6月23日上午9時43分,我國北斗三號全球衛星導航系統最後一顆組網衛星,也是第55顆北斗導航衛星發射成功。這次看似普通的發射,卻意義非凡,這標誌著,北斗三號全球衛星導航系統星座部署提前半年圓滿完成。北斗系統的高精度、高可靠以及多功能的特性,決定了這是一條不平凡的探索之路。這是30多年探索實踐,幾代北斗人接續奮鬥,曆盡千辛萬苦、攻克千難萬險、共同努力的結果。
北斗三號系統的第30顆衛星屬於地球同步靜止軌道(GEO)衛星,被航天人親切地稱為“吉星”,“吉星”在北斗三號衛星系統中功能最多、信號最多、體型最大、壽命最長。它的成功發射,意味著我國提前半年完成北斗三號全球衛星導航系統星座部署。今天,“中國的北斗”真正成為“世界的北斗”,系統全面建成後,北斗將為全球用戶提供更加優質的服務。
從無到有,從區域到全球,歷經30多年,北斗系統走過北斗一號、北斗二號、北斗三號“三步走”的發展道路,為什麼北斗系統要分三步走呢?
中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其説:“應該講是各方麵條件限制,讓我們選擇了這條路。海灣戰爭一戰讓GPS成名,精確制導武器,那是第一次在戰場上用,衛星導航的技術手段,因為它最高的精度可以到10米左右,那是一個了不起的進步,從那以後,凡是大國有能力的都想發展自己的衛星導航。”
北斗衛星導航系統總設計師楊長風説:“它是一個時空基準的重大基礎設施,實際上最重要的是國家安全的一個重大基礎設施,時間和空間這兩個基本要素是不能掌握在別人手上的,所以必須要有自己的。”
上世紀九十年代,美國GPS和俄羅斯的格洛納斯兩個全球衛星導航系統分別建成並投入使用,建造屬於中國人自己的衛星導航系統成為當務之急。儘管我國在1970年4月24日,成功發射了第一顆東方紅衛星,之後衛星的應用裏面導航是其重要的一個研究方向,但由於技術儲備、工業基礎,包括經濟發展等各方面能力的限制,一直沒能啟動衛星導航系統工程建設。
冉承其説:“衛星導航系統是幾百億的投資,這對當時的中國來説是一個非常困難的事情。”
能不能用最少的衛星和最少的經費來實現我們自己的導航系統呢?時間到了1986年,國家高技術研究發展計劃——“863計劃”開始實行。
冉承其説:“在這個時候,恰恰是863計劃的四位發起人之一陳芳允老先生提出一個獨到的方案,就是我們今天講的雙星定位方案,只要用兩顆衛星,先能解決我們中國自己本土的定位能力。”
在對雙星定位這種獨特的方案進行技術試驗和工程驗證之後,1994年,我國啟動北斗一號系統工程建設,2000年正式建成北斗一號系統,解決了中國區域內的衛星導航問題,實現從無到有的突破。
楊長風説:“我認為解決了當時國情在投資少的情況下,用最少的衛星形成了國家獨立自主的衛星導航系統。是當時世界上第三個具有獨立自主能力的導航衛星系統,它的作用意義在這個地方,我們有自己的時空基準了,不會被國外的系統卡我們的脖子。”
北斗一號系統不僅實現了用最少的衛星進行定位,具備了對中國用戶提供服務的能力,跟美國GPS和俄羅斯格洛納斯相比,它還獨具短報文通信服務功能,能進行雙向數字短報文通信和精密授時。
北斗一號系統也稱北斗衛星導航試驗系統,這個試驗系統的正式目標就是全球系統,要從一國走向全球。2004年國家批准了北斗二號系統的建設任務。美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略都採用單一的中圓地球軌道衛星星座,承擔全球組網任務有這麼一種軌道衛星就足夠了。我們是不是能按照國際主流的發展路線直接建設全球系統呢?
楊長風説:“如果是按照別的系統那麼做的話,必須要全球布站,全球都要布地面的站,地面的監控站、監測站,基於當時我們的技術還達不到這一點,在全球不能布站,所以我們全球系統當時還不具備條件。”
當時我國中圓地球軌道衛星還有很多關鍵技術尚未突破,需要通過實戰驗證,加上我們並沒有足夠的人力財力進行海外布站,要想一步建成全球系統舉步維艱。未來該如何發展?北斗二號站在了歷史的十字路口。
楊長風説:“我們就採取了一種混合星座,既能夠滿足當時的需求,又能夠符合國情,在技術上面又能夠達到實事求是的現狀,確定了亞太地區覆蓋的區域系統,所以我們就創造了一個在國際上首創的一個混合星座來進行導航。”
計劃優先建設的,由中高兩個軌道組成的混合星座上的衛星只提供區域服務,技術比較容易攻克,這種混合星座建設模式能夠早日實現我國和“一帶一路”國家的區域服務,邊建邊用,從區域推向全球,成為建設北斗系統的又一選擇。
冉承其説:“一個既兼顧原來的北斗一號,又能展望過渡到全球性第二步發展戰略,就是北斗二號系統。”
然而,北斗二號系統剛剛確立,一場驚心動魄的搶佔頻率戰就開始了。
導航衛星發射上天的前提是要申請到軌道位置和頻率資源,有效期是7年。2000年我國在國際電信聯盟組織爭取到了軌道位置和頻率資源,2004年國家批准了北斗二號系統的建設任務,此時距離最後期限不到3年,而北斗二號系統的星載“原子鐘”又突遇問題。原子鐘就如同一塊“手錶”,為衛星導航用戶提供精確的時間信息服務。事實上,高精度的時間基準是衛星導航系統最核心的技術,直接決定著系統導航定位精度,對整個工程成敗起著決定性作用,其重要性如同人的心臟。
楊長風説:“當時咱們研製初期技術能力有限,當時還是想通過引進,但是到後來,要真正開始引進之後,人家就不給你了。因為高精的東西,他們對我們進行技術控制。”
北斗二號系統要想跟其他導航系統水平相當,星載原子鐘的性能就必須跟其他系統的一樣先進。
冉承其説:“星上的原子鐘就成了當時繞不開的一道檻,用性能比較差的原子鐘就達不到那樣的性能,甚至會差得很遠。”
由於技術的封鎖,尋求國際合作的道路並不順利,北斗人面臨艱難的抉擇,與其這樣被卡脖子,不如自己研製。
北斗人給自己定下了一個目標,原子鐘的誤差僅有3乘10的負13次方,約100萬年差1秒。上百名科研人員僅用兩年時間就攻下了原子鐘的技術難關,2007年4月14日4時11分,一顆肩負著重要使命的北斗衛星起飛,于4月17日20時許傳回了信號。此時,距離國際電聯的“7年之限”只剩不到4個小時。
北斗二號系統第一顆衛星上天,驗證了中國的原子鐘已經達到世界先進水平。不僅如此,現在用在北斗系統上的原子鐘已提升到每300萬年才會出現1秒誤差的精度,完全滿足了我國的定位精度要求和衛星的使用壽命。
從北斗一號系統開始,自力更生、自主創新就是中國北斗的核心價值。北斗系統一個特點就是自主創新的技術和産品非常多,新的衛星和原來的衛星相比有很多創新,北斗三號系統為了達到世界一流的性能和水平,同樣進行了全新的設計,攻克數百項關鍵技術,並在星間鏈路、信號設計等多個方面實現了技術突破。
北斗系統將為全球用戶提供更加高效、優質的搜救服務,提高全球救援能力。
中國北斗,閃耀星空。中國北斗,自主創新、自主設計、自主建造,是響噹噹的中國創造。據統計,2020年第一季度,在中國新入網的智慧手機裏,已經有70%以上的手機提供了北斗服務,北斗,正讓我們的生活變得更加智慧、更加便捷。而從世界上來看,目前,已經有半數以上的國家使用北斗。隨著北斗三號全球衛星導航系統全面建成使用,無論你在世界的哪個角落,北斗都會為你提供滿意的服務。這就是“中國的北斗,世界的北斗,一流的北斗”。