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中國人的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),寫在北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全面建成之際
時(shí)間:2020-08-03 09:32:28

中國人的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——“北斗”終于建成了!

2020年7月31日,中國向全世界鄭重宣告,中國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已全面建成,中國北斗開啟了高質(zhì)量服務(wù)全球、造福人類的新篇章。

撫今追昔,從北斗一號工程立項(xiàng)開始,二十六載風(fēng)雨兼程,幾代北斗人接續(xù)奮斗、數(shù)十萬建設(shè)者聚力托舉,一次又一次刷新“中國速度”、展現(xiàn)“中國精度”、彰顯“中國氣度”?;赝麃砺?,這份沉甸甸的北斗成績單來之不易。

傳說中的“五千萬工程”和30萬無名北斗人

目光回到上世紀(jì)末。

1994年,無論在世界還是中國衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史上都是極具特殊意義的一年。這一年,世界首個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS全面建成;而此時(shí),中國北斗一號系統(tǒng)則剛剛立項(xiàng)。

很多人沒有想到,有朝一日中國能獨(dú)立建成與美俄歐衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)比肩的世界一流系統(tǒng)。

2000年,北斗一號構(gòu)建起兼具定位授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)的雙星定位系統(tǒng),我國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個(gè)具有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家;2017年11月,北斗三號系統(tǒng)首組雙星發(fā)射;2020年6月,北斗全球組網(wǎng)成功,僅用不到3年時(shí)間便完成星座部署,讓全世界再一次領(lǐng)略到中國集中力量辦大事的硬核實(shí)力。

這一次,中國不僅兌現(xiàn)了承諾,還比原定計(jì)劃提前了半年。

談及北斗圓夢全球,北斗工程總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)感慨萬千:“北斗是黨和國家調(diào)動(dòng)千軍萬馬干出來的,是工程全線幾十萬人團(tuán)結(jié)一心拼出來的,是廣大人民群眾堅(jiān)定支持共同托舉起來的。”

據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室統(tǒng)計(jì),北斗工程啟動(dòng)以來,在全國范圍內(nèi)先后調(diào)集了400多家單位、30余萬名科技人員參與研制建設(shè)。陳芳允、孫家棟兩位“兩彈一星”元?jiǎng)缀蛶资麅稍涸菏款I(lǐng)銜出征。

在這項(xiàng)大國重器橫空出世的背后,還有無數(shù)普通人辛勤付出。每逢重要節(jié)點(diǎn),數(shù)以萬計(jì)的公安民警、警衛(wèi)人員和通信、電力、氣象、交通、醫(yī)療等行業(yè)員工堅(jiān)守各自崗位,共同筑起堅(jiān)固的安全保障;成千上萬科研人員的家人,默默扛起照顧家庭的重?fù)?dān),為他們撐起堅(jiān)強(qiáng)后盾。

“我們常說,北斗是‘五千萬工程’,調(diào)動(dòng)了千軍萬馬,經(jīng)歷了千難萬險(xiǎn),付出了千辛萬苦,要走進(jìn)千家萬戶,將造福千秋萬代。”楊長風(fēng)說。

中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其介紹,北斗系統(tǒng)由衛(wèi)星、火箭、發(fā)射場、測控、運(yùn)控、星間鏈路、應(yīng)用驗(yàn)證等七大系統(tǒng)組成,是跨部門、跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨地域的復(fù)雜系統(tǒng)工程。

建設(shè)全球系統(tǒng)與區(qū)域系統(tǒng)相比,不是簡單的規(guī)模擴(kuò)容,而是全面的整體升級,對工程全線尤其是衛(wèi)星系統(tǒng)帶來空前挑戰(zhàn)。事前據(jù)專家論證測算,以當(dāng)時(shí)的研制能力,如果仍由一家單位抓總研制,即便“5+2”“白+黑”連軸轉(zhuǎn),也很難在2020年年底前完成30顆衛(wèi)星的研制生產(chǎn),更別提全部發(fā)射入軌、完成星座組網(wǎng)。

2017年11月到2020年6月,31個(gè)月時(shí)間,我國成功發(fā)射30顆北斗三號組網(wǎng)星和兩顆北斗二號備份星,成功率達(dá)100%,以超過月均1顆星的速度,創(chuàng)造世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)發(fā)射新紀(jì)錄。

既不能故步自封,也不能照搬盲從

20世紀(jì)90年代初,國際局勢復(fù)雜多變,人們愈發(fā)強(qiáng)烈地意識到,擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為世界大國的重要標(biāo)志、大國競爭的科技制高點(diǎn)。

楊長風(fēng)說,同樣是建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),美、俄和歐盟選擇搞“一步建全球”。而我國起步晚、底子薄,明智地選擇分步走,先解決有無、滿足急需,切實(shí)做到“把每個(gè)銅板都用在刀刃上”。

1983年,“兩彈一星”元?jiǎng)住?ldquo;863計(jì)劃”倡導(dǎo)者之一陳芳允院士創(chuàng)造性地提出“雙星定位”構(gòu)想。這一方案能以最小星座、最少投入、最短周期實(shí)現(xiàn)“從無到有”。

后來,“兩彈一星”元?jiǎng)?、北斗系統(tǒng)首任工程總設(shè)計(jì)師孫家棟院士進(jìn)一步組織研究提出“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略,決定先建試驗(yàn)系統(tǒng),再建區(qū)域系統(tǒng),最后建成全球系統(tǒng)——

2000年建成北斗一號試驗(yàn)系統(tǒng),使我國成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。2012年建成北斗二號區(qū)域系統(tǒng),為亞太地區(qū)提供服務(wù)。2020年建成北斗三號全球系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了中國人孜孜以求的“全球夢”。

據(jù)楊長風(fēng)介紹,與其它全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采取單一軌道星座構(gòu)型相比,北斗系統(tǒng)獨(dú)樹一幟,堅(jiān)定選擇走混合星座的特色發(fā)展之路。北斗一號建設(shè)時(shí),在國際上首次實(shí)現(xiàn)地球靜止軌道衛(wèi)星提供導(dǎo)航定位服務(wù)。

北斗二號系統(tǒng)則繼承北斗一號用地球靜止軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ桓采w的成功經(jīng)驗(yàn),在國際上首創(chuàng)以地球靜止軌道和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星為骨干,兼有中圓軌道衛(wèi)星的混合星座。北斗系統(tǒng)高級顧問、原工程副總設(shè)計(jì)師李祖洪說,對區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言,這種“混搭”組合可以用最少衛(wèi)星數(shù)量實(shí)現(xiàn)最好的覆蓋效果,已獲得國際認(rèn)可。

李祖洪告訴記者,北斗三號系統(tǒng)將“混合星座構(gòu)型”發(fā)揚(yáng)光大,建成擁有24顆中圓軌道衛(wèi)星、3顆地球靜止軌道衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星組成的全球系統(tǒng),為建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供了全新范式。

楊長風(fēng)說,北斗系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)再次證明,任何時(shí)候、任何情況下,都要堅(jiān)定自信、保持定力,堅(jiān)定不移走中國特色發(fā)展之路,既不能故步自封,也不能照搬盲從。

最后時(shí)刻“壓哨破門”,瀕臨絕境倒逼自主創(chuàng)新

空間頻率資源是戰(zhàn)略資源,沒有合法可用的頻率,衛(wèi)星就如同沒有土地使用許可的高樓大廈,缺少立身之基。

“北斗起步之時(shí),國際上優(yōu)質(zhì)頻率資源已經(jīng)所剩無幾,經(jīng)過艱苦談判,終于推動(dòng)國際電聯(lián)從航空導(dǎo)航頻段中,辟出兩小段資源作為衛(wèi)星導(dǎo)航合法使用頻段。”楊長風(fēng)說。國際電聯(lián)規(guī)定,各國均可平等申請新資源使用權(quán),但必須在7年有效期內(nèi)發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星,并成功接收傳回信號,逾期則自動(dòng)失效。

楊長風(fēng)回憶,為保住2007年4月17日這一最后“窗口”,工程上下進(jìn)行全系統(tǒng)總動(dòng)員和大會(huì)戰(zhàn),搶在2月底完成衛(wèi)星研制。然而臨射前,衛(wèi)星上的應(yīng)答機(jī)突現(xiàn)異常。為確保萬無一失,工程試驗(yàn)隊(duì)果斷將已矗立塔架的星箭組合體拆開,取出衛(wèi)星應(yīng)答機(jī),72小時(shí)不眠不休,成功排除故障。

4月14日4時(shí)11分,這顆肩負(fù)重要使命的衛(wèi)星發(fā)射成功;17日20時(shí)許,北京終于清晰地接收到來自這顆衛(wèi)星的信號。這一刻,距離頻率失效最后期限已不到4個(gè)小時(shí)。

中國北斗在最后時(shí)刻“壓哨破門”,拿到了進(jìn)軍全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)俱樂部的“入場券”。

“面對缺乏頻率資源、沒有自己的原子鐘和芯片、區(qū)域布站條件下實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)等看似難以逾越的‘婁山關(guān)’‘臘子口’!”楊長風(fēng)說,北斗人憑借滾石上山的毅力和勇氣,讓北斗走出了一條自主創(chuàng)新、追求卓越的發(fā)展道路。

星載原子鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星的心臟,是衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域“皇冠上的明珠”,其性能對系統(tǒng)定位和授時(shí)精度具有決定性作用。

北斗工程建設(shè)之初,國內(nèi)星載原子鐘技術(shù)比較薄弱。當(dāng)時(shí),全世界只有少數(shù)國家有能力研制高性能星載原子鐘,進(jìn)口存在諸多困難和不確定性。

“不能等,不能靠,就自己干!”楊長風(fēng)說,為盡早“讓中國的北斗用上最好的鐘”,工程總體下定決心,集中全力打攻堅(jiān)戰(zhàn),組織相關(guān)科研單位和企業(yè),成立3支研發(fā)隊(duì)伍同步攻堅(jiān)。不到兩年時(shí)間,3支隊(duì)伍全都取得成功,自主研發(fā)出達(dá)到國際先進(jìn)水平的原子鐘。

缺少“中國芯”,一直是困擾我國高科技領(lǐng)域的一塊心病。冉承其說,對于北斗系統(tǒng)工程建設(shè)和應(yīng)用來說,擁有國產(chǎn)芯片,對于確保其安全性、穩(wěn)定性、可靠性至關(guān)重要。甚至可以說,搞北斗三號全球系統(tǒng),全面國產(chǎn)化是頭等大事。

據(jù)他介紹,通過深入動(dòng)員,北斗工程上下形成寧可國產(chǎn)化產(chǎn)品“指標(biāo)低點(diǎn)、價(jià)格高點(diǎn),也要大膽使用”的堅(jiān)定共識;工程總體研究制定行動(dòng)規(guī)劃,將自主可控要求落實(shí)到關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)品研發(fā)、競爭采購等各環(huán)節(jié)……

功夫不負(fù)有心人。國產(chǎn)北斗芯片工藝由0.35微米提升到28納米,已在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。支持北斗三號新信號的22納米工藝射頻基帶一體化導(dǎo)航定位芯片,體積更小、功耗更低、精度更高,已具備批量生產(chǎn)能力。

截至2019年年底,國產(chǎn)導(dǎo)航型芯片出貨量已超1億片,北斗導(dǎo)航型芯片、模塊高精度板卡和天線已輸出到120余個(gè)國家和地區(qū)。

按照傳統(tǒng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行模式,需要在全球范圍內(nèi)建立眾多地面站。楊長風(fēng)說,為解決北斗系統(tǒng)國內(nèi)建站實(shí)現(xiàn)全球運(yùn)行和服務(wù)的難題,北斗系統(tǒng)首創(chuàng)Ka頻段星間鏈路,創(chuàng)造性地提出高效解決方案。通過星間鏈路,所有在軌北斗衛(wèi)星連成一張大網(wǎng),實(shí)現(xiàn)北斗“兄弟”手拉手。

北斗三號全球系統(tǒng)星座部署完成后,澳大利亞空間工程研究中心主任安德魯·登普斯特指出,北斗是一項(xiàng)重大突破,因?yàn)樗馕吨袊梢酝耆?dú)立地使用自主導(dǎo)航系統(tǒng),不再依賴任何人。

楊長風(fēng)說,一路走來,北斗系統(tǒng)建設(shè)過五關(guān)斬六將,崎嶇坎坷、步步驚心,這也讓工程隊(duì)伍磨煉出堅(jiān)毅的品格和堅(jiān)強(qiáng)的信心,堅(jiān)定不移走上自主創(chuàng)新之路。

如同水和電一樣,北斗將無處不在、觸手可及

有這樣一個(gè)比喻:如同水和電一樣,北斗系統(tǒng)將成為人民日常生活中不可缺少的必需品,無處不在、觸手可及。

楊長風(fēng)說,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施,是事關(guān)國計(jì)民生的大國重器,對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、改善人民生產(chǎn)生活具有重要作用。發(fā)展到今天,從國內(nèi)到國外,從區(qū)域到全球,北斗服務(wù)將為更多國家和人民所共享,這張國家名片的知名度、影響力也將不斷增強(qiáng),北斗對人類的貢獻(xiàn)終將被全世界所理解認(rèn)同。

根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室統(tǒng)計(jì),近年來,北斗系統(tǒng)已全面服務(wù)交通運(yùn)輸、公共安全、救災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林牧漁、城市治理等各行各業(yè),已經(jīng)融入電力、金融、通信等國家核心基礎(chǔ)設(shè)施,綜合效益正在不斷顯現(xiàn)。

以交通運(yùn)輸為例,截至2019年12月,國內(nèi)超過650萬輛運(yùn)營車輛、4萬輛郵政和快遞車輛、36個(gè)中心城市的約8萬輛公交車、3200余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施已用北斗,建成全球最大營運(yùn)車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)。此外,近10年來,我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年均增長約20%,2020年將有望超過4000億元。

“北斗作為國家重大空間基礎(chǔ)設(shè)施,提供的是公共服務(wù)產(chǎn)品,就如同電、無線網(wǎng)絡(luò)一樣,必須通過終端服務(wù)來實(shí)現(xiàn)價(jià)值。”楊長風(fēng)告訴記者,“融合發(fā)展、萬物互聯(lián)”一直是北斗應(yīng)用推廣的基本方針。

據(jù)他介紹,2020年第一季度,在中國入網(wǎng)的智能手機(jī),已經(jīng)有70%以上提供北斗服務(wù)。共享單車配裝北斗終端實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理,牧民坐在家里就能通過北斗項(xiàng)圈放牧牛羊,支持北斗系統(tǒng)的手表、手環(huán)、學(xué)生卡更加方便和保護(hù)人們?nèi)粘I?。通過“北斗+支付”,能對1秒內(nèi)成百上千的股票、車票購買申請進(jìn)行精確排隊(duì)、按序辦理。

在新冠肺炎疫情防控阻擊戰(zhàn)中,北斗的貢獻(xiàn)更是有目共睹:北京、湖北的北斗植保無人機(jī)被廣泛用于區(qū)域內(nèi)消毒防疫,一架無人機(jī)單次噴灑面積可覆蓋5000平方米,并且能深入防疫車無法抵達(dá)的死角。在全國多個(gè)地方,數(shù)十萬臺(tái)北斗終端進(jìn)入物流行業(yè),通過北斗精準(zhǔn)定位,位置信息一目了然,一些物流企業(yè)還通過機(jī)器人向部分隔離小區(qū)提供物資運(yùn)輸配送。

冉承其以武漢火神山、雷神山醫(yī)院建設(shè)為例:“萬丈高樓平地起”,高精度定點(diǎn)定位是基準(zhǔn),快速精確測量是基礎(chǔ)。農(nóng)歷大年三十晚上,北斗人聞令而動(dòng),奔赴火神山醫(yī)院工地;北斗高精度定位設(shè)備火速馳援,確保工地大部分放線測量一次完成,為醫(yī)院迅速施工爭取了寶貴時(shí)間。

“北斗應(yīng)用只受想象力限制。”楊長風(fēng)說。面向未來,這句話精辟地勾勒出北斗應(yīng)用發(fā)展的無限可能和廣闊前景。

關(guān)鍵詞: 衛(wèi)星導(dǎo)航

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