01周報

作者：劉莉

全球科技界有個頂級俱樂部，只有四名會員，卻吸引諸多國家的關(guān)注，這個俱樂部便是“全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)”（GNSS）。隨著北斗三號第30顆、也是最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星“北斗系統(tǒng)第55顆衛(wèi)星”在上周二（6月23日）發(fā)射成功，中國提前半年完成了北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）部署，與美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、歐洲伽利略（GALILEO）、俄羅斯格洛納斯（GLONASS）構(gòu)建了全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。作為后起之秀，中國自主研發(fā)的北斗是目前發(fā)展勢頭最迅速、被認為極有可能后來居上的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

2020年是北斗導航系統(tǒng)建設(shè)收官之年，隨著北斗全面于太空布陣，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(wù)。官方資料顯示，北斗擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，衛(wèi)星和關(guān)鍵元件國產(chǎn)化率達到100%。

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的源起

上世紀五十年代，在美蘇爭霸的大背景下，一場以科研為名的意識形態(tài)之爭悄然上演。1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射的人類歷史上第一顆衛(wèi)星“斯普特尼克1號”（Sputnik-1）成功進入軌道，震動了西方世界，并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(fā)現(xiàn)：由于衛(wèi)星與地面之間有著相對運動，接收到電磁波信號存在多普勒頻移，若在地面上架設(shè)多部接收機，便可根據(jù)接收到信號的不同頻差推算出衛(wèi)星的運行軌道。他們將研究成果告訴了應(yīng)用物理實驗室主任麥克盧爾（Frank McClure），這位主任當時正為美國海軍研究如何能快速知曉航行在茫茫大海中軍艦的具體位置，聽到兩人匯報后，他眼前一亮，“既然你們能發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星在哪里，那么如果把問題反過來，衛(wèi)星也就能發(fā)現(xiàn)你們在哪里，海軍軍艦定位的問題有思路了。”

這便是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的科學緣起。此前，美國海軍使用的是俗稱“羅蘭”（LORAN）的無線電遠端導航系統(tǒng)，但羅蘭系統(tǒng)作用范圍有限，最遠只達2,000公里，定位精度也低，只有百米級，且只能提供二維定位。美國海軍敏銳地意識到使用衛(wèi)星定位的巨大應(yīng)用潛力，于1958年起與美國國防部高級研究計劃局（DARPA）共同進行了對海軍導航定位系統(tǒng)（NNSS）的基礎(chǔ)研究，成功開發(fā)出史上首個衛(wèi)星導航系統(tǒng)—子午儀衛(wèi)星系統(tǒng)（Ttansit）。在子午儀衛(wèi)星系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，美國國防部于1973年4月提出研究更先進的新一代導航定位系統(tǒng)的想法，全球定位系統(tǒng)（GPS）應(yīng)運而生。

現(xiàn)在，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)已是國家安全、經(jīng)濟和社會發(fā)展不可或缺的重大空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，能在全球向用戶提供全天候?qū)Ш?、授時服務(wù)的GPS憑藉技術(shù)優(yōu)勢當了多年老大，美國每年因而從全球獲得千億、萬億計的收入。

北斗撼動世界導航格局

有過幾次因?qū)Ш较到y(tǒng)受制于他國的不愉快經(jīng)歷后，中國于上世紀后期開始探索適合自身國情的衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展道路，逐步形成了三步走發(fā)展戰(zhàn)略：第一步是在2000年年底建成北斗一號系統(tǒng)，向中國提供服務(wù)；第二步是在2012年年底建成北斗二號系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；第三步則是在2020年建成北斗三號系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。

北斗系統(tǒng)由空間段、地面段和使用者段三部份組成：空間段由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星等組成；地面段包括主控站、時間同步/注入站和監(jiān)測站等若干設(shè)施，以及星間鏈路運行管理設(shè)施；使用者段包括北斗相容其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的晶片、模組、天線等基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及終端產(chǎn)品、應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)等。

作為中國自主研發(fā)、獨立運行的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)打破了其他國家對中國的技術(shù)封鎖。雖然起步較晚，但北斗“小老弟”成長很快，隨著國際海事組織海上安全委員會于2014年11月審議通過對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)認可的航行安全通函，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式成為繼GPS、GLONASS后第三個向世界航海使用者提供服務(wù)的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

“北斗”系統(tǒng)具有短報文通信、精密授時、定位精確、系統(tǒng)容納用戶數(shù)四大優(yōu)勢功能，其定位精度、授時精度、抗干擾能力等都與GPS相當，且北斗具備的無源定位和短報文通信功能獨門絕技，較之其他導航系統(tǒng)能更廣泛地應(yīng)用于野外作業(yè)、突發(fā)災(zāi)害等場景。2008年汶川大地震發(fā)生后，其他通訊方式紛紛失效，只有北斗能以短報文形式與指揮中心保持聯(lián)系。

北斗系統(tǒng)首創(chuàng)三種軌道構(gòu)成混合星座，與全球其他衛(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)性能優(yōu)勢更為明顯，系統(tǒng)融合了導航與通信能力，其星間鏈路實現(xiàn)星星互聯(lián)、星地互聯(lián)，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(xiàn)即時米級、分米級、厘米級的導航定位增強服務(wù)能力。又因北斗和GPS相容，從而保證了其應(yīng)用范圍如同GPS一樣廣泛。更引人矚目的是，北斗用二十多年走完了其他全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)四十多年的發(fā)展之路，其建設(shè)實現(xiàn)兩年17箭29星高密度發(fā)射組網(wǎng)且連戰(zhàn)連捷，成為科技領(lǐng)域“中國速度”的象征。

大國重器不能受制于人

北斗的目標是成為世界一流的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，從遠景規(guī)劃來看，2035年前北斗還將建設(shè)完善更泛在、更融合、更智慧的綜合體系。

長期以來，美國的GPS壟斷了中國民用的、與日常生活息息相關(guān)的定位服務(wù)，諸如電子商務(wù)、社交網(wǎng)站定位簽到、搜尋附近服務(wù)等應(yīng)用都是基于GPS的位置服務(wù)，在定位服務(wù)全方位滲透的當下，美國一旦對中國關(guān)閉GPS服務(wù)，便會在中國造成極大混亂，于軍事領(lǐng)域而言更是致命性打擊。

在中西關(guān)聯(lián)式結(jié)構(gòu)性變化外溢作用深刻影響世界的當下，中西方在制造業(yè)、科技等領(lǐng)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(mào)易戰(zhàn)開啟之后，“脫鈎論”、“文明對抗論”甚囂塵上，中美之間結(jié)構(gòu)性對抗已從貿(mào)易戰(zhàn)蔓延到以5G、晶片等為代表的高科技領(lǐng)域。近年來，美國對中興、華為等中國企業(yè)頻頻出招，通過斷供等一系列遏制招數(shù)，向中國高科技企業(yè)心臟刺上一把把利刃。如果中國企業(yè)沒有晶片、作業(yè)系統(tǒng)等“備胎計劃”，哪怕已貴為全球最大電信設(shè)備制造商的華為，也會被美國一招致命。凡是過往，皆為序章。美國這些動作證明了中國在導航系統(tǒng)這種“大國重器”領(lǐng)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(wèi)星導航系統(tǒng)，才可不用再為他國何時關(guān)閉衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務(wù)而提心吊膽。

北斗系統(tǒng)提供服務(wù)以來，已在交通運輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象測報、通信授時、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其導航服務(wù)愈來愈多地被電子商務(wù)、移動智能終端制造、位置服務(wù)等廠商采用，廣泛進入中國大眾消費、共享經(jīng)濟和民生領(lǐng)域。資料顯示，中國新入網(wǎng)的智能手機中已有70%以上提供北斗服務(wù)。

在發(fā)展自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)時，中國也在開發(fā)其他諸如偵察監(jiān)視、指揮、協(xié)助攻擊等“純軍用”能力。近年來，北斗已成為重要的信息化指揮手段，不僅嵌入到各種大型武器發(fā)射平臺，還廣泛應(yīng)用于單兵偵察和分隊作戰(zhàn)之中。有英國媒體感嘆北斗系統(tǒng)更安全可靠，將使中國軍方的精確打擊能力迅速提升數(shù)十倍。

作為中國迄今為止規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、性能要求最高的巨型復雜航天系統(tǒng)，總體來看，北斗系統(tǒng)當前還不太可能完全取代美國的GPS，但很明顯，隨著北斗向全球提供服務(wù)，這個世界的衛(wèi)星導航系統(tǒng)江湖已變，而且隨之而變的將不只是這一片江湖。