS和伽利略系統(tǒng)。不僅如此，當(dāng)時(shí)星空之上，衛(wèi)星導(dǎo)航黃金頻段已被美俄占去，只余一小段頻率資源，國際電聯(lián)約定：衛(wèi)星先到者先得，且過期作廢。過期期限設(shè)在2007年4月17日。

2007年4月16日晚8時(shí)，北斗二號(hào)首顆衛(wèi)星信號(hào)從兩萬公里外的太空傳回，此時(shí)距頻率失效僅剩4小時(shí)。現(xiàn)場一片歡騰，那些常年沉默的人，放聲哭笑。人群中沒有陳芳允，老人早在2000年北斗一號(hào)首星發(fā)射前數(shù)月，因病辭世。

北斗二號(hào)的上天解決了亞太地區(qū)定位問題。2008年汶川地震，震中映秀道路、電力、通訊中斷，與外界失去聯(lián)系，數(shù)萬人生死不明。地震20余小時(shí)后，第一支部隊(duì)突破死亡線，進(jìn)入映秀，借助一臺(tái)北斗終端，發(fā)出百字短訊，這是震中傳出的第一條消息。此后，指揮部緊急調(diào)配了1000多臺(tái)北斗終端，救援部隊(duì)借此發(fā)送了74萬條短訊，字字千金。這是北斗首次登上公眾舞臺(tái)。

耗時(shí)26年，發(fā)射55顆衛(wèi)星，投資120億元，30萬人參與，跨越三代的中國北斗完成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的排兵布陣。

北斗三號(hào)

2009年，解決國內(nèi)和亞太區(qū)定位問題后，北斗三號(hào)開始放眼全球，建立全球定位系統(tǒng)。此時(shí)迎面砸來了第三道坎——無法在境外建立地面站。因地緣政治，中國很難仿效美國GPS在全球建立地面站。北斗團(tuán)隊(duì)為此發(fā)明了星間鏈路，讓衛(wèi)星互聯(lián)，只要有一顆衛(wèi)星在中國領(lǐng)空，所有衛(wèi)星便能通過它，聯(lián)系到國內(nèi)地面站。說白了就是把所有衛(wèi)星都拉到一個(gè)群里，共享位置。星間鏈路一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方案的提出者康成斌，當(dāng)年只有29歲。北斗科學(xué)家將這項(xiàng)技術(shù)形容為“讓宇宙中的兩顆塵埃私聊”。

2017年使用星間鏈路技術(shù)的北斗三號(hào)成功發(fā)射，2020年6月23日北斗系統(tǒng)最后一顆衛(wèi)星在西昌成功上天，最后這顆衛(wèi)星被昵稱“吉星”。至此，耗時(shí)26年，發(fā)射55顆衛(wèi)星，投資120億元，30萬人參與，跨越三代的中國北斗完成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的排兵布陣。

“目前，世界上已有半數(shù)以上的國家使用北斗，全球系統(tǒng)建成后，無論你在世界的任何角落，北斗都會(huì)向你提供滿意的服務(wù)。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)說。北斗為全球衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)發(fā)展提供了中國方案，將以更開放的姿態(tài)、強(qiáng)大的功能和優(yōu)質(zhì)的性能服務(wù)全球，造福人類。

北斗在交通運(yùn)輸行業(yè)

在道路交通中

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在道路交通中應(yīng)用較多，尤其在智能交通、道路堵塞治理、車輛監(jiān)控和車輛自主導(dǎo)航方面廣泛應(yīng)用。高精度定位是實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同和自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)，將北斗定位系統(tǒng)與5G通信技術(shù)、人工智能等計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有效融合，從而將人、車、路和云端更好地結(jié)合在一起，相互協(xié)調(diào)，共同運(yùn)作。同時(shí)，通過對(duì)車輛位置、路面信息和紅綠燈狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和監(jiān)控，為城市交通管理及車輛調(diào)度提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。

不僅如此，在道路貨運(yùn)方面，基于北斗系統(tǒng)和終端的全國道路貨運(yùn)車輛公共監(jiān)管與服務(wù)平臺(tái)有效加強(qiáng)了道路營運(yùn)車輛監(jiān)控效率，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于貨物的跟蹤和管理，同時(shí)提高了道路運(yùn)輸安全水平，降低了道路運(yùn)輸事故率和傷亡人數(shù)。

在高速鐵路中

隨著城際高速鐵路納入“新基建”行列，我國正式開啟了城際高鐵時(shí)代。在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的支持下，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了智能化發(fā)展。利用導(dǎo)航系統(tǒng)中的定位系統(tǒng)，能夠更快速地獲取高鐵車輛的行駛信息，方便對(duì)高鐵車輛進(jìn)行更高效的調(diào)度和管理。同時(shí)，鐵路部門還可以利用北斗系統(tǒng)中的通訊功能，通過建立基于北斗系統(tǒng)的高鐵通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部門之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，及時(shí)將運(yùn)輸信息傳輸?shù)焦芾聿块T，從而為管理部門制定相應(yīng)的管理方式和發(fā)送指令提供有效的參考依據(jù)。

此外，在安全方面，高鐵也可以運(yùn)用北斗系統(tǒng)進(jìn)行道路的建設(shè)、路基沉降的監(jiān)測，進(jìn)行運(yùn)行管理和運(yùn)行安全監(jiān)控。

如今，遠(yuǎn)洋航行已經(jīng)成為國際貨物貿(mào)易的主要運(yùn)輸方式，針對(duì)航運(yùn)及水運(yùn)的導(dǎo)航方面，也是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用最早的領(lǐng)域之一。將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于海運(yùn)、水運(yùn)交通中，能夠?yàn)榇暗倪\(yùn)行提供安全保障和航線的正確信息，使船舶的運(yùn)輸更加便捷快速。同時(shí)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)還能夠支持通信服務(wù)，使人們能夠在船舶運(yùn)輸?shù)倪^程中和其他人取得聯(lián)系。

在海洋搜救方面，我國交通運(yùn)輸部于2014年啟動(dòng)了“基于北斗的中國海上搜救信息系統(tǒng)示范工程”，該工程利用北斗系統(tǒng)作為遇險(xiǎn)定位、報(bào)警通信、搜救指揮的技術(shù)手段，為海上遇險(xiǎn)提供更多樣化的報(bào)警手段，促進(jìn)救援力量的科學(xué)調(diào)度。

在航天航空中

航天航空是人們生活及國家安全的重要方面，是我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展過程中占有非常重要的地位，也是科技創(chuàng)新的重要領(lǐng)域。在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的支持下，能夠更準(zhǔn)確地定位飛機(jī)的瞬時(shí)位置，對(duì)飛機(jī)飛行期間與其他物體的距離進(jìn)行更精準(zhǔn)的測量，從而制定出合理的飛行路線和進(jìn)行航線調(diào)度，提高飛機(jī)飛行過程中的安全性。

同時(shí)，通過北斗衛(wèi)星的氣象監(jiān)測功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測航班日前的天氣狀況，避免大霧、雷暴等極端惡劣天氣。即便發(fā)生大霧或緊急天氣，通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，飛機(jī)也能夠精準(zhǔn)地降落，完成盲降，進(jìn)一步保障機(jī)場運(yùn)營的安全性、有效性，促使航空業(yè)朝著人性化和智能化方向發(fā)展。

結(jié)尾

從汶川地震北斗首次登上公眾舞臺(tái)，此后數(shù)年，北斗巡視山河，悄然改變著我們的生活。在上海，它記錄所有公交車軌跡，提供實(shí)時(shí)到站預(yù)報(bào)；在新疆伊犁，它精確引導(dǎo)拖拉機(jī)，每千米播種作業(yè)偏差不超2.5厘米；在青海，它守護(hù)著藏羚羊遷徙路線，看著藏羚羊穿越長夜昏曉，穿越無人之地；在東南沿海，當(dāng)?shù)貪O民已有歌謠：出海一拜媽祖，二拜北斗。漁民們放棄了傳統(tǒng)的GPS，大海上只知經(jīng)緯意義不大，而用北斗，遭遇危險(xiǎn)時(shí)，可互相預(yù)警。

這只是開始，在2020年，北斗定位標(biāo)繪了湖北武漢火神山，遙感重測了珠穆朗瑪峰，并幫監(jiān)管部門找回了屢屢消失的獐子島扇貝。北斗團(tuán)隊(duì)的人說，北斗如水、電、公路一樣，是國家基礎(chǔ)，“北斗應(yīng)用只受想象力的限制”。

巡天的北斗已完成了最初的夢(mèng)。它已有7億終端，成為130個(gè)國家默認(rèn)導(dǎo)航系統(tǒng)。在泰國，超2000萬輛摩托車管理，依靠北斗定位。隨著5G商用化和“新基建”時(shí)代的到來，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)正在與新一代通信、區(qū)塊鏈、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)加速融合，相信未來將涌現(xiàn)出更多基于北斗應(yīng)用的新模式、新業(yè)態(tài)和新經(jīng)濟(jì)。

無數(shù)個(gè)仲夏夜，一代代幼童仰望星空，第一次分辨銀河，第一次看到北斗。星星的故事詭秘神奇，唯有北斗，關(guān)乎的是實(shí)用的生存。他們的人生前路，迷宮連環(huán)無盡，而走出迷宮，終需不變的方向。