从中国的北斗到世界的北斗

2018年12月27日,北斗全球卫星导航系统基本系统正式向全球提供基本导航服务。习近平总书记在联合国全球卫星导航系统国际委员会第十三届大会的贺电中评价道:“北斗系统已成为中国实施改革开放40年来取得的重要成就之一。”


从双星定位系统概念的提出到北斗一号系统从无到有,再到北斗二号系统正式提供区域服务,直到今天北斗三号以昂扬的姿态走向世界,中国北斗的“三步走”发展战略,历经近40年峥嵘岁月,走出了一条自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越的独特道路。


自人类文明开始,便有利用自然天体来定位导航的记载,北斗星更是通过先祖们千百年的观测探索后,成为指引方向的导航星。


“唯一办法是自己成为巨人”


中国开展卫星导航与定位研究最早可以追溯到上世纪六七十年代,但由于当时的技术条件和时代背景制约,真正提出要研制导航卫星,已是1983年。


那一年,我国“两弹一星”元勋、卫星测量技术的奠基人之一陈芳允院士,提出了研制双星快速导航系统,即利用两颗地球静止轨道通信卫星实现区域快速导航定位的设想。


当时,陈芳允和美国科学家G.K.奥尼尔教授不约而同地产生了把导航定位与数据通信聚合为一体的设计理念,并都在1985年至1990年期间进行了该系统的概念性研究。


当奥尼尔听说,中国的航天人也在进行同一研究的时候,他十分震惊。然而,美国的研究计划很快就因技术、资金等问题而夭折了。那时,中国航天人在突破了中心站和用户机等关键技术后,利用通信卫星开展双星定位演示验证试验,证明了北斗卫星导航试验系统技术体制的正确性和可行性。


与此同时,时任原航空航天工业部副部长的孙家栋与当时的国防科工委副主任沈荣骏中将敏锐地发现,拥有自主知识产权的卫星导航定位系统,对国家安全和军队保障至关重要。随后,二人联名致信当时的中央军委委员、总装备部部长曹刚川,阐明了他们对国家发展卫星导航系统重要意义的分析以及实现方法的建议。国家对此予以高度重视和支持,有效推动了中国卫星导航系统工作的开展。


孙家栋等人对陈芳允的理论十分认可。在多方力量的积极推动下,1994年,中国的卫星导航工程获批立项,并以炎黄子孙的祖先们用于识别方向的“北斗星”命名。北斗卫星定位导航系统正式问世,孙家栋被任命为工程的总设计师。自此,中国开始了第一代卫星导航系统的研制建设。


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2000年10月31日首颗北斗试验卫星发射前,航天科技集团总经理王礼恒(右)、副总经理马兴瑞(中)及卫星总指挥李祖洪(左)一起讨论技术问题


2000年10月31日是中国卫星导航系统发展史上一个值得铭记的日子。零时02分,我国长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心托举我国首颗北斗导航试验卫星升入茫茫夜空。27分钟后,指挥大厅收到西安卫星测控中心传来的喜讯:星箭分离,卫星进入预定轨道。指挥大厅里爆发出经久不息的掌声和欢呼声。


“北斗卫星导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统,该系统主要为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航服务。北斗导航系统首发星的成功发射,解决了我国自主卫星导航系统从无到有的问题,将对我国国民经济建设起到积极的推动作用。”19年前的《中国航天报》刊登了这样一段话,概括了那颗卫星的重要意义。


第一颗北斗导航试验卫星成功入轨仅50天后,千禧年岁末,长三甲火箭又将第二颗北斗导航试验卫星送入地球同步轨道,标志着我国成为继美俄之后,世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。“北斗的研制,是中国人自己干出来的。‘巨人’对我们技术封锁,不让我们站在肩膀上,唯一的办法就是自己成为巨人。”当时的北斗卫星导航试验系统总指挥李祖洪说。


2003年5月25日,第三颗北斗导航试验卫星成功升空,作为备份星与前两颗工作星组成中国完整的第一代卫星导航系统——北斗一号。


建设世界唯一的区域导航系统


随着第一步计划的顺利完成,北斗卫星导航系统工程由试验阶段正式转入应用实施阶段,2004年9月,北斗卫星导航系统建设正式启动。被任命为卫星总设计师的孙家栋回忆说:“中国的卫星导航工程,有一个非常重要的中间环节,那就是建设区域导航系统。”


当时,很多国家都不惜斥巨资发展全球卫星导航系统,而中国的北斗一号只解决了自主卫星导航系统从无到有的问题。我国“两弹一星”元勋杨嘉墀院士认为,中国民用卫星导航市场广阔,潜在的经济效益巨大,是今后可持续发展的重要因素。


在2004年的北斗导航系统应用论坛上,85岁高龄的杨嘉墀风尘仆仆地赶赴海口市出席会议,并发表了题为《发展导航卫星及应用要启动一个完整的广益增强系统》的学术报告。“建立一个亚太区域增强系统,作为近期至远期一个仿真和信息融合的系统是非常必要的。”杨嘉墀说。


论坛结束后,杨嘉墀先后与屠善澄、童铠、王礼恒、戚发轫、张履谦5位院士交换意见。经集体讨论,他们起草了《关于促进北斗导航系统应用的建议》。在报告中,6位院士就发展我国独立自主的卫星导航系统提出建议。该建议于2005年2月2日定稿,2月3日发出后,2月4日就得到了当时的国务院总理温家宝的批示。


国家发展和改革委员会有关司、局积极落实国务院的批示,不仅将北斗导航系统建设列为国家基础设施规划,还解决了资金问题,为北斗卫星导航系统应用的自主创新创造了十分有利的条件。


与此同时,作为北斗卫星导航系统的抓总研制单位,航天科技集团首次开始批量研制生产卫星和运载火箭。从2004年项目启动开始,北斗系统进入了为期4年的初样研制阶段。这一时期,卫星系统共完成了4颗初样星和1颗飞行试验星的研制任务,攻克了星载原子钟、高精度星地时间比对、监测接收机和用户终端等多项关键技术,为北斗建设和可持续发展奠定了基础。经过十几年的工程实践,大量的工程管理和技术人员得到了锻炼,一批系统应用方面的人才被培养出来了,为系统的未来发展提供了保障。


汇聚了天时、地利与人和,这才有了后续我国第二代北斗卫星导航系统的快速发展。


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2007年4月14日,第一颗北斗二号卫星发射成功


2007年4月14日,第一颗北斗导航应用卫星发射成功,拉开了北斗区域导航系统建设的序幕。虽然中国北斗系统建设起步比美国的GPS晚了20年,但设计方案和技术指标却走在了世界前列。


2008年,汶川大地震,震惊世界。地震发生当晚的10时左右,首批武警官兵到达地震重灾区,并使用北斗卫星导航系统用户终端机连夜陆续发回实时灾情数据,为地震重灾区发出了第一束生命急救电波。那场灾难让“北斗”这个名字家喻户晓。


2010年对于中国北斗来说同样是个不一般的年份。这一年,中国北斗卫星导航系统连续迎来5颗“新成员”,系统在太空中初现雏形。同年5月19日,在第一届中国卫星导航学术年会上,中国北斗卫星导航系统专项管理办公室主任冉承其宣布:“北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务。中国愿意与其他国家合作,共同发展卫星导航事业。”


从那一年开始,我国迎来了北斗导航卫星的高密度发射期。2011年建设完成北斗区域卫星导航系统的基本系统,具备向我国大部分地区提供初始服务的能力;2012年10月25日,北斗卫星导航系统的16名成员全部发射升空;12月27日,国务院新闻办公室召开北斗卫星导航系统新闻发布会,宣告:北斗卫星导航系统是中国自主建设、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,可在全球范围内全天候、全天时,为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。


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2015年7月,孙家栋到西昌卫星发射中心指导北斗导航卫星发射


至此,北斗卫星导航系统建设的“三步走”战略圆满完成了第二步的系统建设目标,北斗二号卫星导航系统,即北斗区域卫星导航系统建设完成。


北斗发展的新起点


2017年11月5日,距党的十九大胜利闭幕不到半个月时间,西昌卫星发射中心传来喜报,中国北斗再次出征,北斗三号第一颗和第二颗组网卫星升空,拉开了北斗卫星导航系统全球组网的大幕,北斗卫星导航系统“三步走”发展战略进入“最后一步”。


站在前两代星座的肩膀上,中国北斗的“第三步”迈得无比自信。立项于2009年12月的北斗三号工程开始尝试冲刺和领跑,星间链路、全球搜救载荷、新一代原子钟等新“神器”闪耀亮相,卫星整体性能大幅提升。


2018年的“一年18星”更让北斗刷新了卫星研制生产的中国速度,“三步走”的战略路径已逐步从“胜利在望”变成“梦想成真”。2月12日发射的北斗三号第五颗和第六颗卫星从单机层面实现了100%国产化;9月19日发射的北斗双星首次增加了国际搜救系统和全球短报文等载荷,标志着北斗卫星导航系统正式走向世界;11月1日,我国首颗地球同步轨道(GEO)卫星发射成功,成为世界现役功能最强导航卫星之一;11月19日,北斗三号基本系统星座部署圆满完成;12月27日,北斗全球卫星导航系统基本系统正式向“一带一路”及全球提供基本导航服务。


今年5月17日,北斗二号工程圆满收官,该系统最后一颗备份星顺利到位;9月23日,北斗三号组网开始从基本系统向完整系统过度升级……北斗星座交替进行组网和补网行动,为我国导航系统顺利从“区域”走向“全球”铺平道路。


从2000年的第一颗北斗导航试验卫星,到2019年9月23日发射的北斗导航系统第四十七颗和第四十八颗卫星,19年间,中国人已经成功发射了52颗北斗卫星。


现如今,我国北斗系统的在轨卫星和地面系统均工作稳定,经全球范围测试评估,系统性能满足预期,具备全球服务能力。根据计划,我国将在2020年全面完成北斗三号全球组网建设,并在2035年建成以北斗系统为核心的,更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时(PNT)体系。


孙家栋指出,全球卫星导航系统已成为经济社会不可或缺的空间信息基础设施,它将惠及人类生活和经济发展。服务50多个国家、30多亿人口的中国北斗,已成为我国对外交往的重要合作项目,显著提升了我国的国际地位与影响力。




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