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6月23日9時(shí)43分，最后一顆北斗組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。
至此，中國耗時(shí)26年、投入超過120億美元、先后發(fā)射59顆衛(wèi)星的自研衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終于建成。
這意味著中國有了自己的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，徹底結(jié)束了依賴GPS的歷史。
這也意味著，北斗將向目前仍占據(jù)著1.2萬億全球衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中90%市場份額的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)起新一波沖擊。
有多少成績，就要付出多少汗水�；仡�26年的北斗研發(fā)與組網(wǎng)歷程，有核心設(shè)備被卡脖子的無奈，有以4小時(shí)險(xiǎn)勝頻率之戰(zhàn)的驚險(xiǎn)，也有沖破封鎖后一年發(fā)射18顆星的自豪。
北斗的歷史，凝結(jié)著中國科技在封鎖環(huán)境中仍努力自主創(chuàng)新的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在當(dāng)下這個(gè)多事之秋，北斗26年來時(shí)路，對(duì)中國新一輪的科技自主創(chuàng)新是一個(gè)重要借鑒。
1.“雙星定位”的北斗一號(hào)
導(dǎo)航系統(tǒng)的誕生，最早源于戰(zhàn)爭需求。
20世紀(jì)90年代初，美國等國家發(fā)動(dòng)對(duì)伊拉克的海灣戰(zhàn)爭。
這場戰(zhàn)爭一反傳統(tǒng)作戰(zhàn)方式，美國祭出大量精確制導(dǎo)武器。結(jié)果，戰(zhàn)爭僅用40余天便結(jié)束，美軍以146人陣亡、467人受傷的代價(jià)取得戰(zhàn)爭勝利。相比之下，戰(zhàn)敗的伊軍傷亡人數(shù)達(dá)10萬。
事后美國在對(duì)這場戰(zhàn)爭的總結(jié)報(bào)告中，將勝利歸功于一項(xiàng)新技術(shù)——美國于1973年開始研發(fā)和建設(shè)的GPS。
正是借助GPS的定位、導(dǎo)航能力，精確制導(dǎo)武器可以極高的命中率直達(dá)目標(biāo)，既避免傷及無辜，又大大提升作戰(zhàn)效率。
從此，便流傳出一句軍事名言：誰能掌握衛(wèi)星導(dǎo)航的優(yōu)勢，誰就掌握了戰(zhàn)爭主動(dòng)權(quán)。
其實(shí)除了大家都能想到的定位、導(dǎo)航之外，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還具有精確授時(shí)、測速等功能，在關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)安全的諸多領(lǐng)域都扮演著重要的角色。比如在人們已經(jīng)習(xí)以為常的高鐵中，導(dǎo)航系統(tǒng)在不依賴于地面設(shè)備的情況下能全天候?yàn)榱熊囘M(jìn)行定位和測速，從而避免列車追尾；在電網(wǎng)中，電廠、變電站的電力自動(dòng)化設(shè)備、安全自動(dòng)保護(hù)設(shè)備、故障記錄等智能設(shè)備需要同步運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)就用到導(dǎo)航衛(wèi)星的授時(shí)功能；甚至人們天天使用的共享單車，也依靠定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子圍欄停車。
不僅如此，在無人駕駛、測繪、出海航行、災(zāi)害救援等眾多領(lǐng)域，導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)揮著無可替代的作用。
而在戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)，一旦導(dǎo)航系統(tǒng)不受自己控制，那么精準(zhǔn)制導(dǎo)武器的精準(zhǔn)性、飛行路徑就無法保證。嚴(yán)重的情況下，武器甚至無法作戰(zhàn)，形同廢鐵。
可以說，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)就像國家和人類的第三只眼睛，觀測著地球上發(fā)生的一切行為。
早在20世紀(jì)60年代，中國就開始研究利用衛(wèi)星進(jìn)行地面定位服務(wù)。但由于當(dāng)時(shí)國力較弱等原因，這一計(jì)劃并未實(shí)施。
1985年10月，“863”計(jì)劃倡導(dǎo)者、中科院院士陳允芳在中國科學(xué)院和解放軍原總參謀部測繪局聯(lián)合召開的會(huì)議上提出了一個(gè)大膽的構(gòu)想：用兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星，就可以覆蓋中國區(qū)域，并對(duì)地面目標(biāo)和海上移動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航，還能兼具通信功能。
這一構(gòu)想，日后被稱為“雙星定位”理論。
1989年9月25日，在北京一處不足30平米的臨時(shí)機(jī)房里，陳允芳首次用兩顆衛(wèi)星演示了“衛(wèi)星定位系統(tǒng)”。次日，新華社發(fā)布消息：我國利用兩顆衛(wèi)星將快速定位、通信和定時(shí)一體化并獲得理想的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)……
陳允芳演示的，正是日后北斗一號(hào)系統(tǒng)的雛形。
這次實(shí)驗(yàn)，給了中國人極大的信心——中國有能力造出自己的導(dǎo)航系統(tǒng)。
但由于沒有合適的時(shí)機(jī)，自建衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的想法一直沒被重視。海灣戰(zhàn)爭讓一些有遠(yuǎn)見的科學(xué)家意識(shí)到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性。而此后發(fā)生的“銀河號(hào)”事件，則讓中國人意識(shí)到自建衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的必要性。
1993年7月23日，中國“銀河號(hào)”貨輪載著制造化學(xué)武器的原料運(yùn)往伊朗。當(dāng)貨輪行駛到印度洋上，突然停止了——導(dǎo)航?jīng)]有信號(hào)，船員不辨方向，無法繼續(xù)前行。隨行船員還以為是信號(hào)設(shè)備出了故障，結(jié)果怎么維修都無濟(jì)于事。后來才得知，原來是美國懷疑中國向伊朗輸送武器，故意停掉了該船所在海域的導(dǎo)航信號(hào)。
這一消息傳回國內(nèi)，讓許多航天科學(xué)家和國防人員意識(shí)到自主導(dǎo)航的重要性。隨后，中科院院士孫家棟找到時(shí)任國防科工委副主任的沈榮駿，稱“發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航，刻不容緩，勢在必行�！�
結(jié)果兩人不謀而合，聯(lián)名向國家“上書”，建議啟動(dòng)中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
1994年12月，北斗導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)工程獲得國家批準(zhǔn)。
而一旦想認(rèn)真搞導(dǎo)航，中國馬上看到了困境和差距：
彼時(shí)，美國已在GPS工程上投入了超過200億美元，且每年維護(hù)費(fèi)用高達(dá)5億美元；但當(dāng)時(shí)中國的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)仍十分薄弱，研發(fā)包括航天在內(nèi)7大領(lǐng)域技術(shù)的“863”計(jì)劃預(yù)算也才只有100億人民幣。
在早期研發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)的資金上，中美間的差距不止十倍。
有一個(gè)故事真實(shí)地反映這種窘狀。當(dāng)時(shí)北斗工程的辦公室十分緊張，北斗系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師譚述森與4個(gè)人共處一個(gè)辦公室，而這間辦公室不足20平米，只能勉強(qiáng)容下幾個(gè)人的辦公桌。
好在，中國人有自己的智慧，窮有窮的辦法。既然不能一口吃個(gè)胖子，那就分三口吃。
于是，我國將導(dǎo)航衛(wèi)星的建設(shè)分為三步：第一步僅覆蓋國內(nèi)區(qū)域，第二步逐漸覆蓋亞太區(qū)域，第三步再覆蓋全球。
這也是59顆北斗衛(wèi)星分屬北斗一號(hào)、北斗二號(hào)、北斗三號(hào)的由來——北斗一號(hào)為試驗(yàn)階段，共發(fā)射了4顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，覆蓋國內(nèi)區(qū)域；北斗二號(hào)有14顆組網(wǎng)衛(wèi)星（實(shí)際上共發(fā)射了23顆），可實(shí)現(xiàn)亞太地區(qū)的覆蓋；北斗三號(hào)則包含30顆組網(wǎng)衛(wèi)星（實(shí)際發(fā)射32顆），可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，精度可媲美GPS。
當(dāng)時(shí)的北斗項(xiàng)目，除了缺錢，更大的困難是缺技術(shù)、缺人才。
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是關(guān)系一國軍事安全的“國之重器”，而當(dāng)時(shí)的西方國家在幾乎所有高科技領(lǐng)域都對(duì)中國實(shí)施嚴(yán)酷的技術(shù)封鎖。比如，在大推力電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，20世紀(jì)80年代以前國外對(duì)中國禁運(yùn)1噸以上推力的振動(dòng)平臺(tái)，90年代后改為禁運(yùn)5噸以上推力的振動(dòng)平臺(tái)，后又改為禁運(yùn)9噸以上的設(shè)備。
甚至1996年7月，包括美國、英國在內(nèi)的33個(gè)西方國家又簽署《瓦森納協(xié)定》，對(duì)中國等國家實(shí)施軍用、軍民兩用商品和技術(shù)的控制清單，包括電子器件、計(jì)算機(jī)、傳感器、新材料等9大類高新技術(shù)被實(shí)施禁運(yùn)。
在既缺錢又缺技術(shù)的情況下，北斗系統(tǒng)被逼出來了自己的“開創(chuàng)性”：
當(dāng)時(shí)的北斗一號(hào)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，陳允芳、孫家棟等人沒有選擇采用GPS的無源定位技術(shù)，而是基于有源定位技術(shù)（定位時(shí)，用戶終端需通過導(dǎo)航衛(wèi)星向地面控制中心發(fā)出一個(gè)申請(qǐng)定位的信號(hào)；無源定位則不需要），用兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星就可以對(duì)地面目標(biāo)和海上移動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航，且能覆蓋中國及周邊區(qū)域。但北斗一號(hào)沒有高度信息。
而要完成相似區(qū)域的覆蓋，按照GPS和蘇聯(lián)的格洛納斯（蘇聯(lián)解體后由俄羅斯”繼承“）系統(tǒng)的原理，至少需要三顆衛(wèi)星。
北斗一號(hào)的另一個(gè)特殊之處是，它還具備一般導(dǎo)航衛(wèi)星沒有的短報(bào)文通信功能。這意味著北斗衛(wèi)星同時(shí)具備衛(wèi)星的3個(gè)主要應(yīng)用方向——“通導(dǎo)遙”（即通信、導(dǎo)航和遙感）中的兩項(xiàng)。
這對(duì)當(dāng)時(shí)的中國而言，可謂花小錢辦大事，一石二鳥。
立項(xiàng)6年后的2000年，北斗一號(hào)的首批兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星成功發(fā)射，北斗一號(hào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)正式建成并開始投入使用。
盡管北斗一號(hào)看上去簡陋，但意義非凡，憑借這兩顆衛(wèi)星，中國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。
2003年，第三顆地球靜止軌道衛(wèi)星發(fā)射，北斗實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能進(jìn)一步增強(qiáng)。
不過必須承認(rèn)的是，雖然當(dāng)時(shí)距北斗正式起步已過去9年，但北斗與GPS依然差距明顯。
北斗一號(hào)的定位精度為20米，授時(shí)精度為單向100納秒，短報(bào)文通信能力為120個(gè)漢字/次。相比之下，此時(shí)GPS不僅已覆蓋全球，且民用定位精度和授時(shí)精度分別達(dá)到10米和10納秒級(jí)別；軍用定位甚至已經(jīng)精確到1米。
而北斗一號(hào)只能提供模糊的定位、授時(shí)功能，而且無法測速。這樣的北斗，不僅在商用領(lǐng)域沒有優(yōu)勢（GPS可在全球免費(fèi)使用），軍用領(lǐng)域的價(jià)值也有限。
中國必須造出更精確的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。
2.心碎“伽利略”
缺錢、缺技術(shù)之后，中國作為導(dǎo)航系統(tǒng)戰(zhàn)場的后來者，還面臨著第三個(gè)資源型的挑戰(zhàn)——缺頻率。
中國要真正在北斗一號(hào)的基礎(chǔ)上提升衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精確性和擴(kuò)大覆蓋區(qū)域，就要發(fā)更多衛(wèi)星。而衛(wèi)星上天的前提，是擁有合法的頻率軌位。
國際電信聯(lián)盟（ITU）分配給衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的頻率資源是有限的，這是世界上想要發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家必爭的寶貴資源。而取得合法的軌位，需要先向ITU申報(bào)，并與相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)。
1994年，北斗一號(hào)啟動(dòng)的同時(shí)，中國也開始在ITU的框架下啟動(dòng)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的頻率申請(qǐng)工作。
此時(shí)，導(dǎo)航衛(wèi)星的“黃金導(dǎo)航頻段”L頻段已經(jīng)被先發(fā)的GPS、格洛納斯系統(tǒng)占領(lǐng)，中國只能申請(qǐng)次優(yōu)頻率。
恰好，歐盟此時(shí)也在建設(shè)伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)，同樣需要申請(qǐng)頻率。
到2000年，中歐前后腳向ITU提出了導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的頻段申請(qǐng)：中國在當(dāng)年4月17日先行動(dòng)，不到兩個(gè)月后的6月5日，歐盟也向ITU提出了頻率申請(qǐng)。
最終，中歐兩方在ITU框架下拓展了1164MHz~1215MHz、1260MHz~1300MHz的導(dǎo)航衛(wèi)星頻段。
不過申請(qǐng)頻率只是第一步。第二步則要與已上天的衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)。
為此，從2000年起中國先后與20多個(gè)國家、地區(qū)和國際組織的300余個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)開展了頻率協(xié)調(diào)。
頻率協(xié)調(diào)并不是個(gè)容易活兒，首先就要說服對(duì)方，如何在不影響對(duì)方利益的同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率兼容。北斗頻率設(shè)計(jì)與國際協(xié)調(diào)首席專家譚述森參與了全過程。
經(jīng)過復(fù)雜的頻率設(shè)計(jì)與周密的干擾仿真計(jì)算，譚述森創(chuàng)造性地提出了衛(wèi)星導(dǎo)航頻譜共用與兼容性評(píng)估準(zhǔn)則。方案最終贏得了其他衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)可，北斗終于取得合法頻率。
然后才到了第三步：真槍實(shí)戰(zhàn)發(fā)衛(wèi)星、傳信號(hào)的階段，這是一場爭分奪秒的“生死時(shí)速”。
因?yàn)楦鶕?jù)ITU的規(guī)則，頻率資源要“先用先得”和“逾期作廢”，有效期以申請(qǐng)日期開始計(jì)算，只有7年。
這是北斗的第一道時(shí)間鎖——即中國必須在2007年4月18日零點(diǎn)之前成功發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星并成功播發(fā)信號(hào)。
而且中國不僅要和時(shí)間競賽，還要和一個(gè)不容小覷的對(duì)手競爭，那就是歐洲的伽利略系統(tǒng)。這是因?yàn)橹袣W雙方雖然分別向ITU申請(qǐng)了頻段，但是雙方導(dǎo)航系統(tǒng)的頻率在1164MHz~1215MHz段內(nèi)高度重合。按照IUT的“先用先得”原則，雙方需要競爭頻率。
北斗和伽利略系統(tǒng)頻率分布
這就給北斗帶來了第二道時(shí)間鎖——必須比伽利略更快。
這兩道檻，栽了任何一道都是“一夜回到解放前”。
頻率一旦作廢，此前數(shù)年的準(zhǔn)備、申請(qǐng)和協(xié)調(diào)工作就會(huì)前功盡棄；研發(fā)上，還得調(diào)整原有設(shè)備中的發(fā)射頻率標(biāo)定點(diǎn)、晶體等設(shè)計(jì)與部件，以適配更換后的頻率，其過程極為繁瑣，幾乎等于從頭再來。
而好不容易申請(qǐng)、協(xié)調(diào)好頻率的北斗系統(tǒng)此時(shí)正遇到了“DDL（截止時(shí)間）的危機(jī)”。
在頻率下來后，中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室立即開始組織立項(xiàng)和安排計(jì)劃。結(jié)果排下來一看，最早也要到2007年底才能發(fā)射首顆衛(wèi)星，這比2007年4月18日零點(diǎn)的失效日期多了整半年。
要保住頻率，只能把發(fā)射日程提前半年。這在中國航天史上也是從來沒有過的事。
而此時(shí)的伽利略系統(tǒng)，無論在技術(shù)上還是工程進(jìn)展上都領(lǐng)先于北斗，北斗勝出機(jī)會(huì)渺茫。
就在中國為此焦頭爛額之時(shí)，轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)了。
2002年，伽利略導(dǎo)航計(jì)劃啟動(dòng)。但由于當(dāng)時(shí)歐洲正遭遇財(cái)務(wù)危機(jī)，伽利略計(jì)劃進(jìn)展并不順利。
而且讓歐洲人頭疼的是，老朋友美國也不安分。
自蘇聯(lián)解體后，美國便沒了對(duì)手。放飛自我的美國開始奉行單邊主義外交政策。
2003年，美國對(duì)伊拉克發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭。這片跟歐洲隔海相望的土地上的戰(zhàn)火，讓歐洲人感受到了“單極世界”的危險(xiǎn)。
時(shí)任法國總統(tǒng)的希拉克對(duì)外呼吁建立“多極化世界”，時(shí)任德國總理施羅德也對(duì)此表示支持。
在這樣的背景下，歐盟把目光掃向亞洲，決定把中國納入已啟動(dòng)的伽利略計(jì)劃。
中國成為伽利略伽計(jì)劃中第一個(gè)非歐盟的參與國。
中歐伽利略計(jì)劃合作簽約儀式
中國加入伽利略計(jì)劃，不僅使歐洲一些國家的領(lǐng)導(dǎo)人賺足了政治資本，也使“伽利略”計(jì)劃捉襟見肘的財(cái)政狀況得到極大緩解，更給“伽利略”進(jìn)入中國市場打下了基礎(chǔ)。
對(duì)中國而言，加入伽利略計(jì)劃也有實(shí)實(shí)在在的好處。按照計(jì)劃，伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)是基于民用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，非軍方控制、管理，且精度和可靠性都優(yōu)于GPS。在無需擔(dān)心軍事威脅的情況下，它不僅能為中國提供免費(fèi)定位、導(dǎo)航和定時(shí)服務(wù)，還能讓中國學(xué)到先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)。
2004年中歐正式簽署技術(shù)合作協(xié)議，中方承諾投入2.3億歐元的巨額資金，第一筆7000萬歐元的款項(xiàng)很快就到位了。
然而，政治場上總是風(fēng)云變幻，政治家的臉說變就變。
中歐在伽利略項(xiàng)目合作上的喜悅持續(xù)了不到一年就消失了。
2005年，歐洲各國的親美政治人物紛紛上臺(tái)，歐洲政治開始轉(zhuǎn)向，再次回到美國陣營中。
自然而然，歐洲航天局也與美國重歸于好。
當(dāng)初為伽利略計(jì)劃投入巨額資金的中國，此時(shí)不僅沒得到與之相稱的對(duì)待，甚至待遇還不如沒投錢的其他非歐盟國家，如印度。
這“結(jié)局”令中方十分不滿。雙方在合作開發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)上的沖突越來越多。
同年，對(duì)合作已經(jīng)失望的中國抽身離去，把精力重新轉(zhuǎn)移到北斗二號(hào)系統(tǒng)上。
北斗與伽利略，從合作走向競爭。
3.四小時(shí)，險(xiǎn)勝頻率保衛(wèi)戰(zhàn)
在雙方開始合作的時(shí)候，中國就留了一手。
2004年，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的第二步——北斗二號(hào)啟動(dòng)。
此時(shí)，北斗二號(hào)在進(jìn)度上已比歐洲的伽利略系統(tǒng)晚了2年。
隨著合作破裂，當(dāng)年共同申請(qǐng)的頻率眼看將被昔日的朋友、今日的對(duì)手搶走。
2005年12月28日，伽利略計(jì)劃的首顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“GIOVE-A”被順利送入太空軌道。
如果此時(shí)頻率被歐洲占去，那北斗第二步將面臨剛要抬腳便無路可走的窘境。
讓人意外的是，這顆伽利略實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星并未開通頻率，只占了軌道沒占頻率。
為何衛(wèi)星都上天了卻沒開通頻率呢？原因是沒錢。開通頻率需要花錢，但此時(shí)的歐洲手頭正緊。
不僅第一顆衛(wèi)星上天沒開通信號(hào)，缺錢的歐洲還把伽利略計(jì)劃的第二顆衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間推遲了兩年。原定于2006年發(fā)射的伽利略系統(tǒng)第二顆衛(wèi)星GIOVE-B最終在2008年4月27日成功發(fā)射并向地球傳回了首個(gè)信號(hào)。那時(shí)北斗二號(hào)首星早已上天了一年多。當(dāng)然這是后話。
回到2005年，伽利略計(jì)劃虛晃的一招，反倒給了北斗一個(gè)翻身機(jī)會(huì)。
只要在兩年內(nèi)造出一顆星，北斗就有戲。
眼看北斗進(jìn)展直追伽利略計(jì)劃，沒占到頻率的歐洲又使出了另外一招——用核心設(shè)備限制中國。
原本歐洲已經(jīng)同意向中國出售導(dǎo)航衛(wèi)星的核心設(shè)備——原子鐘，但在臨簽署合同時(shí)突然反悔�！皩�(shí)際上它（歐洲）是禁運(yùn)，要控制這種高精尖的東西，不賣給我們。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)在回憶這一風(fēng)波時(shí)說。
這里有必要解釋下原子鐘。簡單理解原子鐘就如同一塊手表，是一種精確測量時(shí)間的時(shí)鐘，它以原子共振頻率標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算及保持時(shí)間的準(zhǔn)確，這是世界上已知最準(zhǔn)確的時(shí)間測量和頻率標(biāo)準(zhǔn)。它直接決定著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，對(duì)整個(gè)工程的重要性如同人的心臟。
沒有原子鐘，就沒有校準(zhǔn)的時(shí)間，導(dǎo)航衛(wèi)星基本上就沒用了。
數(shù)次嘗到合作伙伴關(guān)鍵時(shí)候“掉鏈子”滋味的北斗研發(fā)人員，終于鐵了心——與其被別人卡脖子，不如自己造出原子鐘。哪怕技術(shù)弱一點(diǎn)，也要把主動(dòng)權(quán)牢牢攥在自己手里。
按北斗總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)制定的目標(biāo)，中國自己研發(fā)的原子鐘誤差要達(dá)到10的-12次方，即原子鐘每十萬年只出現(xiàn)一秒的誤差。
為了趕工期，北斗組建了中科院、航天科技、航天科工三支隊(duì)伍，同時(shí)攻關(guān)，并在基礎(chǔ)理論、材料、工程等領(lǐng)域同步進(jìn)行推進(jìn)。最終兩年之后，國產(chǎn)星載原子鐘被成功研制出來。
北斗系統(tǒng)的原子鐘
讓人欣喜的是，這款中國自主研發(fā)的原子鐘，性能指標(biāo)比當(dāng)初想買的歐洲原子鐘還要好。
消息傳到歐洲人那里，此時(shí)歐洲又同意賣給中國原子鐘，而且價(jià)格還比原來降了一半。
但中國仍堅(jiān)持用自己的原子鐘�！拔覀冊斐隽撕诵年P(guān)鍵器部件，國產(chǎn)化的信心也增強(qiáng)了。”楊長風(fēng)說。
2007年4月上旬，趕在頻率失效前的最后幾天，衛(wèi)星被運(yùn)到發(fā)射基地，搭上發(fā)射塔架。
數(shù)年緊繃神經(jīng)的北斗人，眼看就可以松一口氣了。
衛(wèi)星最后的發(fā)射日期定在4月14日。這個(gè)日期已經(jīng)很緊張了，如果一切順利的話，該星升空并回傳信號(hào)，北斗就能趕在4月18日頻率失效前完成頻率占用。
可是，好事總是多磨。
在發(fā)射前三天的第三次總檢查時(shí)，工作人員突然發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星上的應(yīng)答機(jī)異常。
這個(gè)應(yīng)答機(jī)，相當(dāng)于人們用的手機(jī)，它讓天上的衛(wèi)星和地面接收站形成互聯(lián)互通。應(yīng)答機(jī)壞了，衛(wèi)星就不能發(fā)射無線電信號(hào)，那就拿不到合法的頻率資源。
這一消息就像一盆冷水，潑在正沉浸于喜悅中的北斗人頭上。
“最關(guān)鍵的時(shí)候，出了這個(gè)問題，我們非常揪心�！北倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)說。
由于這顆衛(wèi)星帶著占領(lǐng)頻率資源的“使命”，只能背水一戰(zhàn)。北斗科研人員只有3天的時(shí)間來解決這個(gè)問題。
為了確保衛(wèi)星萬無一失，研發(fā)人員在細(xì)研究后決定對(duì)衛(wèi)星“開膛破肚”。工作人員先爬上塔架打開火箭、撥開衛(wèi)星，然后進(jìn)去拿出有問題的應(yīng)答機(jī)設(shè)備，這過程不能有絲毫的不當(dāng)操作，否則其他系統(tǒng)受到損害麻煩將更大。
工作人員爬上已在發(fā)射架上的衛(wèi)星進(jìn)行檢修
最后，應(yīng)答機(jī)拿出來了，另外一個(gè)問題也來了：應(yīng)答機(jī)的科研單位在上海，發(fā)射地所在的西昌彼時(shí)還沒有高速公路和機(jī)場，想在3天內(nèi)往返于西昌和上海并修復(fù)應(yīng)答機(jī)，絕無可能。
各方協(xié)調(diào)之下，北斗指揮人員決定在成都一家科研單位修復(fù)應(yīng)答機(jī)。
“顛簸了四五個(gè)小時(shí)，都是懷里抱著的，防止車的震動(dòng)（損壞應(yīng)答機(jī)），像個(gè)孩子一樣保護(hù)著�！睏铋L風(fēng)說。
工作人員終于趕在發(fā)射前將應(yīng)答機(jī)裝回衛(wèi)星。2007年4月14日4時(shí)11分，這顆肩負(fù)著保頻率使命的北斗衛(wèi)星成功發(fā)射。
眼看著勝利時(shí)刻就要到來。
接下來的三天，十多家北斗衛(wèi)星研制廠家集中在一個(gè)大操場上，把衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)擺成一線，等待著信號(hào)的傳回。工作人員不分白天黑夜地調(diào)試地面設(shè)備，接收信號(hào)。但直到4月17日白天，地面站仍未收到衛(wèi)星信號(hào)。
這三天，對(duì)年近50歲的楊長風(fēng)而言度日如年。“維修的那三天說句實(shí)在話，心情緊張、沉重、壓力也很大，72小時(shí)基本上沒合眼�！彼Q。
17日晚，眼看著ITU的“七年之限”即將到期，地面信號(hào)接受機(jī)仍毫無動(dòng)靜。
到了晚上八點(diǎn)，十幾個(gè)用戶接收機(jī)界面突然跳動(dòng)，北斗衛(wèi)星終于下發(fā)了第一組信號(hào)。
看到這一幕， “我們整個(gè)操場歡呼跳躍，同志們互相擁抱，來祝賀這個(gè)勝利�！睏铋L風(fēng)回憶稱。
懸著的心終于落下了。
北斗二號(hào)首顆衛(wèi)星圓滿完成使命，不僅成功入軌，還占到了頻率。但驚險(xiǎn)的是，等待了7年的北斗衛(wèi)星，最后在離ITU的“7年之限”不到4個(gè)小時(shí)的時(shí)候迎來合法化。
“一說起這個(gè)場景，我就要流淚。這是一種壓力的釋放，更是完成任務(wù)的一種喜悅。這項(xiàng)工作關(guān)系到整個(gè)北斗系統(tǒng)，關(guān)系到它未來的發(fā)展。接收不到信號(hào)，就沒有現(xiàn)在的北斗系統(tǒng)�！倍嗄旰笤诮邮苊襟w采訪時(shí)，楊長風(fēng)回憶當(dāng)時(shí)的場景仍激動(dòng)不已。
在整個(gè)北斗工程中，這顆星充當(dāng)著承上啟下的作用：既是前13年努力的結(jié)晶，也為接下來13年的建設(shè)打好鋪墊。
4.一年18星的北斗速度
解決軌道問題后的北斗進(jìn)入了開掛模式。
2009年，第二顆北斗二號(hào)導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射；2010年一年，5顆衛(wèi)星相繼發(fā)射；2011年，又有3顆北斗衛(wèi)星發(fā)射，其中一顆還經(jīng)歷了冒雨發(fā)射，頗有雷打不動(dòng)的意味。
到2012年10月底，北斗二號(hào)系統(tǒng)在連發(fā)了16顆衛(wèi)星后，正式完成組網(wǎng)并投入運(yùn)營。
此后北斗二號(hào)系統(tǒng)又補(bǔ)充發(fā)射了6顆衛(wèi)星，至今仍在為亞太地區(qū)提供導(dǎo)航等服務(wù)。
北斗二號(hào)的完成，讓中國徹底贏得了中歐之間的頻率競爭。
實(shí)際上，在2010年北斗二號(hào)發(fā)射第三顆衛(wèi)星時(shí)，就正式采用與歐洲“伽利略”衛(wèi)星一樣的PRS頻段。為此歐洲航天局的代表團(tuán)數(shù)次來到北京請(qǐng)求與中國談判。
歐洲官員的說法是，該頻率是歐洲從美國人手中花“血本”取得的，而且伽利略系統(tǒng)早已按此頻率進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，已經(jīng)無法修改，因此要求中國北斗系統(tǒng)“搬遷”到其他頻道上。
但中國是按照ITU的“先占先得”規(guī)則依法獲得的頻率，沒有理由讓出。2015年初，無計(jì)可施的歐盟被迫接受了中國提出的頻率共用理念，中歐的頻率之爭得到解決。
在第二顆北斗二號(hào)衛(wèi)星發(fā)射的2009年，北斗三號(hào)也啟動(dòng)了。
8年后的2017年11月5日，我國成功以“一箭雙星”的方式發(fā)射2顆北斗三號(hào)中圓軌道衛(wèi)星。這是北斗三號(hào)衛(wèi)星的首次發(fā)射，標(biāo)志著中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)步入全球組網(wǎng)時(shí)代。
接下來的一年，北斗三號(hào)進(jìn)入衛(wèi)星高密度發(fā)射期。
2018一整年，北斗三號(hào)共發(fā)射了18顆衛(wèi)星，這在世界導(dǎo)航衛(wèi)星史上破了先例，締造了“北斗速度”。
這年12月27日，中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其正式對(duì)外宣布，北斗三號(hào)基本系統(tǒng)完成建設(shè)，開始提供全球服務(wù)。
此時(shí)的北斗已經(jīng)完全超越伽利略系統(tǒng)。
一個(gè)例子便是，2019年下半年，歐洲伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的所有服務(wù)中斷，且中斷時(shí)長近一周。
歐洲將伽利略系統(tǒng)癱瘓的責(zé)任推給中國，抱怨這次癱瘓是“被中國逼的”。
然而最終故障的調(diào)查報(bào)告卻讓人無語：系統(tǒng)癱瘓的罪魁禍?zhǔn)资侨藶槭д`加管理混亂。簡單來說，就是沒人管導(dǎo)致的。
很難相信，這就是十多年前在技術(shù)、資金和研發(fā)進(jìn)度等方面都超過北斗的導(dǎo)航系統(tǒng)。
而北斗系統(tǒng)依然勢頭不減，2019年又接連發(fā)了10顆衛(wèi)星。
此次發(fā)射的最后一顆北斗組網(wǎng)衛(wèi)星，是第32顆北斗三號(hào)衛(wèi)星，同時(shí)也是第55顆北斗全球組網(wǎng)衛(wèi)星。
至此，整個(gè)北斗系列共發(fā)射了59顆衛(wèi)星，他們分別分布在地球靜止軌道（GEO）、傾斜地球同步軌道（IGSO）和中圓地球軌道（MEO）。
其中，在最后用以支撐北斗系統(tǒng)全球覆蓋的30顆北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星（小于實(shí)際發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量）中，3顆是GEO衛(wèi)星，3顆是IGSO衛(wèi)星，24顆是MEO衛(wèi)星。
三類衛(wèi)星相互配合——3顆GEO衛(wèi)星可基本實(shí)現(xiàn)對(duì)中國區(qū)域的三重增強(qiáng)覆蓋，可降低整個(gè)星座的衛(wèi)星數(shù)量，以控制成本，且GEO衛(wèi)星還具備短報(bào)文通信功能，一星多用。
3顆IGSO衛(wèi)星則可彌補(bǔ)GEO衛(wèi)星在高緯度地區(qū)仰角過低的問題，可對(duì)高緯度地區(qū)進(jìn)行有效的信號(hào)增強(qiáng)。
最后24顆MEO衛(wèi)星則構(gòu)成了北斗全球組網(wǎng)的核心星座，GPS、格洛納斯和伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星均部署在該軌道上。
但由于地緣政治原因，我國不可能像美國GPS那樣，在全球建立地面站。為解決境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸通道問題，北斗系統(tǒng)又最先采用了一個(gè)獨(dú)特的新設(shè)計(jì)——采取星間、星地傳輸功能一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面站的鏈路互通。
這一方式被稱之為“星間鏈路”，它不僅解決了在全球建地面站的難題，還將北斗系統(tǒng)的精度提升了兩倍。
甚至，連GPS在2010年升級(jí)后的二代系統(tǒng)中也選擇了用這種方式連接。這一次，中國智慧再次讓“對(duì)手”嘆服。
盡管北斗全球組網(wǎng)最終完成，但這并不是終點(diǎn)。
按計(jì)劃，到2035年我國將建成以北斗為核心，更加融合、更加智能的綜合定位導(dǎo)航授時(shí)(PNT)體系。
但當(dāng)下，北斗的另一項(xiàng)工作正在如火如荼地展開。
5.加入萬億市場戰(zhàn)局
這項(xiàng)工作就是軍民融合與商業(yè)化。
因軍事需要誕生的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在民用、商用領(lǐng)域有更大的價(jià)值空間。
歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)局在《2019年全球衛(wèi)星導(dǎo)航市場報(bào)告》中稱，2019年全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約為1507億歐元，折合人民幣約1.2萬億元。
這其中，超過90%的市場被GPS占領(lǐng)，其他導(dǎo)航系統(tǒng)分食剩下不足10%的市場。
盡管目前GPS仍一家獨(dú)大，但隨著北斗、伽利略等系統(tǒng)建設(shè)完成，GPS的優(yōu)勢正在減弱。
且北斗作為后研發(fā)的系統(tǒng)，在功能上有一些優(yōu)越性：
首先，我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)首次創(chuàng)造了三種不同軌道的混合星座，由于高軌衛(wèi)星多，因此抗遮擋能力強(qiáng)，在低緯度地區(qū)性能更為明顯；
其次，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有短報(bào)文通信功能，應(yīng)用方向更廣泛；
第三，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)以“星間鏈路”的連接方式取代全球建地面站的方式，可不依賴地面通信站實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和通信功能。
一場新的全球?qū)Ш绞袌龈傎愓诖蝽憽?/p>
早在2013年，北斗二號(hào)系統(tǒng)投用后便開啟了商業(yè)化。
在當(dāng)年的《中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》發(fā)布會(huì)上，中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)的代表對(duì)2013年冠以兩個(gè)“元年”——“北斗系統(tǒng)在個(gè)人手機(jī)終端和車載電子設(shè)備標(biāo)配化的啟動(dòng)元年”和“北斗位置服務(wù)的元年”。
這一年，國家層面數(shù)次推動(dòng)北斗商業(yè)化：1月14日，交通運(yùn)輸部部署加快推進(jìn)“重點(diǎn)運(yùn)輸過程監(jiān)控管理服務(wù)示范系統(tǒng)工程”實(shí)施工作，成為第一個(gè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用示范工程；9月，國家發(fā)展改革委、科技部等部門共同研究起草的《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》正式發(fā)布實(shí)施，其提出到2020年北斗導(dǎo)航及其兼容產(chǎn)品對(duì)國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場的貢獻(xiàn)率要達(dá)到60％。
此后，北斗相繼在電力、車輛管理、汽車導(dǎo)航、可穿戴設(shè)備、航海導(dǎo)航、GIS數(shù)據(jù)采集、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧物流、無人駕駛、工程勘察等領(lǐng)域展開應(yīng)用。
北斗系統(tǒng)典型應(yīng)用
甚至北斗很多應(yīng)用就在人們的日常生活中，比如鐵路安全和共享單車停放。
我國鐵路主要是通過信號(hào)機(jī)、列控等信號(hào)系統(tǒng)來保障列車運(yùn)行安全。但是，信號(hào)系統(tǒng)不同程度地依賴于地面設(shè)備。在強(qiáng)自然災(zāi)害等極端情況下，設(shè)備可能遭到嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致調(diào)度指揮出現(xiàn)盲區(qū)，從而引發(fā)列車追尾等重大交通事故。而北斗系統(tǒng)在不依賴于地面設(shè)備的情況下還能全天候?yàn)榱熊囘M(jìn)行定位，成為避免列車追尾事故的首選方案。
共享單車停放是城市管理者最頭疼的事之一。在應(yīng)用了北斗定位系統(tǒng)后，單車可指定某個(gè)電子停車區(qū)域，車輛只有停放到區(qū)域內(nèi)才能夠鎖車，否則無法鎖車并一直計(jì)費(fèi)。
根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2019）》，截至2018年，僅中國的衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值已達(dá)3016億元，與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用直接相關(guān)的產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值達(dá)1069億元，北斗對(duì)產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)值貢獻(xiàn)率達(dá)80%。
盡管目前北斗的市場規(guī)模在1000億左右，遠(yuǎn)低于美國GPS，但其潛力正加速爆發(fā)，越來越多的國外項(xiàng)目，已經(jīng)認(rèn)可北斗的價(jià)值。
先是東南亞四國（泰國、老撾、文萊和緬甸）與中國政府簽訂協(xié)議，采用我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。
隨后巴基斯坦也加入“北斗陣營”。
此后，就連已有導(dǎo)航系統(tǒng)的俄羅斯也來購買北斗產(chǎn)品。
到2019年，北斗系統(tǒng)已經(jīng)在印度尼西亞土地確權(quán)、科威特建筑施工、烏干達(dá)國土測繪、緬甸精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、馬爾代夫海上打樁、柬埔寨無人機(jī)、泰國倉儲(chǔ)物流、巴基斯坦機(jī)場授時(shí)以及俄羅斯電力巡檢等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
如今，北斗地基增強(qiáng)技術(shù)和產(chǎn)品成體系輸出海外，北斗基礎(chǔ)產(chǎn)品已出口至120余個(gè)國家和地區(qū)，北斗高精度產(chǎn)品也出口到90多個(gè)國家和地區(qū)。
其實(shí)某種意義上，導(dǎo)航系統(tǒng)的軍事價(jià)值也需要通過民用價(jià)值來鞏固，因?yàn)橐粋�(gè)沒人用的導(dǎo)航系統(tǒng)在性能提升和行業(yè)滲透上都會(huì)遇到瓶頸，也就失去了在緊急狀態(tài)下的安全基礎(chǔ)和充當(dāng)反制手段的潛力。
數(shù)年前，全球最著名的軍事期刊英國《簡氏防務(wù)周刊》就曾撰文稱，中國的北斗系統(tǒng)對(duì)美國的GPS系統(tǒng)構(gòu)成了挑戰(zhàn)，美國壟斷衛(wèi)星導(dǎo)航高科技的時(shí)代將結(jié)束。
如今看，這一說法正在慢慢應(yīng)驗(yàn)——中國獨(dú)立研制的導(dǎo)航系統(tǒng)不僅沖破了種種國外封鎖，還站到了世界衛(wèi)星導(dǎo)航的競技場，并慢慢秀出肌肉。
當(dāng)下的中國科技市場，正經(jīng)歷十多年前北斗的遭遇——技術(shù)強(qiáng)國的技術(shù)封鎖。
這種封鎖是全球化退步的無奈現(xiàn)象，將給各國產(chǎn)業(yè)帶來陣痛，并重復(fù)消耗全人類本就不多的資源。但面對(duì)已在形成的事實(shí)，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上仍是后發(fā)國家的中國也沒有更多的選擇：只能自己干。
如何在起步時(shí)間、資金、技術(shù)、人才甚至國際資源都處于下風(fēng)的情況下闖出一條路？北斗或許能為中國科技發(fā)展給出啟示。
