中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會

三十載追夢,北斗從“天邊”到“身邊”
中國報道
2024/10/12 12:00

      9月19日9時14分,長征三號乙運載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心西昌發(fā)射場騰空而起,將第59、60顆北斗導航衛(wèi)星送入茫茫太空。

      這是北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的最后兩顆衛(wèi)星。任務的成功,標志著北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程正式收官,意味著中國人獨立自主建設的北斗系統(tǒng)進入發(fā)展新征程。

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

  

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

      “我們需要自己的時空基準,用自己的衛(wèi)星系統(tǒng)來描述自己的時空位置,這樣在關鍵時刻才不會受制于人。”北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)總設計師楊長風曾在接受《中國報道》記者采訪時說。

      1994年1月10日,國家批準北斗一號工程立項。

      按照空間定位原理,對地球上一個目標點進行定位,至少需要3顆衛(wèi)星;考慮到時間誤差,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,既缺技術儲備,又缺工程經(jīng)驗,更缺經(jīng)費支撐。

      “立項之后,衛(wèi)星團隊全面展開研制工作,這期間的壓力很大。”楊長風說,一是核心技術比較欠缺,二是當時國家經(jīng)濟基礎比較薄弱,經(jīng)費非常有限。為了保證北斗一號系統(tǒng)工程的順利推進,主管機關想盡了各種辦法“擠”經(jīng)費,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)星構成星座,可實現(xiàn)對區(qū)域內地面目標的快速定位。之后,北斗工程首任總設計師孫家棟院士帶領北斗人創(chuàng)造性提出了“分步走”戰(zhàn)略,即先試驗后建設,先國內后周邊,先區(qū)域后全球。

      經(jīng)過艱苦卓絕的關鍵技術攻關,2000年,在不到兩個月的時間內,我國相繼發(fā)射兩顆北斗導航試驗衛(wèi)星,北斗一號系統(tǒng)建成,使我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。

      “北斗一號最值得一提的就是它解決了有無的問題。”楊長風總結道。

 

北斗二號:自主創(chuàng)新、彎道超車

      北斗一號的建成并投入使用,雖然解決了有沒有的問題,但與美俄相比仍有差距。于是,北斗二號系統(tǒng)建設提上日程。

      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,正在籌劃全球導航系統(tǒng)的中國和歐盟,在當年召開的世界無線電大會上向國際電信聯(lián)盟(以下簡稱“國際電聯(lián)”)提出了擴展衛(wèi)星導航頻率的呼吁。2000年4月18日,國際電聯(lián)批準了中國申報的全球導航衛(wèi)星的頻率和軌道,中國的北斗系統(tǒng)進入國際電聯(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,而北斗二號立項的時間是2004年,這就意味著留給北斗二號的時間只有3年。時間緊、任務重、責任重大。”楊長風感慨道,“但是沒有什么可以阻擋北斗人前進的步伐。立項后,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)射陣地進行第三次總檢查的時候,衛(wèi)星應答機出現(xiàn)了異常,信號不穩(wěn)定。“如果應答機壞了,等于衛(wèi)星沒有無線電信號;沒有無線電信號,就拿不到合法的頻率資源,就沒有空間國土的合法地位。”楊長風對這段經(jīng)歷記憶猶新。

      “當時可謂進退兩難,把問題徹底地解決,時間可能來不及;要不解決,衛(wèi)星上去后,可能拿不到信號。最終決定還是要徹底解決問題,把應答機從衛(wèi)星上拿下來處理。但拿下來又面臨著兩大難點,第一個難點是要在50米高的發(fā)射塔架上面給衛(wèi)星開膛破肚,萬一有一點閃失,就會造成整個任務的失敗;第二個難點是取出應答機后我們要歸零,要把出現(xiàn)的問題找出來。整個過程要進行大量的試驗,但研制應答機的單位在上海,我們在西昌,當時歸零只給了3天時間,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能力的單位。通過協(xié)調,我們在成都找了一個研究所,用了整整3天時間,通過各種各樣的試驗,最終把問題解決了。”楊長風回憶道。

      2007年4月14日,我國第一顆北斗二號導航衛(wèi)星成功發(fā)射。經(jīng)過3天的在軌測試,在2007年4月17日晚上8點鐘,在頻率只有4個小時的期限下,我們的接收機收到了衛(wèi)星發(fā)射的信號,并得到國際電聯(lián)的官方認定,我國正式合法擁有了所申報空間位置和頻率資源。

      除了成功拿到頻率資源合法權益,北斗二號建設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)星導航要實現(xiàn)精確的時間測量,前提是要有精確的時間基準,簡單地說,就是要有高精度的時鐘,也就是原子鐘,它是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的核心。北斗衛(wèi)星研制初期,原子鐘主要從國外進口。

      “2004年,北斗二號工程批準以后,我們一開始考慮繼續(xù)采取國際合作,從國外引進原子鐘。”楊長風說,“在和國外公司談判的整個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,建立獨立自主的北斗衛(wèi)星導航系統(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支隊伍你追我趕進行攻關,僅僅用了兩年時間就實現(xiàn)了從無到有、從有到精,性能指標不斷提高的銣原子鐘,填補了國內空白。

      成功發(fā)射第一顆北斗二號導航衛(wèi)星后,我國在5年半的時間內先后將16顆北斗二號衛(wèi)星送入太空,建成北斗二號系統(tǒng)并開始提供區(qū)域服務。

 

北斗三號:核心器部件100%自主可控

      2009年,北斗三號工程啟動。從首組雙星發(fā)射到最后一顆組網(wǎng)星入軌,僅僅不到3年時間,北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署提前半年全面完成。

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

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

      “北斗三號系統(tǒng)作為面向全球提供公共服務的重大時空基礎設施,建設過程中始終堅持走自主創(chuàng)新發(fā)展道路,成體系突破衛(wèi)星導航領域百余項關鍵技術,新研百余種宇航級器部件,核心器部件100%自主可控。”于賢成告訴《中國報道》記者。

      據(jù)了解,由于北斗三號導航衛(wèi)星需采用許多新技術,為此,我國在2015年至2016年陸續(xù)發(fā)射了5顆北斗三號試驗衛(wèi)星,驗證了以高精度星載原子鐘、星座自主運行等為代表的衛(wèi)星載荷關鍵技術,以輕量化、長壽命、高可靠為典型特征的衛(wèi)星平臺關鍵技術,基于星地鏈路、星間鏈路、全新導航信號體制的導航衛(wèi)星運行控制關鍵技術,以及98%的國產(chǎn)化器件,關鍵器件均為“中國造”。

      據(jù)中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室介紹,9月19日發(fā)射的兩顆衛(wèi)星,將在確保北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)精穩(wěn)運行的基礎上,開展下一代北斗系統(tǒng)新技術試驗試用。

  

北斗產(chǎn)業(yè)進入高質量發(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1431點,對比2013年北斗產(chǎn)業(yè)元年,指數(shù)增加幅度超過470%;對比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)化和國際化相關指數(shù)均邁上新臺階,標志著我國北斗產(chǎn)業(yè)進入規(guī)模應用、高質量發(fā)展新階段。

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

      北斗系統(tǒng)是我國重大空間基礎設施,對于國家安全、經(jīng)濟發(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)已廣泛應用于各個行業(yè),助力行業(yè)轉型升級、提質增效,形成了深度應用、規(guī)模化發(fā)展的良好局面,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

      我國北斗產(chǎn)業(yè)之所以能夠進入規(guī)模應用、高質量發(fā)展的新階段,于賢成認為,一方面,得益于國家政策引導,大力推動北斗規(guī)模應用,有力促進了產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展;另一方面,隨著數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展,國民經(jīng)濟各行業(yè)領域加快數(shù)字化轉型升級,對北斗的應用需求明顯增長,各行業(yè)主動“+北斗”,拓寬了北斗應用市場。

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

      在北斗國際化發(fā)展方面,北斗技術已進入民航、海事、移動通信、測量測繪、航空航天、全球搜救等領域10余個國際組織相關標準,北斗產(chǎn)品、技術和服務得到了更多國際用戶的認可,北斗在全球市場中的應用模式更加豐富,應用領域得到不斷拓展。

      “未來,隨著北斗與5G、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的進一步融合創(chuàng)新,將催生出更多的數(shù)字化應用新場景,打造出更多的智能化服務新產(chǎn)品、新模式,而北斗時空服務也將遍及人類生產(chǎn)生活的方方面面,這對于我國數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展和服務效益的提升將形成極大的推動力。”于賢成告訴記者,北斗必將為各行業(yè)領域新質生產(chǎn)力的形成起到更加強大的時空賦能作用,我國北斗產(chǎn)業(yè)也將取得更高質量的發(fā)展。

      撰文:《中國報道》記者 張利娟