20年跨越三大步 北斗导航：中国“天眼”瞰世界

    3月30日21时52分，我国第17颗北斗导航卫星在长征三号丙火箭的托举下呼啸升空，随着它在太空棋盘上落定，标志着我国北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展。广袤的太空中，中国人的“天眼”视角越来越开阔。

    从1994年正式启动北斗导航系统建设，到2003年我国第一代卫星导航系统正式开通运行；从2012年形成覆盖亚太大部分地区服务能力，到如今全球组网，北斗导航人一路披荆斩棘，闯出了一条中国式自主导航之路。

    20年跨越三大步

    一谈到卫星导航，作为普通人的你我，往往会发出这样的疑问：GPS导航不是挺好用的吗，为何还建北斗导航系统？

    “不，一定要有自主的卫星导航系统。”这是血与火的启示，也是各大国不约而同的共识。正因为如此，卫星导航成了大国角力和暗战的竞技场。美国和俄罗斯分别开发了GPS和格洛纳斯卫星导航系统；欧盟不甘示弱，致力于建设独立的伽利略系统；印度、日本也在积极谋求建设独立自主的卫星导航系统。

    可是，当我国1994年正式启动北斗导航系统建设时，蓦然发现已经比GPS导航系统晚了差不多20年。“20年的差距，对我们来说是一个巨大的压力，当然同时也是动力。”北斗导航卫星系统总设计师谢军说。

    困难面前，北斗导航人没有退缩，而是知难而进。经过数年攻关，2000年先后发射2颗北斗导航试验卫星。经过3年的调试、测试和试运行，2003年，我国第一代卫星导航试验系统正式开通运行，而且利用两颗地球静止轨道卫星实现区域导航定位属于世界首创。

    北斗试验系统的建立，实现了我国卫星导航定位从无到有的突破。“但也存在一些问题，如覆盖范围有限、用户数量受限、定位精度不高、不适用于高速移动的用户等。新一代北斗卫星导航系统的建设迫在眉睫。”谢军说。

    谢军介绍，“其实在北斗试验系统建设的同时，我国已开始新一代北斗导航系统的研制。”2004年，北斗卫星导航区域系统工程正式立项。2007年，我国北斗卫星区域导航系统第一颗中圆轨道卫星发射成功，拉开了北斗区域导航系统建设的序幕。

    从2004年到2012年，短短8年时间，我国完成了16星密集发射、快速组网提供服务的壮举。中国以让人难以置信的速度，全面完成区域导航系统建设，形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。

    “与2011年试运行时相比，北斗目前的服务能力又有了大幅提升。”北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其说。据了解，2012年，北斗系统覆盖区域由东经84度至160度扩展到东经55度至180度；系统定位精度由水平25米、高程30米提升为水平10米、高程10米；测速精度由每秒0.4米升至每秒0.2米，系统精度和稳定性明显提高。

    20年，我国北斗卫星导航系统实现了从“无”到“有”、由“粗”到“精”、由“区域”到“全球”的跨越和蜕变，如今，正按照“先试验、后区域、再全球”三步走的战略，向全球卫星导航系统阔步前行。

    源于自主创新

    用20年的时间，从落后于GPS导航系统20年到基本相当，人们不禁要问，北斗导航人是如何做到的？

    谢军回答说，“源于自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越的北斗精神。”

    铷原子钟是最为典型的例子。说到铷原子钟，谢军感慨万千。铷原子钟被誉为卫星导航定位系统的“心脏”，其性能指标是决定定位系统指标的主要因素之一。北斗系统建设之初，国内缺乏铷原子钟的研制经验，最初计划北斗卫星装载的铷钟有2台是国产，2台从国外进口。

    谢军清楚地记得，为了进口铷钟，他们与欧洲某公司负责人从白天谈判到凌晨四五点，仍旧谈不下来，不是要价太高，就是性能指标提不上去。“像星载铷钟这样的关键产品，必须自己干！”回宾馆的路上，谢军暗下决心。

    然而，铷原子钟技术难度非比寻常，立项之初也只有美国和欧洲掌握了此项技术，其中碰到的首要问题是空间环境的适应性问题。谢军告诉记者，地面各种性能指标很好的铷原子钟，一到太空，便会受到温度、磁场、真空等空间环境影响，因此，星载铷钟设计技术要求更高，需要考虑更多空间影响因素、更高技术指标要求和工艺要求。

    胸怀自主创新抱负的北斗导航人，迅速组织高校、科研院所专家，形成强大的团队，经过几年艰苦攻关，国产星载铷钟研制成功，突破了国外技术封锁。时至今日，经过大量卫星在轨运行状态的检验测试，可以说，国产的铷原子钟比欧洲引进的还要好。“北斗导航卫星工程，即使现在看来，很多关键技术的‘含金量’仍然很高，重要性也非常大。”谢军自豪地说。

    谢军告诉记者，新一代高精度星载铷原子钟已研制成功，不仅体型更小，而且性能提高了一个数量级，实现了铷原子钟技术的自主可控。此次发射的新一代北斗导航卫星，采用的国产化器件，最具特点的是国产铷原子钟和中国科学院计算所自主研发的“龙芯”。

    此外，据北斗系统全球组网首发星总设计师林宝军介绍，此次发射的新一代北斗导航卫星，在多个方面实现了技术突破：独创性地提出了“功能链”设计理念，打破以往的分系统设计理念，有效降低卫星重量和功耗；将首次验证星间链路，以减少地面测控站对导航卫星的操作次数，减少对地面布站的依赖，降低系统的运行管理成本。

    一次次成功之后，北斗导航人从未满足、从未止步，不断投入新的任务之中，在太空中探索着新的坐标，描绘着航天自主创新更宏伟的蓝图。

    产业前景广阔

    随着北斗全球组网的铺开，北斗应用也备受期待。

    过去的一年，北斗导航系统的应用如火如荼，不断取得新进展：北斗海外位置服务项目成功落户巴基斯坦；北斗海事国际标准获认可；约4000万部具备北斗定位功能的智能手机投放市场……北斗系统的应用范围已从交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报等行业和区域应用，发展到智能手机、车载导航等大众电子消费领域。

    过去，北斗应用主要集中在北斗终端的销售方面。如今，推动北斗应用的主力，不再是传统的终端生产厂家，而是行业解决方案提供商，其商业模式可以是搭建行业应用平台、营造行业生态，还可以是通过运维收取服务费。“这是典型的借助互联网思维，发展北斗大众消费市场应用。”中国卫星导航定位协会副会长兼秘书长苗前军说。

    去年8月，北斗卫星导航系统与城镇燃气行业的跨界携手，就是例证。

    城市管网是现代城市的“血脉”。近年来不断发生的城市管网事故提醒我们，关注城市管网安全刻不容缓。据了解，目前一些大城市的老城区里还有很多老旧管线、窨井等设施缺乏精准的定位和信息。仅北京1.6万平方公里范围内，达20到30年管龄的燃气管线就有上千公里。如今，用上北斗定位系统，精度可以控制在1米，甚至厘米级范围内，工作效率将大大提高。

    我国城镇燃气管网总长度已超过40万公里，并将在2016年达到60万公里。苗前军表示，这将为北斗系统带来超过百万台终端用量的新兴市场，同时也将为燃气行业创造千亿元级的经济效益。

    北斗正慢慢地进军更多的信息化领域，比如居家养老服务、留守儿童关爱、电动车防盗……北斗卫星导航系统应用与智慧生活日益紧密。

    苗前军表示，中国卫星导航定位协会去年启动了“百城百联百用”行动，计划整合吸纳至少100个城市或地区的北斗地基增强系统，组成国家级的北斗地基增强服务平台，扶持100个以上的行业深化应用示范，在全国100个以上城市引导和推动北斗精准位置服务的社会化深度应用。同时，配合北斗走出去，推动北斗系统为“一带一路”建设提供支撑。苗前军预计，2015年我国卫星导航与位置服务产业将延续以往的增长态势，产值将超过1500亿元。