科技創(chuàng)新70年·歷程

本報記者 付毅飛

2019年9月23日5時10分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心以“一箭雙星”方式，成功發(fā)射第47、48顆北斗導航衛(wèi)星。

這次發(fā)射正式拉開了北斗三號從基本系統(tǒng)向完整系統(tǒng)大步邁進的高密度發(fā)射序幕。

自1994年我國啟動北斗一號系統(tǒng)工程建設(shè)，中國北斗砥礪前行，按照“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，闖出了一條適合中國國情的創(chuàng)新發(fā)展道路。

如今，北斗已成為全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)中不可忽視的重要力量。面向全球組網(wǎng)，北斗已發(fā)起全面沖刺。未來，中國北斗將與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)并肩，提供精度更高、運行更穩(wěn)定、功能更可靠的定位、導航和授時服務(wù)，成為面向全世界的重大公共服務(wù)空間基礎(chǔ)設(shè)施，為構(gòu)建人類命運共同體作出“中國貢獻”。

“關(guān)門”前搶入“導航俱樂部”

1990年的海灣戰(zhàn)爭中，裝載GPS的精確打擊武器首次大規(guī)模使用，作戰(zhàn)效能令全球震驚。

如果說導彈是槍，原子彈是彈，衛(wèi)星導航就是精確瞄準鏡。早在20世紀70年代，中國航天人就啟動過“燈塔一號”工程進行探索，但因經(jīng)濟和技術(shù)方面難以支撐，工程被迫下馬。

但中國人建設(shè)衛(wèi)星導航系統(tǒng)的決心沒有動搖。經(jīng)過不斷探索，我國逐漸形成了從建設(shè)北斗一號試驗系統(tǒng)，到北斗二號區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，再到北斗三號全球系統(tǒng)的“三步走”戰(zhàn)略。

2000年，我國發(fā)射2顆地球靜止軌道北斗衛(wèi)星，創(chuàng)造性地實現(xiàn)了雙星有源定位，同時能提供授時和短報文通信服務(wù)。該方案利用我國現(xiàn)有成熟技術(shù)，以最小投入、最短周期，實現(xiàn)了衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設(shè)的自主可控。

北斗一號工程啟動時，美國GPS、俄羅斯格洛納斯已分別發(fā)射了20多顆導航衛(wèi)星，占用了最適合衛(wèi)星導航的黃金頻段。中國與正在建設(shè)伽利略系統(tǒng)的歐盟，推動國際電聯(lián)從航空導航頻段中擠出一小段以供使用。2000年4月18日，北斗和伽利略系統(tǒng)同時申報。按照國際電聯(lián)規(guī)則，必須在7年內(nèi)發(fā)射導航衛(wèi)星，并成功發(fā)射和接收相應(yīng)頻率信號，才能獲得該軌道位置和頻率資源，否則不能取得合法地位。

2005年，歐盟發(fā)射了首顆伽利略導航衛(wèi)星。此時我國雖已發(fā)射3顆北斗試驗衛(wèi)星，但其不具備主動發(fā)射下行信號的能力。符合國際電聯(lián)規(guī)則的北斗二號衛(wèi)星仍在研制，時間緊迫。

北斗人背水一戰(zhàn)，倒排工期，將研制周期大大縮短。同時，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心也攻克了首次使用新改建發(fā)射工位、首次使用遠控模式、首次發(fā)射中圓軌道衛(wèi)星等多項挑戰(zhàn)，針對此次任務(wù)分析風險、制定措施、把控節(jié)點，扎實做好了各項準備。

2007年4月14日4時11分，這顆肩負著重要使命的北斗衛(wèi)星起飛，于4月17日20時許傳回了信號。此時。距離國際電聯(lián)的“七年之限”只剩不到4個小時。

首創(chuàng)混合導航星座

GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)均采取單一軌道星座構(gòu)型，全部組網(wǎng)衛(wèi)星都運行在2萬公里高度的中圓軌道。

但北斗系統(tǒng)不可能像GPS那樣，在全球建立地面測控站。北斗二號工程衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師楊慧說，受國土布站局限，北斗必須造出能在國土范圍內(nèi)管轄的星座，為此必須采取高、中軌衛(wèi)星混合的組網(wǎng)方式。但這面臨一系列世界性難題。

經(jīng)過不懈努力，北斗團隊解決了高軌導航衛(wèi)星姿態(tài)控制、高精度溫控等難題，提升了系統(tǒng)服務(wù)的精度、連續(xù)性和可用性。2012年底，由14顆衛(wèi)星構(gòu)成的北斗二號區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成，實現(xiàn)了全天時全天候為亞太大部分地區(qū)提供定位導航授時服務(wù)。

“北斗二號在國際上首創(chuàng)同步軌道導航衛(wèi)星，同時首創(chuàng)了以地球同步軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星為骨干，兼有中軌道衛(wèi)星的混合導航星座?！痹摴こ淘笨傇O(shè)計師、北斗系統(tǒng)高級顧問李祖洪說，對于區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)而言，這種組合可以用最少的衛(wèi)星數(shù)量實現(xiàn)最好的覆蓋效果，已獲得了國際上的認可。

在北斗二號工程建設(shè)的同時，我國于2009年啟動了北斗三號全球系統(tǒng)的建設(shè)。

行波管放大器是通信衛(wèi)星的關(guān)鍵元器件，曾長期依賴進口。2014年，我國正在進行北斗三號試驗衛(wèi)星研制時，外方突然通知，由于政府原因停止供貨。

不過，北斗團隊早已認識到國產(chǎn)化對于北斗系統(tǒng)建設(shè)和穩(wěn)定運行的重要性。在北斗三號系統(tǒng)建設(shè)啟動的同時，中國航天科技集團五院就聯(lián)合國內(nèi)多家單位，開展了行波管放大器等關(guān)鍵元器件國產(chǎn)化的技術(shù)攻關(guān)。

外方得知我國行波管放大器技術(shù)攻關(guān)已經(jīng)取得了突破，北斗團隊決定用國貨替代進口產(chǎn)品后，急忙表示可以供貨，并把價格降低了一半。這讓北斗團隊嘗到了核心在握的甜頭，更加堅定了走國產(chǎn)化道路的決心。

經(jīng)過數(shù)年努力，長期依靠進口的行波管放大器組件、微波開關(guān)、大功率電源控制器、動量輪組件、星敏感器等關(guān)鍵產(chǎn)品，已實現(xiàn)主、備份全部國產(chǎn)化。北斗三號衛(wèi)星部件國產(chǎn)化率達到100%。

中國北斗向世界敞開胸懷

2017年2月28日，我國首個自主研制的“米級快速定位北斗芯片”正式推出，實現(xiàn)了基礎(chǔ)產(chǎn)品的自主可控并達到國際先進水平。

“全世界絕大部分的智能手機都已經(jīng)采用了支持北斗的芯片。”中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其在國新辦2018年12月27日舉行的發(fā)布會上透露，北斗系統(tǒng)已進入3GPP國際移動通信組織。

除了“北斗芯”，中國北斗還形成了由基礎(chǔ)產(chǎn)品、應(yīng)用終端、應(yīng)用系統(tǒng)和運營服務(wù)構(gòu)成的完整產(chǎn)業(yè)鏈。北斗已在國家關(guān)鍵行業(yè)和重點領(lǐng)域標配化使用，在大眾消費領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用。

據(jù)統(tǒng)計，2018年國內(nèi)衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已超過3000億元；預計至2020年，我國衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將超過4000億元，北斗將拉動超過3000億元規(guī)模的市場份額。

截至2019年4月，國內(nèi)超過620萬輛營運車輛、3萬輛郵政和快遞車輛，36個城市的約8萬輛公交車、3200余座內(nèi)河導航設(shè)施、2900余座海上導航設(shè)施已應(yīng)用北斗系統(tǒng)，服務(wù)農(nóng)機設(shè)備超過5萬臺，推廣北斗終端超過4.5萬臺……

隨著與互聯(lián)網(wǎng)+、5G、人工智能以及共享經(jīng)濟等新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)模式的融合應(yīng)用，衛(wèi)星導航技術(shù)還催生了精細農(nóng)業(yè)、精準物流、自動駕駛、智能交通、智慧城市等經(jīng)濟發(fā)展新模式和產(chǎn)業(yè)發(fā)展新業(yè)態(tài)，其正以前所未有的深度和廣度融入社會的方方面面。

當今世界，GPS、北斗、格洛納斯、伽利略四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)爭奇斗艷。如何看待與其他導航系統(tǒng)的關(guān)系？北斗系統(tǒng)自建設(shè)之初就給出了答案：始終踐行 “中國的北斗，世界的北斗”理念，要與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)相互兼容、共同發(fā)展，造福全球“一家人”。

如今，中國北斗已敞開胸懷，等待世界的接納。