2012年北斗系统正式提供区域服务

科普中国网 2018-11-19

　　2012 年 12 月，北斗系统正式向我国及亚太地区提供区域服务，服务区内系统性能与国外同类系统相当，达到同期国际先进水平。这是我国北斗卫星导航系统建设“三步走”发展战略承前启后的关键一步，在满足我国经济社会发展和国防军队建设急需、保障国家安全和战略利益中作出重要贡献。这一工程荣获 2016 年国家科学技术进步奖特等奖。

　　从无到有北斗系统的建设与运行

　　古代的中国人依靠天空中的北斗七星来判断方向，发明司南来导航。随着科技的不断发展，现代的我们可以利用太空中的北斗卫星导航系统实现精准导航。

　　北斗卫星导航系统简称北斗系统，英文名称为 BeiDou Navigation Satellite System，缩写为 BDS，是中国自主建设、独立运行，与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。20 世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路。1994 年，“北斗一号”工程立项，工程总设计师为我国首颗卫星“东方红一号”的技术总负责人孙家栋。2000 年，我国成功发射两颗卫星，在天空中搭建了我国的双星定位系统，优先满足了中国定位的需要，真正开创了我国建设卫星导航系统的历史，北斗走上历史舞台。

　　北斗系统组网示意图

　　北斗卫星导航系统是一个组网工程，必须由多个卫星组成星座才能实现。20 世纪初，以我国当时的经济发展水平和技术能力，无法实现一次在全球范围内布星布站。在这种情况下，北斗系统高级顾问、时任总设计师孙家栋独具慧眼，提出“先试验、后区域、再全球”的“三步走”发展战略。作为国家科技重大专项，“三步走”发展战略具体是：第一步，2000 年建成北斗卫星导航试验系统，解决我国自主卫星导航系统的有无问题。第二步，建设北斗卫星导航系统，2012 年形成区域覆盖能力。第三步，2020 年左右，形成全球覆盖能力。北斗卫星导航系统的顺利建设、成功服务，证明了“三步走”战略的正确。我们向世界导航系统提供了一个新的发展模式，这也是世界上第一次使用 IGSO 卫星进行定位，这是中国智慧对世界的又一重大贡献。“北斗二号”系统首创了三种卫星的混合星座—用 5 颗 GEO 卫星、5 颗 IGSO 卫星和 4 颗MEO 卫星组成北斗星座，不但保留了“北斗一号”的技术能力，还可以优先服务我国及周边，最终走向服务全球。

　　目前，全世界有四大全球卫星导航系统：美国的 GPS、俄罗斯的格洛纳斯、中国的北斗和欧洲的伽利略。其中，GPS 和格洛纳斯已经提供全球服务，北斗和伽利略也将在 2020 年提供全球服务。

　　有惊无险北斗卫星零窗口雷电发射

　　“北斗二号”工程于 2004 年 8 月立项，历时 8 年完成研制建设，全国 300 多家单位、8 万余名科技人员参研参建，建成了由 14 颗组网卫星和 32 个地面站天地协同组网运行的“北斗二号”卫星导航系统。在全国人民和各有关部门的大力支持下，参与系统研制、建设、试验、应用和管理的全体人员，按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则，瞄准建设世界一流卫星导航系统目标，大力协同、奋力攻关，完成了我国卫星导航系统第二步承前启后的建设任务，走出了一条中国特色卫星导航发展道路。

　　北斗卫星示意图

　　“北斗二号”卫星导航系统的建设过程并非一帆风顺。2011年 7 月 27 日，矗立在发射塔架上的第九颗北斗导航卫星发射在即，天空却突然乌云密布，天降雷雨。雷电是卫星发射的最大威胁，因为准备发射的火箭体内已经装满了燃料，稍微有一丁点儿火花，都可能引起爆炸，炸毁火箭和卫星，让一切投入化为灰烬。通常，遇到雷电天气，大多数航天发射任务就会推迟。但是，北斗卫星导航系统不行。与其他航天器不同，北斗卫星导航系统是一个系统工程，必须要相继发射多颗卫星组成一个卫星星座，才可以实现它提供的服务。因此，每一颗卫星的发射时间大概在它还是一张图纸的时候，就已经基本确定了。可以说，每颗卫星的成功都将成为未来连续成功的基础，任何一次抉择都将关系到未来的成败。为了按时组网，北斗卫星必须要“零窗口”发射。

　　什么是零窗口？卫星发射窗口，可以理解为顺利发射卫星入轨的时间。就好比骑马射移动靶，人和靶都在动，只有人、箭、靶三点一线的时候才可以射中，这个三点一线的时刻，就是窗口。卫星发射窗口只有 40 分钟，很有限。而零窗口，就是在预先计算好的发射时间，分秒不差地将火箭点火升空，不允许有任何延误与变更。

　　当时，天气预报是决策的唯一依据。北斗科研人员在等，也是在盼，火箭从起飞到飞离云层只需要不到 100 秒的时间，发射场里所有的人目光凝重，仰望天空，只求这 100 秒天空的平静。40 分钟的发射窗口一点一点过去了，北斗科研人员没有放弃，一遍遍看着天气预报。

　　2017 年 11 月 5 日，“北斗三号”组网首发双星（梁珂岩摄）

　　就在发射窗口关闭前 5 分钟，天气预报显示雷电可能会有一个短暂的间歇。机会稍纵即逝，北斗科研人员果断决策，火箭破云而出。在这 100 秒的时间里，偌大的指挥中心，连一根针掉在地上的声音都能听到，所有人眉头紧锁，这是在和老天抢时间。100 秒后，火箭冲破云层，卫星安全升空。就在起飞后 45 秒，又一阵电闪雷鸣让心理承受能力已经到了极限的人们几乎彻底崩溃。幸运的是，科研人员最终顺利收到了卫星安全入轨的信号。正是“自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越”的北斗精神，才让北斗卫星导航系统在短时间内取得了一项又一项的重要成就。

　　“地上用好” 北斗系统的应用与国际合作

　　随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、天气预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。目前，北斗已形成完整产业链，北斗在国家安全和重点领域标配化的使用，在大众消费领域规模化的应用，正在催生“北斗 +”融合应用新模式。

　　北斗基础产品实现历史性跨越 2010 年，国内没有一片国产北斗芯片，现如今，已有坚强的“北斗芯”。国产北斗芯片实现规模化应用，工艺由 0.35 微米提升到 28 纳米，最低单片价格仅 6 元人民币，总体性能达到甚至优于国际同类产品。目前，国产北斗芯片累计销量突破 7000 万片，高精度 OEM 板和接收机天线已分别占国内市场份额 30% 和 90%。

　　行业区域应用显现规模化效益现如今，北斗已在交通运输、海事搜救、气象、渔业、公安、民政、林业等 9 个行业开展示范，发挥重要经济社会效益；正在实施珠三角、湘、陕、贵、京、鄂、苏等 9 个区域示范，广泛服务于人民生活与经济社会发展。540 万辆运营车辆上线，建成全球最大的北斗车联网平台，相比于 2012 年，2016 年道路运输重大事故率和人员伤亡率均下降近 50%，公安出警时间缩短近 20%，突发重大灾情上报时间缩短至 1 小时内，应急救援响应效率提升 2 倍。全国 4 万余艘渔船安装北斗产品，累计救助渔民超过 1 万人，已成为渔民的海上保护神。基于北斗的高精度服务，已用于精细农业、危房监测、无人驾驶等领域。

　　北斗应用示意图

　　大众应用触手可及北斗日益走近百姓生活。世界主流手机芯片大都支持北斗，北斗正成为国内销售智能手机的标配。共享单车配装北斗实现精细管理。支持北斗的手表、手环、学生卡，为人们的日常生活提供了更多方便和安全保障。以北京为例，33500 辆出租车、21000 辆公交车安装北斗产品，实现北斗定位全覆盖；1500 辆物流货车及 19000 名配送员，使用北斗终端和手环接入物流云平台，实现实时调度。

　　北斗融合互联网催生新业态 2010 年至今，我国共发布6 版信号接口控制文件和 1 版服务性能规范。国内从业企业超过 1.4 万家，从业人员超过 45 万人。国内卫星导航产业年产值年均增长率超过 15%，2017 年突破 2500 亿元，北斗贡献率超过 80%。2016 年发布《中国北斗卫星导航系统》白皮书，启动《中华人民共和国卫星导航条例》编制，成立国家北斗卫星导航标准化技术委员会，形成国家主流媒体、北斗官网官微多方参与的立体宣传体系。北斗与互联网、云计算、大数据融合，建成高精度时空信息云服务平台，推出全球首个支持北斗的加速辅助定位系统，服务覆盖 210 个国家和地区，用户突破 1.6 亿人，日服务达3 亿次。国产北斗产品输出到90 余个国家和地区，包括 30 余个“一带一路”沿线国家和地区，造福国际社会。北斗地基增强系统成体系出口到阿尔及利亚。科威特国家银行施工过程中采用北斗高精度测量保证施工质量。

　　卫星导航系统是全球性公共资源，多系统兼容与互操作已成为发展趋势。中国始终秉持和践行“中国的北斗，世界的北斗”的发展理念，服务“一带一路”建设发展，积极推进北斗系统国际合作，与其他卫星导航系统携手，与各个国家、地区和国际组织一起，共同推动全球卫星导航事业发展，让北斗系统更好地服务全球、造福人类。

　　全面开展大国合作成立中俄卫星导航重大战略合作项目委员会，中美、中欧卫星导航合作工作组。开通中俄卫星导航联合监测平台，与美、俄分别签署系统兼容与互操作联合声明，为多系统实现共赢、全球用户享受更加高效可靠服务作出中国贡献。

　　2018 年 2 月，第 28、29 颗北斗导航卫星（史啸摄）

　　2018 年 2 月，第 28、29 颗北斗导航卫星待发射

　　（史啸摄）

　　广泛参与多边合作积极参与联合国全球卫星导航系统国际委员会，2012 年主办第七届大会，2018 年主办第十三届大会。中国卫星导航学术年会连续举办九届，年度参会人数逾 3000 人。北斗已加入国际民航、国际海事、3GPP 移动通信三大国际组织，还将为全球提供免费搜索救援服务。

　　积极推动服务世界与南亚、中亚、东盟、阿盟、非洲等国家和组织建立合作机制，举办“北斗亚太行”“北斗东盟行”和中阿北斗合作论坛、中沙卫星导航研讨会等系列活动，加强技术交流和人才培养，服务“一带一路”国家和地区。

　　北斗发展步入新时代

　　北斗卫星导航系统标志的圆形构型象征“圆满”，与太极阴阳鱼共同蕴含了中国传统文化；深蓝色的太空和浅蓝色的地球代表航天事业；北斗七星是自远古时起人们用来辨识方位的依据，司南是中国古代发明的世界上最早的导航装置，两者结合既彰显了中国古代科学技术成就，又象征着卫星导航系统星地一体，同时还蕴意着中国自主卫星导航系统的名字——北斗；网格化地球和中英文文字代表着我国的北斗卫星导航系统开放兼容、服务全球的愿景。