01周報

作者：劉莉

全球科技界有個(ge) 頂級俱樂(le) 部，隻有四名會(hui) 員，卻吸引諸多國家的關(guan) 注，這個(ge) 俱樂(le) 部便是“全球衛星導航係統”（GNSS）。隨著北鬥三號第30顆、也是最後一顆組網衛星“北鬥係統第55顆衛星”在上周二（6月23日）發射成功，中國提前半年完成了北鬥全球衛星導航係統（BDS）部署，與(yu) 美國全球定位係統（GPS）、歐洲伽利略（GALILEO）、俄羅斯格洛納斯（GLONASS）構建了全球四大衛星導航係統。作為(wei) 後起之秀，中國自主研發的北鬥是目前發展勢頭最迅速、被認為(wei) 極有可能後來居上的衛星導航係統。

2020年是北鬥導航係統建設收官之年，隨著北鬥全麵於(yu) 太空布陣，將擇機向全球用戶提供完整的全天時、全天候、高精度全球定位導航授時服務。官方資料顯示，北鬥擁有自主知識產(chan) 權和核心技術，衛星和關(guan) 鍵元件國產(chan) 化率達到100%。

全球衛星導航係統的源起

上世紀五十年代，在美蘇爭(zheng) 霸的大背景下，一場以科研為(wei) 名的意識形態之爭(zheng) 悄然上演。1957年10月4日，蘇聯發射的人類曆史上第一顆衛星“斯普特尼克1號”（Sputnik-1）成功進入軌道，震動了西方世界，並引起美國人強烈的恐懼和焦慮感，但美國約翰.霍普金斯大學的蓋伊（W.Guier）和威芬巴赫（G.Wieffembach）博士發現：由於(yu) 衛星與(yu) 地麵之間有著相對運動，接收到電磁波信號存在多普勒頻移，若在地麵上架設多部接收機，便可根據接收到信號的不同頻差推算出衛星的運行軌道。他們(men) 將研究成果告訴了應用物理實驗室主任麥克盧爾（Frank McClure），這位主任當時正為(wei) 美國海軍(jun) 研究如何能快速知曉航行在茫茫大海中軍(jun) 艦的具體(ti) 位置，聽到兩(liang) 人匯報後，他眼前一亮，“既然你們(men) 能發現衛星在哪裏，那麽(me) 如果把問題反過來，衛星也就能發現你們(men) 在哪裏，海軍(jun) 軍(jun) 艦定位的問題有思路了。”

這便是衛星導航係統的科學緣起。此前，美國海軍(jun) 使用的是俗稱“羅蘭(lan) ”（LORAN）的無線電遠端導航係統，但羅蘭(lan) 係統作用範圍有限，最遠隻達2,000公裏，定位精度也低，隻有百米級，且隻能提供二維定位。美國海軍(jun) 敏銳地意識到使用衛星定位的巨大應用潛力，於(yu) 1958年起與(yu) 美國國防部高級研究計劃局（DARPA）共同進行了對海軍(jun) 導航定位係統（NNSS）的基礎研究，成功開發出史上首個(ge) 衛星導航係統—子午儀(yi) 衛星係統（Ttansit）。在子午儀(yi) 衛星係統的基礎上，美國國防部於(yu) 1973年4月提出研究更先進的新一代導航定位係統的想法，全球定位係統（GPS）應運而生。

現在，全球衛星導航係統已是國家安全、經濟和社會(hui) 發展不可或缺的重大空間信息基礎設施，能在全球向用戶提供全天候導航、授時服務的GPS憑藉技術優(you) 勢當了多年老大，美國每年因而從(cong) 全球獲得千億(yi) 、萬(wan) 億(yi) 計的收入。

北鬥撼動世界導航格局

有過幾次因導航係統受製於(yu) 他國的不愉快經曆後，中國於(yu) 上世紀後期開始探索適合自身國情的衛星導航係統發展道路，逐步形成了三步走發展戰略：第一步是在2000年年底建成北鬥一號係統，向中國提供服務；第二步是在2012年年底建成北鬥二號係統，向亞(ya) 太地區提供服務；第三步則是在2020年建成北鬥三號係統，向全球提供服務。

北鬥係統由空間段、地麵段和使用者段三部份組成：空間段由若幹地球靜止軌道衛星、傾(qing) 斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星等組成；地麵段包括主控站、時間同步/注入站和監測站等若幹設施，以及星間鏈路運行管理設施；使用者段包括北鬥相容其他衛星導航係統的晶片、模組、天線等基礎產(chan) 品，以及終端產(chan) 品、應用係統與(yu) 應用服務等。

作為(wei) 中國自主研發、獨立運行的衛星導航係統，北鬥係統打破了其他國家對中國的技術封鎖。雖然起步較晚，但北鬥“小老弟”成長很快，隨著國際海事組織海上安全委員會(hui) 於(yu) 2014年11月審議通過對北鬥衛星導航係統認可的航行安全通函，北鬥衛星導航係統正式成為(wei) 繼GPS、GLONASS後第三個(ge) 向世界航海使用者提供服務的全球衛星導航係統。

“北鬥”係統具有短報文通信、精密授時、定位精確、係統容納用戶數四大優(you) 勢功能，其定位精度、授時精度、抗幹擾能力等都與(yu) GPS相當，且北鬥具備的無源定位和短報文通信功能獨門絕技，較之其他導航係統能更廣泛地應用於(yu) 野外作業(ye) 、突發災害等場景。2008年汶川大地震發生後，其他通訊方式紛紛失效，隻有北鬥能以短報文形式與(yu) 指揮中心保持聯係。

北鬥係統首創三種軌道構成混合星座，與(yu) 全球其他衛星導航係統相比，高軌衛星更多，抗遮擋能力強，尤其低緯度地區性能優(you) 勢更為(wei) 明顯，係統融合了導航與(yu) 通信能力，其星間鏈路實現星星互聯、星地互聯，具備定位導航授時、星基增強、精密定位、地基增強等多種功能，可實現即時米級、分米級、厘米級的導航定位增強服務能力。又因北鬥和GPS相容，從(cong) 而保證了其應用範圍如同GPS一樣廣泛。更引人矚目的是，北鬥用二十多年走完了其他全球衛星導航係統四十多年的發展之路，其建設實現兩(liang) 年17箭29星高密度發射組網且連戰連捷，成為(wei) 科技領域“中國速度”的象征。

大國重器不能受製於(yu) 人

北鬥的目標是成為(wei) 世界一流的衛星導航係統，從(cong) 遠景規劃來看，2035年前北鬥還將建設完善更泛在、更融合、更智慧的綜合體(ti) 係。

長期以來，美國的GPS壟斷了中國民用的、與(yu) 日常生活息息相關(guan) 的定位服務，諸如電子商務、社交網站定位簽到、搜尋附近服務等應用都是基於(yu) GPS的位置服務，在定位服務全方位滲透的當下，美國一旦對中國關(guan) 閉GPS服務，便會(hui) 在中國造成極大混亂(luan) ，於(yu) 軍(jun) 事領域而言更是致命性打擊。

在中西關(guan) 聯式結構性變化外溢作用深刻影響世界的當下，中西方在製造業(ye) 、科技等領域的博弈已不可避免地融入了時代的宏觀敘事場景。自中美貿易戰開啟之後，“脫鈎論”、“文明對抗論”甚囂塵上，中美之間結構性對抗已從(cong) 貿易戰蔓延到以5G、晶片等為(wei) 代表的高科技領域。近年來，美國對中興(xing) 、華為(wei) 等中國企業(ye) 頻頻出招，通過斷供等一係列遏製招數，向中國高科技企業(ye) 心髒刺上一把把利刃。如果中國企業(ye) 沒有晶片、作業(ye) 係統等“備胎計劃”，哪怕已貴為(wei) 全球最大電信設備製造商的華為(wei) ，也會(hui) 被美國一招致命。凡是過往，皆為(wei) 序章。美國這些動作證明了中國在導航係統這種“大國重器”領域，堅持“獨立自主，自力更生”原則的必要性和先見之明，中國人有了自己的衛星導航係統，才可不用再為(wei) 他國何時關(guan) 閉衛星導航係統服務而提心吊膽。

北鬥係統提供服務以來，已在交通運輸、農(nong) 林漁業(ye) 、水文監測、氣象測報、通信授時、電力調度、救災減災、公共安全等領域廣泛應用，其導航服務愈來愈多地被電子商務、移動智能終端製造、位置服務等廠商采用，廣泛進入中國大眾(zhong) 消費、共享經濟和民生領域。資料顯示，中國新入網的智能手機中已有70%以上提供北鬥服務。

在發展自己的衛星導航係統時，中國也在開發其他諸如偵(zhen) 察監視、指揮、協助攻擊等“純軍(jun) 用”能力。近年來，北鬥已成為(wei) 重要的信息化指揮手段，不僅(jin) 嵌入到各種大型武器發射平台，還廣泛應用於(yu) 單兵偵(zhen) 察和分隊作戰之中。有英國媒體(ti) 感歎北鬥係統更安全可靠，將使中國軍(jun) 方的精確打擊能力迅速提升數十倍。

作為(wei) 中國迄今為(wei) 止規模最大、覆蓋範圍最廣、性能要求最高的巨型複雜航天係統，總體(ti) 來看，北鬥係統當前還不太可能完全取代美國的GPS，但很明顯，隨著北鬥向全球提供服務，這個(ge) 世界的衛星導航係統江湖已變，而且隨之而變的將不隻是這一片江湖。