中国北斗：创新超车

来源:瞭望

➤破解星载原子钟、导航芯片、星间链路等“不可能”，历经160余项核心关键技术和世界级难题的攻克、500余种核心器部件国产化研制的突破，中国北斗闪耀着三种轨道混合星座、短报文通信等独有的中国智慧火花

➤北斗卫星导航系统，是我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、性能要求最高、与百姓生活关联最紧密的巨型复杂航天系统

➤到2035年左右，将建成以北斗系统为核心，更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系

➤中国完全依靠自己的力量建设北斗系统，建成之后主动向世界开放

北斗组网模拟图 中国卫星导航系统管理办公室供图

2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在人民大会堂隆重举行。这意味着，中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全面建成开通，中国北斗迈进了高质量服务全球、造福人类的新时代。

从创造性地提出“双星定位”构想、绘下“三步走”发展蓝图，到在卫星导航频段即将逾期的最后时刻完成首次卫星发射、拿到进军全球卫星导航系统俱乐部的“入场券”，再到两年多时间18箭30星的高密度发射、完成全球组网，创造世界卫星导航系统组网发射新纪录……26年间，几代北斗人接续奋斗、数十万建设者聚力托举，一次次刷新了科技强国的“中国速度”，展现了自主创新的“中国精度”，彰显了开放包容的“中国气度”。

北斗全球服务信号在无形时空传播开来。寰宇苍穹、星罗棋布，世界民众的指端和人生旅程，真正有了“中国北斗”的导引和陪伴。

为建设全球卫星导航系统提供全新范式

起步晚、底子薄，中国要独立建成世界一流卫星导航系统，曾被西方国家认为是不可能完成的任务。

上世纪90年代，美国GPS、俄罗斯格洛纳斯已完成全球组网，牢牢占据先发优势，实现“一步建全球”。此时，国际局势复杂多变，让我国愈发强烈地意识到，拥有自己的卫星导航系统对于维护国家安全、促进经济社会发展是多么重要。

在建设之初，有人曾问：美国GPS、俄罗斯格洛纳斯建设已打好样板，北斗系统模仿复制，岂不简单？但这显然不是一个开卷命题，当时的国情，要求中国只能不走寻常路。

中国北斗人探索了符合中国国情的“三步走”战略，走出了一条从无到有、从有到优、从有源到无源、从区域到全球的中国特色发展道路，也为世界卫星导航事业贡献了新的发展路径。

1983年，“两弹一星”元勋、“863计划”倡导者之一陈芳允院士，创造性地提出“双星定位”构想。这一方案，能以最小星座、最少投入、最短周期实现“从无到有”。

之后，“两弹一星”元勋、北斗系统工程首任总设计师孙家栋院士，进一步组织研究提出“三步走”发展战略，决定先建试验系统、然后再建区域系统，最后建成全球系统。

2000年建成北斗一号试验系统，使我国成为世界第三个拥有自主卫星导航系统的国家。2012年建成北斗二号区域系统，为亚太地区提供服务。2020年建成北斗三号全球系统，开通全球服务。

北斗系统用20多年走完其他全球卫星导航系统40多年的发展之路，成为继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯之后，第三个建成的全球卫星导航系统，处于世界先进水平。

与其他全球卫星导航系统采取单一轨道星座相比，北斗系统独树一帜，选择走混合星座的特色发展之路。北斗二号系统充分继承北斗一号系统用地球静止轨道卫星实现区域导航定位的成功经验，在国际上首创以地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星为骨干，兼有中圆轨道卫星的混合星座。北斗系统高级顾问、原工程副总设计师李祖洪说，对于区域卫星导航系统而言，这种“混搭”组合可以用最少卫星数量实现最好覆盖效果，已获得国际认可。

北斗三号系统继承并发展了“混合星座”，创造性实现并应用全星座“星间链路”等全新理念，建成由24颗中圆轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星组成的全球卫星导航系统，为全球卫星导航系统建设提供了全新范式。

强大的核心竞争力在于自主创新

关键核心技术是花钱买不来的，自主创新的过程注定是艰苦的。在20多年的建设过程中，面对没有自己的原子钟和导航芯片、全球建站困难等条件下实现全球服务等难题，北斗人走出了一条自主创新、追求极致的发展道路。

北斗一号系统解决了导航卫星最基本的问题，如供配电的太阳帆板等，实现核心产品的国产化。

北斗二号系统率先提出国际上首个高中轨道混合星座新体制，攻克了以高精度星载原子钟等为代表的多项关键技术。

北斗三号系统攻克了具有自主知识产权的星间链路、自主定轨等关键技术，建立了国产器部件从研制、验证到应用的工作体系，实现了北斗导航卫星单机和关键元器件国产化率100%。

可以说，北斗系统的核心竞争力正是在于其强大的自主创新体系能力和举国体制优势，并在创新中发展、在发展中提升。

——攻克无“钟”之困。

星载原子钟是导航卫星的“心脏”，其性能对系统定位和授时精度具有决定性作用。

北斗二号系统建设之初，国内星载原子钟技术比较薄弱，全世界只有少数国家有能力研制高性能星载原子钟，而进口又存在诸多困难和不确定性。为尽早“让中国的北斗用上最好的钟”，工程总体组织相关科研单位和企业，成立三支研发队伍同步进行攻坚，终于三支队伍全都取得成功，自主研发的星载原子钟达到国际先进水平。

北斗二号系统首发卫星上便搭载全国产化星载原子钟，并实现“双钟”相互备份，卫星可靠性和在轨寿命大幅提升。

——消除缺“芯”之忧。

缺少“中国芯”，一直是困扰我国高科技领域的一块“心病”。对于北斗系统应用和产业化来说，拥有国产芯片，对于确保应用安全和获得产业发展主动权至关重要。

中国卫星导航系统管理办公室通过揭榜挂帅，组织国内40余家单位，创新管理模式，打破中标项目终身制，通过实物比测、产业化考核，形成“研发一代、论证一代、应用一代”的良性发展局面，成功研发了体积更小、功耗更低、精度更高的射频系带一体化导航定位芯片，北斗拥有了自己的“中国芯”。

如今，国产北斗芯片工艺达到世界先进水平，性价比与世界主流产品相当，国产北斗导航型芯片出货量已超1亿规模，年出货量接近5000万片，已在物联网和消费电子领域广泛应用。

——破解布“站”之难。

按照传统全球卫星导航系统的建设和运行模式，需要在全球范围内建立分布均匀的地面站。为解决北斗系统海外建站的难题，北斗系统首创星间链路，创造性地提出高效解决方案。

通过星间链路，所有在轨北斗卫星连成一张大网，相互间可以通信、测距，能自动“保持队形”，不仅减小地面站规模、减轻地面管理维护压力，而且还使卫星定位精度大幅提高。凭借这一“绝活”，中国北斗实现了全球服务能力，性能达到世界一流。

据了解，2035年前，我国还将建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系，构建覆盖天空地海、基准统一、高精度、高安全、高智能、高弹性、高效益的时空信息服务基础设施，为未来智能化、无人化发展提供核心支撑。

孙家栋院士在西昌卫星发射中心（2010年12月15日摄） 李明放摄

“北斗+”让生活更便利

全球定位精度优于10米、授时精度优于20纳秒；亚太区域优于5米、授时精度优于10纳秒……与其他卫星导航系统相比，北斗系统除了可提供全球定位导航授时服务外，还可提供全球短报文通信、区域短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位、地基增强七种服务，能更好地满足用户的多元化需求。

如今，北斗三号系统成为国际上第一个多功能一体化的全球卫星导航系统。这种多功能集成化设计，有利于取得差异化的竞争优势。

从功能看，北斗系统具有有源和无源两种体制，用户不但可以自己知道“我在哪”，还能告诉别人“我在哪”“在干什么”。

北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风介绍：“例如，突发地震、海上遇险时，在其他通信手段失效的情况下，北斗短报文通信可以成为传递求救信息、拯救生命的最后保险。”

目前，北斗三号系统区域短报文单次长度达1000个汉字，相比于北斗二号系统，通信能力大幅提升。

“天上好用、地上用好”，作为国家重大空间基础设施，北斗系统已应用到各行各业，如同水和电一样，走进千家万户，无处不在、触手可及。

北斗系统已全面服务交通运输、公共安全、救灾减灾、农林牧渔、城市治理等行业，融入电力、金融、通信等基础设施，广泛进入大众消费、共享经济和民生领域，深刻改变着人们的生产生活方式，产生显著的经济和社会效益。据统计，10年来，我国卫星导航与位置服务产业总体产值年均增长20%以上，2019年达3450亿元，2020年有望超过4000亿元。

交通运输是北斗应用的主要领域之一。目前，国内已有约700万辆运营车辆加装北斗终端，建成全球最大营运车辆动态监管系统。北斗正向铁路运输、内河航运、远洋航海、航空运输及交通基础设施建设管理纵深推进，提升我国综合交通管理效率和运输安全水平。北斗系统的规模化应用使得近年来中国道路运输重特大事故发生率和死亡率均下降约50个百分点。

目前，我国已构建起集芯片、板卡、终端和运营服务为一体的完整北斗产业链，在国家关键行业和重点领域推进标配化使用，在大众消费领域拓展规模化应用。据统计，在中国入网的智能手机，已有80%以上支持北斗功能。

今年，在新冠肺炎疫情阻击战中，北斗高精度定位设备驰援武汉火神山、雷神山医院建设，确保工地大部分放线测量一次完成，为医院迅速施工争取了宝贵时间；北京、湖北的北斗植保无人机被广泛用于区域消毒防疫，一架无人机单次喷洒面积可覆盖5000平方米，并能深入防疫车无法抵达的死角；在全国各地，数十万台北斗终端进入物流行业；“北斗+”信息产品可对感染者的行动轨迹进行精确定位，为疫情防控提供关键数据支撑。

孟丽静图/本刊

与世界分享“中国北斗”

北斗始终坚持“中国的北斗、世界的北斗、一流的北斗”的发展理念，中国愿同世界各国共享北斗系统建设发展成果，共促全球卫星导航事业蓬勃发展。

2020年6月，北斗三号系统星座部署完成后，联合国外空司专门发来视频，祝贺北斗系统完成全球组网部署，肯定北斗系统正在推动全球经济社会发展，赞赏北斗系统在和平利用外太空、参与联合国空间活动国际合作方面作出的巨大贡献。

随着北斗三号系统正式开通服务，从国内到国外，从区域到全球，北斗服务为更多国家和人民所共享。

2013年，缅甸农业使用了500余台高精度北斗终端，这是北斗高精度产品首次在东南亚国家批量应用于农业数据采集、土地精细管理。

2015年，基于北斗系统的高精度接收机应用于科威特国家银行总部300米高摩天大楼建设，实现了施工过程中垂直方向毫米级测量误差。这是北斗首次在海外应用于高层建筑监测。

2018年，北斗系统走进新加坡，基于北斗高精度的静音打桩系统可进行桩点精准管理，根据导航提示快速找到钻点位置，每个打桩点精度可达厘米级，同时大幅提高钻机钻孔速度。

2019年，北斗系统走进柬埔寨，为柬埔寨政府部门综合规划、国土整治监控、基础设施建设、生态环境监控等提供了更加完整的基础信息资料，高精度服务成为政府基础设施建设不可或缺的一项重要技术手段。

北斗系统走进老挝，为全国性土地确权工程放样、地形测图等各种控制测量提供新的方法手段，逐步替代了传统全站仪作业的方式，为老挝地籍调查、土地管理以及相关法律法规的制定提供了原始依据和科学基础。

北斗系统走进俄罗斯，西伯利亚电力巡线实现现场人员与管理中心双向互动，及时发现设备缺陷和危及线路安全的隐患，保证输配电线路安全和电力系统稳定。

北斗系统“驶入”欧洲，在中欧班列上，装有北斗终端的集装箱，高精度定位导航功能让物流更便捷，实现了传统运输方式的升级与转型。北斗实时记录列车及货品的运行轨迹，定位精度10米以内，实现全程跟踪无缝中转。

2020年以来，北斗落地更多海外国家。北斗安全监测系统落地缅甸莱比塘铜矿，高精度定位守护矿区安全；基于北斗的港口智能控制系统已经在意大利、卡塔尔、印度等20个国家的50余个港口成功应用。

目前，国产北斗基础产品已出口120余个国家和地区，在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地得到成功应用。

“北斗应用只受想象力限制。”面向未来，北斗应用发展将有无限可能和广阔前景。（记者 袁元）

北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施，充分展现了我国的长远战略布局和科研人员的创新精神。北斗系统已在许多领域得到广泛应用，服务国家重要基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。北斗系统将持续推进产业化发展，服务国家现代化建设和百姓日常生活，为全球科技、经济和社会发展作出贡献。