嚞星高照 进入新时代

本刊记者 / 蔡晓臻

北斗建成、嫦娥奔月、天问探火……对中国航天来说，2020 年是个丰收的年份。在这满满的收获之中，北斗全球卫星导航系统的建成无疑是为我国交通运输业带来了极大的好处。交通运输行业是北斗系统最大的民用用户之一，长期以来，交通运输部高度重视将北斗系统应用作为交通强国建设、数字交通发展的重要支撑。2021年是“十四五”规划的发展时期，中国交通驶入高质量发展的快车道，要从交通大国向交通强国迈进。

北斗是基础的基础

2020年6月23日9时43分，北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心发射升空。这颗卫星的成功发射，意味着北斗三号的30颗组网卫星全部到位，北斗三号星座部署全面完成，北斗将进入服务全球、造福人类的新时代。

北斗卫星，一般指中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）。它是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。BDS由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

交通运输行业是北斗卫星系统最为核心和重要的民用领域，将北斗卫星系统与现有交通运输系统设备融合应用，是落实国家战略和促进经济社会发展的重要举措，也是新基建背景下推进数字化交通运输行业发展，建设交通强国的迫切需求。

北斗卫星导航系统是由我国自主建设运行的重要空间基础设施，也是我国迄今为止，规模最大、覆盖范围最广、服务性能要求最高的巨型复杂航天系统。从20世纪80年代提出设想，到1994年正式启动北斗一号工程建设；从北斗一号向中国提供服务、北斗二号覆盖亚太地区，到北斗三号完成全球组网，30多年时间里，几代北斗人按“三步走”战略，奋起直追、不断超越，先有源、后无源，先区域、后全球，走出了一条中国特色的卫星导航系统建设道路。

北斗作为继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略后的全球第四大卫星导航系统，拥有自主知识产权和核心技术，卫星单机和关键元器件国产化率达到100%。导航系统提供的是时间和空间信息，构成的是时空基准网络，无论天上飞的、地上走的还是水里游的，无论人员、车辆、轮船还是飞行器，都离不开精准的时空信息。“作为基础标称的时间和空间信息，如果由别人提供，就会陷入被动。”航天科技集团五院北斗三号卫星总设计师陈忠贵说，“比如，对新基建来说，时间基准和空间位置基准就是至关重要基础，可以说，北斗导航系统是新基建的基建，基础的基础。”

有关北斗卫星

中国在上世纪80年代开始研究北斗卫星导航系统时，美国的GPS已经可以使用。那么问题就来了，明明有GPS可以使用，我国为什么一定要费时费力又费钱的研发北斗卫星导航系统呢？

发射北斗卫星要从一次空难说起。1983年，韩航空007航班从纽约起飞后，离奇进入苏联上空。天色昏暗，苏军射击警告，客机并未察觉，在即将飞离苏联领空时，被导弹击落。消息传出，举世震惊，冷战阴云正浓，美苏强压怒火，等待黑匣子调查结果。结果显示，客机闯入领空是因地磁导航故障。同年，美国总统里根决定将建设中的GPS系统，开放全球民用。

然而在两年后，中方负责人卜庆君参加了全球GPS研讨会，会上美国明确表示，国会在特殊情况下会对GPS采取三种措施：1、降低对方的导航精度；2、随时变换编码；3、进行区域性管理。意思就是，在特殊情况下，美国可以限制国内外用户对GPS的使用。照这样看，如果过度依赖GPS无疑是受制于人，将自己的高楼大厦建立在别人的地基上。为了不受制于人，卜庆君找到中科院院士陈芳允一起商量卫星定位计划。

陈芳允毕业于清华，抗战时执教西南联大，留洋时设计过世界第一部海用雷达，归国后研发过第一颗卫星，七十年代曾提出卫星定位“灯塔”计划，但无奈搁浅。美国GPS定位用四星测距，为节约，陈芳允设计出“两星定位”方案，然而受限于八十年代国力，计划再度尘封。老人无奈写诗，“人生路必曲，仍须立我志”。

陈芳允浙江台州黄岩人，无线电电子学家，中国卫星测量、控制技术的奠基人之一，“两弹一星功勋奖章”获得者，中国科学院院士，中国科学技术大学和国防科技大学教授。

北斗一号

卫星定位再成焦点，已是九十年代初。1990年夏天，美国GPS系统第8颗卫星发射当日，海湾战争打响。多国部队穿越茫茫沙海，伊军茫然无措，伊拉克战俘称，“我们从来不敢进沙漠，在那会把自己丢掉”。因为天空上的星辰凝视，海湾战争中，伊军伤亡超10万，而美军阵亡仅146人。精确制导的导弹，可以准确钻入前一枚炸出的缺口。尚未成熟的定位系统，主宰了战争，也摇动着世界的天平。

不仅如此，1993年，中国货轮银河号载着文具、小五金、机械零件和染料等货物从天津港出发，计划运往中东地区。这本来是一次普通的商业贸易，却遭到了美方质疑船上载有可以制造化学武器的违禁化学品。美方关闭了银河号所在海域GPS信号，货轮无奈在印度洋上漂流了33天。最后，两次搜查证明，银河号上根本没有任何违禁品。

第二年，北斗一号卫星导航建设正式启动，主方案正是九年前“两星定位”。一开始项目组在一间不足20平米的房间里办公，手里没卫星，就从其他两个卫星计划中腾出两颗备用卫星。1995年，卜庆军去哈尔滨工业大学招人，博士生应聘时都问了两个问题：待遇多少？能解决住房吗？当时，广州一企业正在校招，月薪五千，提供住房。最终，卜庆君一名博士生没招到，只有四五名本科生愿意前往北京。几经周折后，团队终有雏形。科学家们为北斗设计了两个新功能，一个是让迷途中人可以发120字短讯求助，一个是让用户5秒之内获得导航反馈。

而后，项目卡在了第一道坎——无法解决卫星信号的“快捕精跟”问题。在项目中，地面信号快捕精跟系统和地面信息处理系统是引不进，买不来，必须自主研发的技术。当所有人一筹莫展时，王飞雪、雍少为和欧钢三位博士研究生还没毕业的20多岁小伙子，拿出了一套“全数字化”方案。三个人在一个不到10平方米的实验室，拿着4万元经费，围着一台比较先进的计算机，耗时3年得到了第一批“快捕精跟”数据。

2000年10月，北斗首星发射，一个多月后，第二颗北斗卫星也被送入太空，中国成为继美俄后，第三个建成卫星导航的国家。

北斗二号

2002年，为了不过度依赖GPS，欧盟发起“伽利略”卫星计划。恰好这时，我国遭遇技术瓶颈，欧盟又缺乏研发基金，因此双方决定联手开发。然而，2006年，中方支付2.7亿欧元加盟费后，决议不让表态，资料不让浏览，技术不被告知，中国完全被排除在项目之外，欧洲媒体称“中国人感到被严重利用甚至是羞辱了”。在这种情况下，我国开始独立研发北斗。此时北斗遇到了第二个坎——氢原子钟。卫星在太空定位是用时间计算空间，原子钟就是计时工具。氢原子钟是北斗导航系统的心脏，如果原子钟有1秒误差，就意味着卫星定位会偏离30万公里，这是真正的差之毫厘，谬之千里。当时只有美国和欧盟掌握原子钟技术。此前中国向欧洲一家公司购买原子钟，但在中国决定独立研发后，欧洲公司临时又不卖了，科学家们只好走上了原子钟自主研发道路。幸好仅花两年时间中国原子钟面世，300万仅误差1秒，部分指标已超越GPS和伽利略系统。不仅如此，当时星空之上，卫星导航黄金频段已被美俄占去，只余一小段频率资源，国际电联约定：卫星先到者先得，且过期作废。过期期限设在2007年4月17日。

2007年4月16日晚8时，北斗二号首颗卫星信号从两万公里外的太空传回，此时距频率失效仅剩4小时。现场一片欢腾，那些常年沉默的人，放声哭笑。人群中没有陈芳允，老人早在2000年北斗一号首星发射前数月，因病辞世。

北斗二号的上天解决了亚太地区定位问题。2008年汶川地震，震中映秀道路、电力、通讯中断，与外界失去联系，数万人生死不明。地震20余小时后，第一支部队突破死亡线，进入映秀，借助一台北斗终端，发出百字短讯，这是震中传出的第一条消息。此后，指挥部紧急调配了1000多台北斗终端，救援部队借此发送了74万条短讯，字字千金。这是北斗首次登上公众舞台。

耗时26年，发射55颗卫星，投资120亿元，30万人参与，跨越三代的中国北斗完成全球卫星导航系统的排兵布阵。

北斗三号

2009年，解决国内和亚太区定位问题后，北斗三号开始放眼全球，建立全球定位系统。此时迎面砸来了第三道坎——无法在境外建立地面站。因地缘政治，中国很难仿效美国GPS在全球建立地面站。北斗团队为此发明了星间链路，让卫星互联，只要有一颗卫星在中国领空，所有卫星便能通过它，联系到国内地面站。说白了就是把所有卫星都拉到一个群里，共享位置。星间链路一个关键技术方案的提出者康成斌，当年只有29岁。北斗科学家将这项技术形容为“让宇宙中的两颗尘埃私聊”。

2017年使用星间链路技术的北斗三号成功发射，2020年6月23日北斗系统最后一颗卫星在西昌成功上天，最后这颗卫星被昵称“吉星”。至此，耗时26年，发射55颗卫星，投资120亿元，30万人参与，跨越三代的中国北斗完成全球卫星导航系统的排兵布阵。

“目前，世界上已有半数以上的国家使用北斗，全球系统建成后，无论你在世界的任何角落，北斗都会向你提供满意的服务。”北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风说。北斗为全球卫星导航事业发展提供了中国方案，将以更开放的姿态、强大的功能和优质的性能服务全球，造福人类。

北斗在交通运输行业

在道路交通中

北斗卫星系统在道路交通中应用较多，尤其在智能交通、道路堵塞治理、车辆监控和车辆自主导航方面广泛应用。高精度定位是实现车路协同和自动驾驶的基础，将北斗定位系统与5G通信技术、人工智能等计算机技术进行有效融合，从而将人、车、路和云端更好地结合在一起，相互协调，共同运作。同时，通过对车辆位置、路面信息和红绿灯状况等进行实时定位和监控，为城市交通管理及车辆调度提供基础的数据支撑。

不仅如此，在道路货运方面，基于北斗系统和终端的全国道路货运车辆公共监管与服务平台有效加强了道路营运车辆监控效率，能够实现对于货物的跟踪和管理，同时提高了道路运输安全水平，降低了道路运输事故率和伤亡人数。

在高速铁路中

随着城际高速铁路纳入“新基建”行列，我国正式开启了城际高铁时代。在北斗卫星导航系统的支持下，铁路运输系统进一步实现了智能化发展。利用导航系统中的定位系统，能够更快速地获取高铁车辆的行驶信息，方便对高铁车辆进行更高效的调度和管理。同时，铁路部门还可以利用北斗系统中的通讯功能，通过建立基于北斗系统的高铁通信平台，实现各个部门之间的数据实时传输，及时将运输信息传输到管理部门，从而为管理部门制定相应的管理方式和发送指令提供有效的参考依据。

此外，在安全方面，高铁也可以运用北斗系统进行道路的建设、路基沉降的监测，进行运行管理和运行安全监控。

如今，远洋航行已经成为国际货物贸易的主要运输方式，针对航运及水运的导航方面，也是卫星导航系统应用最早的领域之一。将北斗卫星导航系统应用于海运、水运交通中，能够为船舶的运行提供安全保障和航线的正确信息，使船舶的运输更加便捷快速。同时，北斗导航系统还能够支持通信服务，使人们能够在船舶运输的过程中和其他人取得联系。

在海洋搜救方面，我国交通运输部于2014年启动了“基于北斗的中国海上搜救信息系统示范工程”，该工程利用北斗系统作为遇险定位、报警通信、搜救指挥的技术手段，为海上遇险提供更多样化的报警手段，促进救援力量的科学调度。

在航天航空中

航天航空是人们生活及国家安全的重要方面，是我国的基础产业，在经济社会的发展过程中占有非常重要的地位，也是科技创新的重要领域。在北斗卫星导航系统的支持下，能够更准确地定位飞机的瞬时位置，对飞机飞行期间与其他物体的距离进行更精准的测量，从而制定出合理的飞行路线和进行航线调度，提高飞机飞行过程中的安全性。

同时，通过北斗卫星的气象监测功能，实时监测航班日前的天气状况，避免大雾、雷暴等极端恶劣天气。即便发生大雾或紧急天气，通过北斗卫星导航系统，飞机也能够精准地降落，完成盲降，进一步保障机场运营的安全性、有效性，促使航空业朝着人性化和智能化方向发展。

结尾

从汶川地震北斗首次登上公众舞台，此后数年，北斗巡视山河，悄然改变着我们的生活。在上海，它记录所有公交车轨迹，提供实时到站预报；在新疆伊犁，它精确引导拖拉机，每千米播种作业偏差不超2.5厘米；在青海，它守护着藏羚羊迁徙路线，看着藏羚羊穿越长夜昏晓，穿越无人之地；在东南沿海，当地渔民已有歌谣：出海一拜妈祖，二拜北斗。渔民们放弃了传统的GPS，大海上只知经纬意义不大，而用北斗，遭遇危险时，可互相预警。

这只是开始，在2020年，北斗定位标绘了湖北武汉火神山，遥感重测了珠穆朗玛峰，并帮监管部门找回了屡屡消失的獐子岛扇贝。北斗团队的人说，北斗如水、电、公路一样，是国家基础，“北斗应用只受想象力的限制”。

巡天的北斗已完成了最初的梦。它已有7亿终端，成为130个国家默认导航系统。在泰国，超2000万辆摩托车管理，依靠北斗定位。随着5G商用化和“新基建”时代的到来，北斗卫星系统正在与新一代通信、区块链、人工智能、大数据等新技术加速融合，相信未来将涌现出更多基于北斗应用的新模式、新业态和新经济。

无数个仲夏夜，一代代幼童仰望星空，第一次分辨银河，第一次看到北斗。星星的故事诡秘神奇，唯有北斗，关乎的是实用的生存。他们的人生前路，迷宫连环无尽，而走出迷宫，终需不变的方向。