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中国北斗横空出世纪实:大有可为,未来可期

——写在北斗三号全球卫星导航系统全面建成之际中国人自己的全球卫星导航系统——北斗终于建成了。

——写在北斗三号全球卫星导航系统全面建成之际

中国人自己的全球卫星导航系统——北斗终于建成了。

2020年7月31日,中国向全世界郑重宣告,中国自主建设、独立运行的北斗三号全球卫星导航系统已全面建成,中国北斗开启了高质量服务全球、造福人类的新篇章。

抚今追昔,从北斗一号工程立项开始,二十六载风雨兼程,几代北斗人接续奋斗、数十万建设者聚力托举,一次又一次刷新“中国速度”、展现“中国精度”、彰显“中国气度”。回望来路,这份沉甸甸的“北斗成绩单”来之不易。

中国北斗横空出世纪实:大有可为,未来可期

北斗卫星全球组网示意图,中国卫星导航系统管理办公室供图

中国北斗横空出世纪实:大有可为,未来可期

北斗三号部分研制人员合影,中国航天科技集团五院供图

传说中的“五千万工程”和30万无名北斗人

目光回到上世纪末。

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1994年,无论在世界还是中国卫星导航发展史上都是极具特殊意义的一年。这一年,世界首个全球卫星导航系统GPS全面建成;而此时,中国北斗一号系统则刚刚立项。

很多人没有想到,有朝一日中国能独立建成与美俄欧卫星导航系统比肩的世界一流系统。

2000年,北斗一号又省又快地构建起兼具定位授时和短报文通信服务的双星定位系统,我国成为继美国、俄罗斯之后世界上第三个具有卫星导航系统的国家。

2017年11月,北斗三号系统首组双星发射;2020年6月,北斗全球组网成功,仅仅不到3年时间便完成星座部署,让全世界再一次领略到中国集中力量办大事的硬核实力。这一次,中国不仅兑现了承诺,还比原定计划提前了半年。

谈及北斗圆梦全球,北斗工程总设计师杨长风感慨万千:“北斗是党和国家调动千军万马干出来的,是工程全线几十万人团结一心拼出来的,是广大人民群众坚定支持共同托举起来的。”

据中国卫星导航系统管理办公室统计,北斗工程启动以来,在全国范围内先后调集了400多家单位、30余万名科技人员参与研制建设。陈芳允、孙家栋两位“两弹一星”元勋和几十名两院院士领衔出征。

在这项大国重器横空出世的背后,还有无数普通人在幕后辛勤付出。每逢重要节点,数以万计的公安干警、警卫人员和通信、电力、气象、交通、医疗等行业员工坚守各自岗位,共同筑起坚固的安全保障;一波又一波新闻记者奔走工程一线,用生花妙笔为北斗事业鼓与呼;成千上万科研人员的家人,默默扛起照顾家庭的重担,为他们撑起坚强后盾;

中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其说,“将钱学森总体设计部思想贯穿研制建设全过程,建立起科学完善的组织管理体系,这是北斗取得成功的重要经验。”

据他介绍,北斗系统由卫星、火箭、发射场、测控、运控、星间链路、应用验证等七大系统组成,是跨部门、跨学科、跨行业、跨地域的复杂系统工程。统帅“千军万马”,离不开科学顶层设计和高效组织领导。

在顶层,国家有关部门联合成立领导小组,并设立管理办公室,具体承担国家卫星导航领域主管机构职能,对北斗系统建设、应用产业、国际合作实施归口管理。

杨长风说,“我们常说,北斗是‘五千万’工程,调动了千军万马,经历了千难万险,付出了千辛万苦,要走进千家万户,将造福千秋万代。”

建设全球系统与区域系统相比,不是简单的规模“扩容”、而是全面的整体“升级”,对工程全线尤其是卫星系统带来空前挑战。事前据专家论证测算,以当时的研制能力,如果仍由一家单位抓总研制,即便“5+2”“白+黑”地连轴转,也很难在2020年底前完成30颗卫星的研制生产,更别提全部发射入轨、完成星座组网。

杨长风说,为如期“交卷”,工程全线大力整合各方力量,通过强化产品多家布局,特别是采取卫星“双总体”,让两个卫星总体单位分别组织队伍、同步抓总研制,极大调动了各方资源力量,极大促进了优势互补、协同共进,极大加速了关键核心技术突破,推动形成良性互利的发展局面,为确保北斗三号全球系统快速高效组网发挥了重要作用。

2017年11月到2020年6月,31个月时间,我国成功发射30颗北斗三号组网星和2颗北斗二号备份星,成功率100%,以超过月均1颗星的速度,创造世界卫星导航系统组网发射新纪录。

既不能固步自封,也不能照搬盲从

上世纪90年代初,国际局势复杂多变,人们愈发强烈地意识到,拥有自己的卫星导航系统已经成为一个世界大国的重要标志、成为大国竞争的科技制高点。

杨长风说,同样是建设全球卫星导航系统,美、俄和欧盟选择搞“一步建全球”。而我国起步晚、底子薄,明智地选择分步走,先解决有无、满足急需,切实做到“把每个铜板都用在刀刃上”。

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”。

后来,“两弹一星”元勋、北斗系统首任工程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年建设北斗三号全球系统,实现了中国人孜孜以求的“全球梦”。

据杨长风介绍,与其他全球卫星导航系统采取单一轨道星座构型相比,北斗系统独树一帜,坚定选择走混合星座的特色发展之路。北斗一号建设时,在国际上首次实现地球静止轨道卫星提供导航定位服务。

北斗二号系统则继承北斗一号用地球静止轨道卫星实现区域导航定位覆盖的成功经验,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。

李祖洪告诉记者,北斗三号系统将“混合星座构型”发扬光大,建成拥有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系统,为建设全球卫星导航系统提供了全新范式。

与其他卫星导航系统相比,北斗系统确有自己的“独门绝技”:除提供全球定位导航授时服务外,还能进行短报文通信,开创了通信导航一体化的独特服务模式,是名副其实的“多面手”。

从功能看,其他卫星导航系统仅能无源定位,因而用户只能知道“我在哪”。而北斗用户则不同,不但自己知道“我在哪”,还能告诉别人“我在哪”、“在干什么”。

“这一招很管用,比如突发地震、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索。”杨长风说。

如今,北斗三号全球系统一如既往走“跨界发展”之路,成为国际上第一个将多功能融为一体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。

据中国卫星导航系统管理办公室统计,北斗三号全球系统在全面兼容北斗二号系统短报文通信服务的基础上,区域短报文发送能力从120汉字提高到1000汉字,支持用户数量从50万提高到1200万,而且能实现40汉字的全球短报文通信。此外,北斗三号全球系统还可以提供星基增强、国际搜救、精密单点定位、地基增强等多样化服务,能更好地满足用户的多元化需求。

杨长风说,北斗系统建设的经验再次证明,任何时候、任何情况下,都要坚定自信、保持定力,坚定不移走中国特色发展之路,既不能固步自封、也不能照搬盲从。

最后时刻“压哨破门”,濒临绝境倒逼自主创新

关键核心技术是花钱买不来的,即使买来了也是不可靠的,引进仿制的路子也走不远,只有坚定不移走自主创新之路,才能把命运牢牢掌握在自己手中。

杨长风说,面对缺乏频率资源、没有自己的原子钟和芯片、区域布站条件下实现全球服务等看似难以逾越的“娄山关”“腊子口”,北斗人凭借滚石上山的毅力和勇气,北斗走出了一条自主创新、追求卓越的发展道路。

众所周知,空间频率资源是“不可再生”的战略资源,没有合法可用的频率,卫星就如同没有土地使用许可的高楼大厦,缺少立身之基。

“北斗起步之时,国际上优质频率资源已经所剩无几,经过艰苦谈判,终于推动国际电联从航空导航频段中,辟出两小段资源作为卫星导航合法使用频段。”杨长风说。国际电联规定,各国均可平等申请新资源使用权,但必须在7年有效期内发射导航卫星,并成功接收传回信号,逾期则自动失效。

据他回忆,为保住2007年4月17日这一最后“窗口”,工程上下进行全系统总动员和大会战,抢在2月底完成卫星研制。然而临射前,卫星上的应答机突现异常。为确保万无一失,工程试验队果断将已矗立塔架的星箭组合体拆开,取出卫星应答机,72小时不眠不休,成功排除故障。

4月14日4时11分,这颗肩负重要使命的卫星发射成功;17日20时许,北京终于清晰地接收到来自这颗卫星的信号。这一刻,距离频率失效后限已不到4个小时。

中国北斗在最后时刻“压哨破门”,拿到了进军全球卫星导航系统俱乐部的“入场券”。

星载原子钟是导航卫星的“心脏”,是卫星导航领域“皇冠上的明珠”,其性能对系统定位和授时精度具有决定性作用。

北斗工程建设之初,国内星载原子钟技术比较薄弱。当时,全世界只有少数国家有能力研制高性能星载原子钟,进口存在诸多困难和不确定性。

“不能等,不能靠,就自己干!” 杨长风说,为尽早“让中国的北斗用上最好的钟”,工程总体下定决心集中全力打攻坚战,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。不到两年时间,三支队伍全都取得成功,自主研发出达到国际先进水平的原子钟。

缺少“中国芯”,一直是困扰我国高科技领域的一块“心病”。冉承其说,对于北斗系统工程建设和应用来说,拥有国产芯片,对于确保安全性、稳定性、可靠性至关重要。甚至可以说,搞北斗三号全球系统,全面国产化是头等大事。

据他介绍,通过深入动员,工程上下形成宁可国产化产品“指标低点,价格高点,也要大胆使用”的坚定共识;工程总体研究制定行动规划,将自主可控要求落实到关键技术攻关、产品研发、竞争采购等各环节;建立由专项管理办公室牵头,多部门参加的自主可控协调小组,通过重点行业、区域应用示范工程,大力推广使用自主芯片、模块、软件产品,通过边建边用、反复迭代,有效提高产品质量水平。

功夫不负有心人。国产北斗芯片工艺由0.35微米提升到28纳米,已在物联网和消费电子领域广泛应用。支持北斗三号新信号的22纳米工艺射频基带一体化导航定位芯片,体积更小、功耗更低、精度更高,已具备批量生产能力。

截至2019年底,国产导航型芯片出货量已超1亿片,北斗导航型芯片、模块高精度板卡和天线已输出到120余个国家和地区。

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众多地面站。杨长风说,为解决北斗系统国内建站实现全球运行和服务的难题,北斗系统首创Ka频段星间链路,创造性地提出高效解决方案,而为解决境外卫星的数据传输通道问题,工程专门组织研究团队攻克了星间链路关键技术。

通过星间链路,所有在轨北斗卫星连成一张大网,实现北斗“兄弟”们手拉手,相互间可以“通话”、测距,能自动“保持队形”,这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”,工程实现了仅依靠国内布站情况下对全球星座的运行控制,以及全球服务能力与世界一流系统的比肩。

北斗三号全球系统星座部署完成后,澳大利亚空间工程研究中心主任安德鲁·登普斯特指出,北斗是一项重大突破,因为它意味着中国可以完全独立地使用自主导航系统,不再依赖任何人。

杨长风说,一路走来,北斗系统建设“过五关斩六将”,崎岖坎坷、步步惊心,这也让工程队伍磨练出坚毅的品格和坚强的信心,坚定不移走上自主创新之路。

如同水和电一样,北斗将无处不在、触手可及

有这样一个比喻:如同水和电一样,北斗系统将成为人民日常生活中不可缺少的必需品,无处不在、触手可及。

杨长风说,卫星导航系统是重要的空间基础设施,是事关国计民生的大国重器,对促进经济社会发展、改善人民生产生活具有重要作用。发展到今天,从国内到国外,从区域到全球,北斗服务将为更多国家和人民所共享,这张国家名片的知名度影响力也将不断增强,北斗对人类的贡献终将被全世界所理解认同。

根据中国卫星导航系统管理办公室统计,近年来,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、城市治理等各行各业,已经融入电力、金融、通信等国家核心基础设施,综合效益正在不断显现。

以交通运输为例,截至2019年12月,国内超过650万辆运营车辆、4万辆邮政和快递车辆,36个中心城市约8万辆公交车、3200余座内河导航设施、2900余座海上导航设施已用北斗,建成全球最大营运车辆动态监管系统,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。

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标配化使用,在大众消费领域规模化应用。近10年来,我国卫星导航产业产值年均增长约20%,2020年将有望超过4000亿元。

“北斗作为国家重大空间基础设施,提供的是公共服务产品,就如同电、无线网络一样,必须通过终端服务来实现价值。” 杨长风告诉记者,“融合发展、万物互联”一直是北斗应用推广的基本方针。

据他介绍,2020年第一季度,在中国入网的智能手机,已经有70%以上提供北斗服务。共享单车配装北斗终端实现精细管理,牧民坐在家里就能通过北斗项圈放牧牛羊,支持北斗系统的手表、手环、学生卡,更加方便和保护人们日常生活。通过“北斗+支付”,能对1秒钟内成百上千的股票、车票购买申请进行精确排队,按序办理。

在新冠肺炎疫情阻击战中,北斗的贡献更是有目共睹——

北京、湖北的北斗植保无人机被广泛用于区域内消毒防疫,一架无人机单次喷洒面积可覆盖5000平方米,并且能深入防疫车无法抵达的死角。在全国多个地方,数十万台北斗终端进入物流行业,通过北斗精准定位,位置信息一目了然,一些物流企业还通过机器人向部分隔离小区提供物资运输配送。

冉承其说,北斗与互联网、移动通信网、大数据、云计算等结合形成的“北斗+”信息产品,可以对感染者的行动轨迹进行精确定位并向社会公开发布,为大城市特别是基层社区做好防控提供关键数据支撑。

他还以武汉火神山、雷神山医院建设为例:“万丈高楼平地起”,高精度定点定位是基准,快速精确测量是基础。大年三十晚上,北斗人闻令而动,奔赴火神山医院工地,北斗高精度定位设备火速驰援,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。

“北斗应用只受想象力限制。”杨长风说,面向未来,这句话精辟地勾勒出了北斗应用发展的无限可能和广阔前景。

走向全球的中国北斗,大有可为,未来可期。

(原题为《中国北斗横空出世纪实》)

(本文来自澎湃新闻,更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)

黄家月

本文来自网络,不代表天空网立场,转载请注明出处:http://www.nnmbdg.com/3459.html

作者: Little

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