[科普中国]-中国北斗：大国重器 惟有自力更生

作者：李国利、杨欣、王新国

沙场，三军列阵。刚下演兵场的战旗、战士、战鹰、战车，接受最高统帅检阅，米秒不差。

南海，惊涛骇浪。世代漂泊在这里求妈祖、讨生活的渔民，如今无论到哪块海域、哪个岛礁，都在祖国俯瞰之中。

汶川，山崩地裂。震中映秀20多小时音讯全无，突破死亡线赶到的部队，第一时间发出100余字短报文，字字千金。

街头，车水马龙。行色匆匆的人们，随时能精准找到最近位置的旅馆、小吃店、共享单车，“出门一时难”成为过去。

11月5日19时45分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射两颗北斗三号全球组网卫星。新华社发（杨志远摄）

这些，都因缘翱翔星空的中国北斗。

2014年，在中阿合作论坛第六届部长级会议上，提出北斗系统落地阿拉伯项目的倡议。

2015年，我国与俄罗斯签署北斗和格洛纳斯卫星导航系统共用兼容性声明。

2016年，我国与阿盟国家举办第一届北斗合作论坛。

2017年，党的十九大胜利闭幕后，北斗三号全球导航系统组网发射又点火启动。

北斗，已成为当代中国展向世界的一张亮丽“名片”。

中国选择：大国重器，惟有自力更生

“复移小凳扶窗立，教识中天北斗星。”自古以来，北斗就是中华民族的指路明灯。

将我国自主建造的卫星导航系统命名为“北斗”，饱含着近代以来中国历经劫难的清醒、走向复兴的企盼：中国命运必须自己掌控，中国重器必须自己打造，中国建设必须自力更生、艰苦创业！

1990年海湾战争中，装载GPS的精确打击武器首次大规模使用，作战效能令全球震惊。战火尚未远去，思想烽火已燃。卫星导航系统之于一个国家，究竟意味着什么？

如果说导弹是枪，原子弹是子弹，那卫星导航就是精确瞄准具。早在上世纪70年代，从事“两弹一星”的先驱们，就启动过“灯塔一号”工程进行探索。终因经济和技术方面难以支撑，被迫下马。

1994年，在国家经济实力、技术基础仍然非常薄弱的情况下，党中央、国务院和中央军委毅然决策启动北斗一号工程，进行试验探索。

彼时，美国GPS、俄罗斯格洛纳斯各发射了20多颗卫星，已完成了全球组网。而我国正面对1989年以来西方国家对我实施的最严密技术封锁。

彼时，最适合卫星导航的黄金频段美俄已全部占用。我国与同时希望建设卫星导航系统的欧盟，推动国际电联从航空导航频段中，最大限度地挤出一小段频率，提供卫星导航共同使用。

这一小段频率，只有黄金频段的四分之一，却是建设一个全球导航系统最基本的频率需求，且各国均可平等申请。2000年4月17日，北斗和伽利略系统同时成功申报。按照国际电联规则，必须在7年有效期内成功发射导航卫星。

摆在我们面前的只有两条路，一是寻求合作，共用资源；二是独立发展，抢占主动。

北斗人一方面立足独立自主建设，另一方面积极寻求国际合作。但对中国这样的大国，在关系国家重大竞争力的合作中，自身没有过硬实力和核心技术，往往难有对等交流，处处面临不平等壁垒。我们与欧盟的多轮频谱合作谈判，进展缓慢。

2005年，欧盟发射了首颗伽利略导航卫星。此时，距离我们申请使用的频段有效期只剩不到3年时间，而我们的首颗北斗导航卫星还在研制之中。

社会主义道路集中力量办大事的制度优势再次凸显！在全社会相关行业、领域、单位、人员的通力协作下，北斗人背水一战，倒排工期，一周“5＋2”、每天“白＋黑”，硬是将原定2007年底发射的首颗卫星，调整到2007年2月底，提前完成全部研制工作。

2007年4月初，首颗北斗导航卫星终于如期立在发射塔架上。

各项测试进展非常顺利，但在发射前的最后检测中，卫星上应答机却出现了小异常。尽管这不是个大问题，发生故障的概率也不高，却有可能影响信号的正常传回。

这是绝不能允许的！即便只有万分之一的故障，也必须彻底归零。

北斗人重新打开已矗立在塔架上的星箭组合体，拆出应答机。3天72小时的不眠不休，应答机隐患成功排除。

2007年4月14日4时11分，这颗肩负着重要使命的卫星，从西昌卫星发射中心发射升空，成功进入预定轨道；2天后的16日20时许，北京终于清晰接收到来自这颗卫星的信号。

这一刻，距离国际电联规定的频率申请失效最后期限不到4个小时。

中国北斗一飞冲天、成功“分娩”，赶上了建设全球卫星导航系统的最后一班车！

中国路径：后发赶超，道路别具特色

杀出一条血路，是中国人的血性；闯出一条新路，是中国人的自信。这既是中华民族始终屹立于世界民族之林的精神密码，也是我们党领导中国革命、改革开放和伟大复兴取得巨大成就的制胜法宝。

建设中国北斗，在我们这个发展中国家，且受到技术严密封锁情况下，不可能循着别人的路走，必须砥砺前行、换道超车。

探路！眼前无路，但绝不停步。北斗人像当年的革命战士，不相信有完不成的任务，不相信有克服不了的困难，不相信有战胜不了的敌人，他们迎着困难上，“摸着石头过河”……

按照空间定位原理，对地球上一个目标点进行定位，至少需要3颗卫星；考虑到时间误差，精确定位至少需要4颗卫星。这就是GPS和格洛纳斯的工作原理和全球组网方案。

如果按这条路径探索试验，既缺技术储备，又缺工程经验，更缺经费支撑，以当时的综合国力，可望而不可即。

陈芳允院士，“两弹元勋”、“863计划”倡导者之一，创造性提出了“双星定位”建设方案，即：把地心视为一颗虚拟卫星、再发射两颗地球同步卫星构成星座，经地面控制中心计算处理，实现对区域内地面目标的快速定位。这一方案用当时中国最成熟的航天技术，以最小的星座、最少的投入、最短的周期，实现了卫星导航系统建设的自主可控，为后续发展坚定了必胜信心，奠定了坚实技术基础，积累了丰富工程经验。

绘路！按照别人的图纸搞建设，无异于削足适履。中国北斗，需求牵引、创新驱动，哪里急需、哪里先建，边建边用、逐步延伸……

建成覆盖全球的导航定位系统，至少需要24颗卫星，美俄用了20多年时间。但维护我国国家主权、安全、发展利益刻不容缓，经济社会发展现实迫切，我们拖不起、等不得，必须在最短时间内让北斗发挥出最大的效益。

孙家栋院士，“两弹元勋”、东方红一号卫星的总设计师、北斗工程首任总设计师，带领北斗人创造性提出了“分步走”战略，先试验后建设，先国内后周边，先区域后全球。

地球自转“日行八万里”，导航卫星绕飞不间断，要为地面一个特定区域提供连续稳定的导航服务，按照GPS和格洛纳斯采取的单一轨道星座构型，在全球组网完成之前无法实现。要让不可能成为可能，必须构建一个全新的星座结构。

北斗人再次脑洞大开，开创性地设计了混合星座构型。2012年底，建成了由地球同步轨道卫星、倾斜同步轨道卫星和中圆轨道卫星共14颗星构成的北斗二号卫星导航系统，实现了全天时全天候为亚太大部分地区提供定位导航授时服务，为有效应对我国周边安全威胁和维护国家核心利益，及时增加了厚重砝码。

在前期发射5颗试验卫星在轨成功验证全球系统建设核心技术基础上，2017年11月5日，北斗三号全球组网双星首次发射，顺利升空。根据计划，到2020年左右，我国全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标之际，30多颗北斗三号卫星将星耀全球。

筑路！恒心搭起通天桥，勇气吹开智慧门。人类对时空的精准需求永无止息，建设满足国家和人民需求的导航系统，标准高、难题多、基础弱，遍地荆棘中北斗人勇攀巅峰……

时间精度是卫星导航的命门，天地间时间越同步、误差越小，定位精度越高。导航系统普遍运用原子钟维持时间精度。过去，只有少数国家能够制造卫星导航系统使用的高精度原子钟，但对我实行严格限制。在北斗二号建设时，星载高精度原子钟成为绕不开的“拦路虎”。

核心技术终究得靠自己，北斗人再次用行动宣示，外部封锁越严，自我创新越快。不到两年时间，就自主开发研制出天稳定度达到10－14量级的原子钟，授时精度50纳秒，300万年只有1秒误差，彻底打破了他国垄断。

定位精度是导航系统的生命。依靠卫星，目前定位精度大多在10米量级。要进一步提高精度，单纯在天上下功夫，短期内难有大的突破。

北斗人收回仰望星空的慧眼，回望脚下，却发现地上大有可为。环顾辽阔大地，国家的气象、交通、地震、国土资源等行业已建有大量GPS基准站，通过技术升级改造，即可摇身变为北斗基站；在此基础上，再新建和调整优化布局，即可建成国土范围内无缝隙覆盖的北斗地基增强网。2017年，1400多个北斗基站遍布全国，上万台套设备组成星地“一张网”，国内定位精度全部达到亚米级，部分地区达到分米级，最高精度甚至可以到厘米或毫米级。这种全国“一张网”模式，让中国精度走到了世界前列。

北斗人还创造了自己的“独门绝技”，让北斗“客串”通信卫星，通过位置报告和短报文，具备告知别人我“在哪儿”“干什么”的独特功能。可别小瞧这个本事，汶川地震救援表明，在地面通信信号盲区或其他通信手段失效后，它就成了紧急时刻拯救生命的最后“保险索”。

2016年，北斗二号卫星工程以4个国际首创、10大技术创新、128项发明专利和其他72项知识产权，获得国家科技进步特等奖。大器晚成的中国北斗，成功登上了我国科技重大工程的创新巅峰。

拓路！道路承载着发展，道路连接着友谊。中国北斗秉持和践行“世界北斗”的发展理念，努力建成服务全球、造福人类的“顺风车”“高速路”……

服务全球，必须覆盖全球。

按照传统卫星管理手段，控制使用好绕飞地球的卫星，需要有遍布全球的地面站。在难以全球布站的情况下，必须建立卫星之间的星间链路，实现卫星管卫星，这是世界导航领域的前沿技术，也是北斗三号工程建设必须解决的难题。

2015年8月，两颗全球系统试验卫星首次建立起星间链路，标志着我国掌握了这一国际领先的核心技术；经过持续实践优化，已具备全面建设推广的能力。

服务全球，必须融入全球。

三年前，北斗与GPS在达成频率兼容共识基础上，正式建立合作机制，共同推动民用卫星导航技术发展。

两年前，北斗与伽利略完成卫星导航频率协调工作。

近日，北斗与格洛纳斯成功进行两大系统的兼容试验，联手打造兼容使用、精度更高卫星集群的前景可期。

日臻完善的中国北斗，蜕变成为世界北斗的道路越走越宽！

服务全球，必须赢得全球。

北斗二号建成后，在向国内提供系统服务的同时，即公开向北纬55度到南纬55度、东经55度到180度的亚太地区提供定位精度优于10米、测速精度优于0.2米／秒、授时精度优于50纳秒的免费服务。

在我国周边和“一带一路”沿线，巴基斯坦的交通运输、港口管理，缅甸的土地规划、河运监管，老挝的精细农业、病虫灾害监管，文莱的都市现代化建设、智慧旅游，印尼的海上集成应用，北斗正提供心贴心定制服务；分别与马来西亚、新加坡、柬埔寨等开展交流合作，与沙特、阿联酋、埃及、摩洛哥、突尼斯、阿尔及利亚等国家制定推进措施，在泰国建成了小型北斗地基增强系统示范网等。中国胸怀和中国贡献伴随“太空丝路”不断延展。

中国思维：利国惠民，发展永无止境

为了人民、依靠人民，以人民为中心，是我们党战胜敌人、执政兴国的传家之宝；大众创业、万众创新，把创新作为引领发展的第一动力，是我们发展经济、强国富民的力量之源。

北斗的建成，举全国之力；北斗的发展，集民众之智；北斗的应用，惠民生所需。

国之重器，其利于国。

导弹呼啸、战机轰鸣、军舰破浪、将士列阵，北斗如影随形，战场的主动权、战斗力的增长极牢牢掌控在自己手中。

5万余艘渔船、400多万辆营运车辆安装了北斗终端，民航也将依托北斗建设航空器全球追踪系统，交通更加可控安全。

地质灾害多发的云贵川陕等地，大桥、隧道、边坡以及城市的灯塔、高楼、老旧房屋，北斗能够实时监测、预判危险、及时报警，人民生命财产安全更有保障。

耕地辽阔的新疆、黑龙江等地，农业机械安装北斗终端，拖拉机自动沿线耕作，无人机自动定量喷洒农药，土地使用率提高5％，复播准确率提高到100％，农药节省40％，劳动生产效益大幅提升。

2015年“4·25”尼泊尔地震，北斗穿越可可西里、翻越唐古拉山，指引救援队伍千里驰援。今年8月8日四川九寨沟地震，北斗短报文第一时间将灾区情况送达应急指挥中心，北斗无人机第一时间传回灾区现场航拍画面、实施消毒防疫，北斗智慧景区平台第一时间帮助指挥中心调度管理搜救小队、搜救车辆。8月下旬，超级台风“天鸽”突袭广东，347艘渔船在北斗引导下安全回港……“北斗呼叫，天降神兵！”面对一起起突发重大灾害，北斗开启一扇扇“生命之门”。

利民之事，丝发必兴。

民以食为天，百姓餐桌安全第一。利用北斗定位和网络技术，市场上销售的“北斗菜”，扫一扫二维码，都能追踪它长在谁家地、用的谁家种、施过什么肥。如今，越来越多的菜农加入“北斗菜”网络平台，为自己的绿色蔬菜“正名”。一些地方的水果种植、畜牧养殖，以至中药生产，都开始利用北斗终端进行溯源管理、全过程监控，百姓关注的食品药品安全问题有望从技术上得以解决。

居易行难，过去人在旅途，常常身在囧途。如今，加入或使用了北斗的电子地图、约车软件，共享单车、位置分享，你能更任性地说走就走、想到能到、相聚不难。便利带来的烦恼，如共享单车乱停乱放、蓄意破坏，汽车驾驶横冲直撞、“路怒”斗气，长途运营疲劳驾驶、超速越线违章行车，运用北斗，都将可识别、可定位、可监管、可处罚。大型客车、学生校车、危险品运输车等强制安装北斗终端，超时超速和不按规定路线行驶得到及时警示提醒，交通违章率和事故伤亡率各下降50％；设置北斗电子围栏，共享单车的无序停放有望得到有效治理。

老人和孩子的安全与健康，维系着亿万家庭的幸福。北斗拐杖，在老人意外摔倒等危险发生时，能第一时间发出报警信号，通知家属和医院及时救护；北斗手机，遇到紧急情况只需按下求救按钮，就会立刻向相关人员、机构发送精准信息；戴着北斗手表的儿童，一旦离开安全区域，父母就会收到报警信号。随着北斗技术应用的日臻完善，“老吾老以及人之老、幼吾幼以及人之幼”的理想社会，将生动展现在人们面前。

天上翱翔“北斗”星，飞入寻常百姓家。打破垄断、更接地气的中国北斗，将很快成为人们更贴心更便利更可靠的忠实伴侣和“守护神”。

创新引擎，潜能无限。

先进技术一旦被民众了解掌握，就会迸发出无穷力量。在国家创新驱动战略的引领下，北斗系统作为一项国家高科技工程，一个开放型创新平台，日益激发出全民创业创新的巨大激情和无限潜能，特别是人们将北斗的高精度定位、高精度授时、短报文发送功能，与正在普及运用的互联网、大数据、云计算、人工智能、先进智造等前沿科技碰撞融合，不断地“裂变”“聚变”，产生巨大的科技发展和经济社会效益。

有识之士和有慧眼的商家，纷纷投身北斗产业，加入北斗“朋友圈”，一条完整的产业链初具规模。在上游，自主研发的芯片、板卡、天线等核心产品配套齐全、达到世界先进水平，高精度板卡和天线销量分别占国内市场份额30％和90％。在中游，手持、车载、船载、机载、可穿戴等各型北斗终端、北斗产品层出不穷、琳琅满目。在下游，基于北斗的数据采集分析、监测监控、指挥调度等运营服务业迅速兴起，在国土测绘、海洋应用、气象水文、森林防火和智慧城市、驾培驾考、文物防护、动物保护等行业异军突起。短短几年，全国从事北斗开发应用的企业已达1.4万家，从业人员近45万，总体产值2118亿元；在70多个国家和地区，吸引了大量忠实的“北斗粉”。

北斗系统的全域覆盖、全时联通，将推动万物互联时代的加速到来，一种全新的“北斗＋”生产生活方式已初见端倪。“北斗＋物流”，包装可以根据商品体积重量自动选择包装箱，发货可以根据地址自动分拣配送，买家可以随时知道所购物品的行踪轨迹。“北斗＋支付”，能够对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；通过精确掌握车辆位置变化和时间长短，从云端快速准确完成高速公路行驶缴费、公共场所停车收费、车辆自动充电计价等。“北斗＋工作”，警察坐在指挥中心，就能通过北斗移动警务系统实现对巡逻警车和警力的精准调度，做到快速出警、就近派警；农民在家里干着家务逗着娃，就能通过北斗无人机在田里播着种洒着药；牧民坐在家中喝着奶茶聊着天，就能通过北斗项圈放牧几公里外的羊群牛群……

“自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越”——“北斗精神”厚积薄发。

今日的“北斗”，远远超越当年的设计。

明日的“北斗”，或许只受想象力限制。

在很快就将到来的美好日子，让我们互致问候：今天，你“北斗”了吗……

本文原载于《光明日报》（ 2017年11月06日 09版）