20 世紀(jì)80 年代開始，我國開始探索適合國情的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路，形成了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。自1994年北斗一號(hào)系統(tǒng)工程立項(xiàng)至今，我國用26年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了59顆北斗衛(wèi)星（包括55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星和4顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星）的發(fā)射。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)國家有多重要？中國北斗人在26年間如何走過了從“受制于人”到“自主可控”，從“區(qū)域服務(wù)”到“全球指路”的艱辛歷程？

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的“首秀”

當(dāng)下，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為我們生活的方方面面提供便捷，但它最初是為國防安全量身定做的。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的“首秀”是在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)。

1991年，以美軍為主的多國部隊(duì)在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System，以下簡(jiǎn)稱GPS）的帶領(lǐng)下，迅速穿過被伊拉克軍隊(duì)視為禁地的沙漠地區(qū)，并對(duì)其形成包抄，打了對(duì)手一個(gè)措手不及。

這場(chǎng)起初被預(yù)測(cè)會(huì)打成僵持戰(zhàn)的戰(zhàn)爭(zhēng)，最終以42天的空襲加上100小時(shí)的地面作戰(zhàn)收尾，伊拉克軍隊(duì)全面潰敗。

有了“上帝視角”的加持，軍隊(duì)中海陸空力量的指揮控制、部隊(duì)調(diào)動(dòng)、物資保障、戰(zhàn)場(chǎng)救援和精確制導(dǎo)武器精確打擊都成為可能。

此后，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在戰(zhàn)爭(zhēng)中持續(xù)發(fā)揮著功能：

1995年6月2日，一架美軍F-16戰(zhàn)機(jī)在波黑上空被塞族武裝的導(dǎo)彈擊落。飛行員奧格雷迪跳傘逃生后落在塞族控制區(qū)，在靠螞蟻、野草和雨水苦熬6天，并躲過了塞族部隊(duì)的多次搜索后，最終被GPS確定了三維位置而救回。

2004年8月，美軍進(jìn)行了一場(chǎng)異于尋常的空投試驗(yàn)，將降落區(qū)的坐標(biāo)編進(jìn)程序，進(jìn)行精準(zhǔn)定位，再通過馬達(dá)牽引線來操縱飛行，最終精準(zhǔn)降落，使得投放高度提升到3200米。（注：傳統(tǒng)空投的投放精度取決于飛機(jī)高度及當(dāng)時(shí)的風(fēng)速等外界環(huán)境因素，一般情況下，普通降落傘低空投放均低于610米，雖然落點(diǎn)準(zhǔn)確，但是會(huì)將飛機(jī)完全暴露給敵方。）

無論是“一招制敵”還是敵后救援，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都大大增加了任務(wù)成功的概率。不止如此，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還徹底改變了戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)，貢獻(xiàn)了一個(gè)新名詞——“外科手術(shù)式打擊”。

“戰(zhàn)斧”式巡航導(dǎo)彈的技術(shù)革新就是典型案例。

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國海軍向伊拉克本土發(fā)射的282枚導(dǎo)彈中，只有142枚打擊了50個(gè)預(yù)定目標(biāo)中的42個(gè)。兩年后，美國發(fā)射了45枚“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈攻擊伊拉克南部工業(yè)區(qū)的7座建筑物，攻擊成功率只有64%。

低命中率源于最初采用的“慣性導(dǎo)航+等高線地形匹配（TERCOM）+數(shù)字式景象匹配相關(guān)器（DSMAC）”的復(fù)合制導(dǎo)方式。

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)之后，美軍開始將GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組合使用。有了GPS，導(dǎo)彈飛行航線的選擇也不再依賴地圖，也不再受水域和地形特征的制約。

甚至，由于精度提高了，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部本來450公斤的重量縮減到320公斤，可攜載更多燃料，航程增加50%以上。

在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍宣稱由于采用了GPS制導(dǎo)技術(shù)，其空中打擊能力比海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中提高了6倍，過去摧毀一個(gè)目標(biāo)需要幾架次的打擊，而現(xiàn)在一架次就能摧毀幾個(gè)目標(biāo)。

北斗，耗費(fèi)再大也要建

當(dāng)然，利器通常相當(dāng)“燒錢”，美國人為此付出了相當(dāng)昂貴的代價(jià)。

1973年，美國開始研究GPS。由于建成最早，應(yīng)用范圍最廣，GPS一度占據(jù)霸主位置。幾十年來，美國總共為GPS投入了約300億美元。

蘇聯(lián)1976年開始組建格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，1995年時(shí)建成由24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，第一次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)的全球覆蓋。長(zhǎng)期困擾俄羅斯航天的老大難問題就是經(jīng)費(fèi)不足。超過預(yù)定工作壽命的衛(wèi)星得不到及時(shí)更換，無力發(fā)射新衛(wèi)星，到2001年時(shí)格洛納斯系統(tǒng)在軌工作衛(wèi)星僅剩7顆，幾乎處于癱瘓邊緣。

2002年，歐盟批準(zhǔn)建設(shè)伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。僅僅8年，伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)就因?qū)嶋H投入費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期，陷入“財(cái)政無底洞”。

但是，因?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)太重要，即便花費(fèi)巨大，各國依舊爭(zhēng)相投入研發(fā)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅事關(guān)國家安全：

在國家電網(wǎng)中，如果沒有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時(shí)性，就無法保證時(shí)間的精確和一致;如果沒有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)故障精確定位，快速引導(dǎo)至故障點(diǎn)進(jìn)行搶修，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行就是一個(gè)未知數(shù)。

大宗商品交易對(duì)基本面信息的獲取有非常迫切的需求。以往，通過傳統(tǒng)渠道獲得數(shù)據(jù)信息，會(huì)有時(shí)效性低、信息不足的問題存在，這導(dǎo)致全球大宗商品供應(yīng)鏈的市場(chǎng)透明度始終不高。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的“另類數(shù)據(jù)”，為提升大宗商品市場(chǎng)透明度提供了新的可能性。

離開了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，地球磁場(chǎng)、地球板塊運(yùn)動(dòng)等學(xué)術(shù)研究會(huì)統(tǒng)統(tǒng)陷入停滯。沒有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的加持，港珠澳大橋等超級(jí)工程的定位速度會(huì)大幅下降，無法展現(xiàn)“中國速度”。沒了導(dǎo)航，廣大“路盲”出行將遭遇多大的困難，不言而喻。

1980年代，我國開始探索適合國情的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路。當(dāng)時(shí)，美國的GPS已是星座構(gòu)成最完善、定位精度最穩(wěn)定、應(yīng)用最廣泛并呈現(xiàn)市場(chǎng)壟斷的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，而且，對(duì)全世界免費(fèi)開放，連外國軍隊(duì)都可以使用。

于是，有人說，中國有必要耗費(fèi)這么大的精力，去自主研發(fā)一個(gè)定位系統(tǒng)嗎？

當(dāng)然有！

首先，GPS是一個(gè)以軍用為主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，所有權(quán)、控制權(quán)、運(yùn)營權(quán)都屬于美國國防部。很多國家的民用用戶都擔(dān)心，美國軍方可以隨時(shí)叫停民用信號(hào)?！懊赓M(fèi)午餐”存在巨大風(fēng)險(xiǎn)。

其次，精度不夠。GPS包含軍碼和民碼兩種信號(hào)，二者精密級(jí)別不同，前者是毫米級(jí)別，后者是分米級(jí)別。2000年以前，美國軍方對(duì)GPS發(fā)布的民用信號(hào)進(jìn)行干擾，為的是降低民用信號(hào)提供精度，保護(hù)美國信息安全。

在此背景下，本著先區(qū)域、后全球的發(fā)展規(guī)劃，我國先后建成北斗一號(hào)、北斗二號(hào)、北斗三號(hào)系統(tǒng)，走出了一條中國特色衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)道路。

打破受制于人的局面

“高精度的太空燈塔如何建立起來？”“我們自己的位置誰來測(cè)？”“中國北斗怎么保持穩(wěn)定？”“中國北斗多顆衛(wèi)星如何能夠安全、可靠地工作？”

中國航天科技集團(tuán)五院北斗三號(hào)工程副總設(shè)計(jì)師、北斗三號(hào)衛(wèi)星首席總設(shè)計(jì)師謝軍說，他自己經(jīng)常被問到這樣的問題，有的北斗人還將其稱之為“北斗靈魂四連問”?！八倪B問”涉及從衛(wèi)星本體構(gòu)造、導(dǎo)航總體技術(shù)、核心單機(jī)研制、自主創(chuàng)新突破4個(gè)方面，國產(chǎn)化之路，步履艱難，通過三代北斗系統(tǒng)的探索與實(shí)踐，中國航天人終不負(fù)時(shí)光，交出了一份閃亮答卷。

北斗三號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師陳忠貴介紹稱，2000年年底，我國建成北斗一號(hào)系統(tǒng)，解決了衛(wèi)星最基本的問題，諸如供配電的太陽帆板，是為衛(wèi)星提供由光轉(zhuǎn)為電的部件，以及控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，“這些核心產(chǎn)品的國產(chǎn)化，讓北斗衛(wèi)星的身體有了一副‘中國體格”。從1994年立項(xiàng)到3顆GEO衛(wèi)星組成全球第3個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、覆蓋中國國土及周邊，我國用了6年。

談起北斗二號(hào)8年激情燃燒的研制歲月，很多北斗人記憶猶新。

終于，2007年4月14日凌晨4時(shí)11分，火箭成功發(fā)射，衛(wèi)星準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。兩天后，北京從飛行試驗(yàn)星獲得清晰信號(hào)，此時(shí)距離空間頻率失效僅剩不到4個(gè)小時(shí)。

導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射上天的前提是要有合法的軌道位置和頻率資源，這是世界各國必爭(zhēng)的寶貴資源。美國的GPS和俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)早已占去了80%的“黃金導(dǎo)航頻段”。

1991年，美軍“威斯康星號(hào)”戰(zhàn)艦向伊拉克目標(biāo)發(fā)射“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈。圖片| 瞭望智庫

直到2000年，我國才在國際電聯(lián)組織爭(zhēng)取到了暫時(shí)的軌道位置和頻率資源。但是，《無線電規(guī)則》對(duì)衛(wèi)星頻率和軌道做的充分解釋和分配方式中有一條規(guī)定，7年內(nèi)申請(qǐng)者必須使用該頻率。

2007年，正是首顆北斗二號(hào)衛(wèi)星研制攻關(guān)的關(guān)鍵時(shí)刻。根據(jù)國際電聯(lián)的規(guī)則，頻率資源是有時(shí)限的，過期作廢。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)記得，當(dāng)時(shí)這顆衛(wèi)星已經(jīng)伴隨著火箭進(jìn)入發(fā)射塔架，等待發(fā)射，有技術(shù)人員卻發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星的應(yīng)答機(jī)出現(xiàn)異常，為了不讓衛(wèi)星帶著問題上天，研制團(tuán)隊(duì)重新打開了整流罩。

“時(shí)間不等人！”謝軍回憶說，當(dāng)時(shí)衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)分奪秒完成了前期所有研制，為節(jié)省時(shí)間，所有參試人員進(jìn)駐發(fā)射場(chǎng)后又大干3天體力活兒，搬設(shè)備、扛機(jī)柜、布電纜。

沒有片刻的喘息，緊接著就是200個(gè)小時(shí)不間斷的加電測(cè)試。這一次，院士、型號(hào)老總和技術(shù)人員一起排班，共同排除險(xiǎn)情。

終于，2007年4月14日凌晨4時(shí)11分，火箭成功發(fā)射，衛(wèi)星準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。兩天后，北京從飛行試驗(yàn)星獲得清晰信號(hào)，此時(shí)距離空間頻率失效僅剩不到4個(gè)小時(shí)。

2012年底，北斗二號(hào)系統(tǒng)建成，14顆衛(wèi)星覆蓋亞太地區(qū)，在亞太地區(qū)內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的定位精度在10米左右。北斗二號(hào)確立了北斗的技術(shù)體制，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)導(dǎo)航與定位報(bào)告雙模融合、三頻信號(hào)全星座播發(fā)。

2020年，北斗三號(hào)實(shí)現(xiàn)了全球組網(wǎng)，可以向全球用戶提供米級(jí)、亞米級(jí)、分米級(jí)，甚至厘米級(jí)精度的定位和導(dǎo)航增強(qiáng)服務(wù)。謝軍說，中國北斗人率先提出國際上首個(gè)高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的星間鏈路網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、自主定軌、時(shí)間同步等系統(tǒng)方案，填補(bǔ)了國內(nèi)空白?！案档靡惶岬氖?，我們建立了器部件國產(chǎn)化從研制、驗(yàn)證到應(yīng)用一體化體系，徹底打破了核心器部件長(zhǎng)期依賴進(jìn)口、受制于人的局面！”謝軍說，至此，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)鑄造了“中國靈魂”。

“北斗導(dǎo)航衛(wèi)星單機(jī)和關(guān)鍵元器件國產(chǎn)化率達(dá)到100%，核心技術(shù)可控是中國空間事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵，這也是強(qiáng)國路上北斗人最赤誠的獻(xiàn)禮。”陳忠貴說。

楊長(zhǎng)風(fēng)透露，下一步，我國計(jì)劃到2035年，建成以北斗系統(tǒng)為核心，更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系。

◎ 來源|綜合瞭望智庫、中國青年報(bào)