北斗系統(tǒng)已進入了衛(wèi)星發(fā)射布網(wǎng)的高峰期。按計劃，到2020年，北斗將與美國GPS一樣，成為一個向全球提供服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　第7顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星于2010年12月18日成功發(fā)射。這顆“北斗星”進入太空預(yù)定工作軌道，意味著中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)正按計劃順利推進，今后幾年將持續(xù)進行組網(wǎng)發(fā)射。

　　數(shù)十年來，中國一直致力于研制自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗計劃從最初的“最高機密”，到如今已逐步推廣應(yīng)用。不僅中國軍隊的導(dǎo)航和授時方式已經(jīng)逐步由GPS向北斗轉(zhuǎn)換，金融、電力、漁政和森林防火等民用領(lǐng)域也在逐步使用北斗系統(tǒng)。

　　但很多人并不熟悉的是，從上世紀80年代北斗計劃起步開始，俗稱為“五院”的中國航天科技集團下屬中國空間技術(shù)研究院，就一直擔(dān)負著北斗計劃中衛(wèi)星方面的設(shè)計制造工作。

　　在第7顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射之后，《瞭望》新聞周刊來到這個中國空間航天器研制重鎮(zhèn)，在北斗系統(tǒng)衛(wèi)星總指揮李長江和總設(shè)計師謝軍的帶領(lǐng)下，近距離接觸了在未來即將發(fā)射的北斗衛(wèi)星，探悉有關(guān)北斗系統(tǒng)的方方面面。

　　進入承擔(dān)北斗衛(wèi)星研制工作的總體部大樓，大大小小標注著工作人員姓名的行李箱還擺放在走廊中，“這都是剛從發(fā)射基地拉回來的，事情太多，還沒來得及收拾呢。”跟隨李長江，本刊記者看到了即將在今明兩年發(fā)射的多顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。

　　三間數(shù)十米高的巨大廠房從西至東排列，在前兩間廠房中，多顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星一字排開，正在進行總裝集成。而總裝集成完畢的衛(wèi)星，將在最東側(cè)的一間車間內(nèi)，接受包括模擬空間環(huán)境、噪聲干擾等方面的測試。

　　“北斗衛(wèi)星的部件都是運往這里，進行總裝集成并接受測試。現(xiàn)在7顆衛(wèi)星上天以后，北斗系統(tǒng)可以說能用了。而那顆就是將在2011年4月發(fā)射的第三顆傾斜同步軌道(IGSO)衛(wèi)星，它上天之后，北斗系統(tǒng)就可以形成全面的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Α?rdquo;李長江指著一顆披著紅色保護層的衛(wèi)星說道。

　　從“燈塔”到“北斗一號”

　　“中國人關(guān)于利用人造衛(wèi)星進行導(dǎo)航定位的設(shè)想其實并不比外國人晚，是與世界同步的。”李長江說：“美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)是在上世紀60年代開始起步的，而幾乎在同一時段，中國空間技術(shù)研究院就開始了中國自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計，取名為‘燈塔’，但是由于文化大革命和國家財力等原因，工程下馬。”

　　“衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展不可或缺的信息基礎(chǔ)設(shè)施，是大國地位和綜合國力的重要標志。”李長江說，“世界各大國都高度重視發(fā)展自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。例如，美國不斷提高GPS的精度和抗干擾、抗攻擊、反利用能力，極力保持其霸主地位;俄羅斯克服經(jīng)濟困難，堅持全面恢復(fù)和自主控制格羅納斯(GLONASS)系統(tǒng);歐盟一直致力于建設(shè)獨立的伽利略(GALILEO)系統(tǒng);此外，在中國周邊，印度、日本也在積極謀求建設(shè)獨立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。大家都認識到，要有自主的系統(tǒng)，這是不容質(zhì)疑的。”

　　在這場看不見硝煙的競爭中，中國人走出了一條自己的路。1983年，“兩彈一星功勛獎?wù)?rdquo;獲得者、中國科學(xué)院院士陳芳允創(chuàng)造性地提出了雙星定位設(shè)計方案，即利用兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星，實現(xiàn)一個區(qū)域的導(dǎo)航定位。在這一設(shè)想的基礎(chǔ)上，北斗一號雙星定位系統(tǒng)開始了積極地立項論證。1994年，國務(wù)院和中央軍委批準了這一雙星定位系統(tǒng)立項報告，中國開始了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制建設(shè)。

　　“2000年10月31日北斗一號01星發(fā)射，12月21日北斗一號02星發(fā)射。2003年5月25日又發(fā)射了北斗一號03星，作為系統(tǒng)的備份星。經(jīng)過近3年的調(diào)試、測試和試運行，2003年12月15日，中國第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗一號系統(tǒng)正式開通運行。”李長江介紹說，利用兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星實現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ粚儆谑澜缡讋?chuàng)，具有鮮明的中國特色，而且投資很少。

　　“這一突破意義重大，這是繼美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的格羅納斯系統(tǒng)之后，全球第三個建成并投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。正如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計師孫家棟院士所說，我們實現(xiàn)了從無到有，解決了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的有無問題。”謝軍說。

　　北斗一號雙星定位系統(tǒng)的突出特點是，構(gòu)成系統(tǒng)的空間衛(wèi)星數(shù)目少、用戶終端設(shè)備簡單、一切復(fù)雜性均集中于地面中心處理站，其主要功能包括：

　　定位——快速確定用戶所在地的地理位置，向用戶及主管部門提供導(dǎo)航信息。

　　通信——用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間均可實現(xiàn)雙向簡短數(shù)字報文通信，就如同使用手機發(fā)短信一樣，這是北斗一號系統(tǒng)獨有的一項功能。目前，這項功能特別得到漁政、水文監(jiān)測和森林防火部門的青睞，在搶險救災(zāi)中也發(fā)揮了巨大作用。事實上，普通百姓第一次聽說“北斗”，大多是在2008年汶川抗震救災(zāi)期間。當(dāng)時，在基礎(chǔ)設(shè)備損壞，通信中斷的情況下，救援部隊緊急配備了1000多臺“北斗一號”終端機，實現(xiàn)了各點位之間、點位與指揮部之間的直線聯(lián)絡(luò)，為抗震救災(zāi)發(fā)揮了重要作用。

　　授時——中心控制系統(tǒng)定時播發(fā)授時信息，為定時用戶提供延時修正值。這也是一項非常重要的功能。在軍事領(lǐng)域，聯(lián)合攻擊之所以能夠精確打擊目標，是因為通過衛(wèi)星定位和高精度授時對目標進行了多維鎖定。在民用領(lǐng)域，例如電力部門，電力傳輸設(shè)備運行時間如果不同步，輕則運行設(shè)備失控，重則造成整個地區(qū)電網(wǎng)癱瘓。

　　李長江告訴《瞭望》新聞周刊，目前，北斗一號系統(tǒng)已經(jīng)得到成功運用。但北斗一號也有其缺陷：雙星定位，只能為終端用戶提供經(jīng)度和緯度，無法提供高度數(shù)據(jù);只能覆蓋中國及其周邊地區(qū)，不能覆蓋兩極地區(qū)，赤道附近定位精度差;無法在高速移動的平臺上使用，用戶無法保持無線電靜默，因而不能滿足高動態(tài)和保密的軍事用戶要求;用戶數(shù)量受一定限制。而且北斗一號衛(wèi)星壽命為8年，其中北斗01星、北斗02星壽命即將到期，因此發(fā)射新一代北斗衛(wèi)星勢在必行。

　　北斗升級覆蓋全球

　　“第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)中是一個起步階段，可以說是用很少的資金投入，打破了國外衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的壟斷，填補了我國衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的空白。但是由于本身原理上的限制，只能是一個區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，無法發(fā)展成像GPS那樣的全球衛(wèi)星系統(tǒng)。所以在第一代導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的同時，中國也同時開始了第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)論證。”李長江介紹道：“從1997年底開始起步，經(jīng)過充分、周密的論證，2004年9月，第二代導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)被批準實施。”

　　“我們的策略是‘解決急需，兼顧長遠;先區(qū)域，后全球’”。謝軍說，因此，第二代系統(tǒng)的建設(shè)分為幾步走：首先，完成一期工程，建成區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在我國重點地區(qū)提供基本的導(dǎo)航、定位、授時服務(wù)，滿足急需。同時為應(yīng)用開發(fā)全球系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

　　“這一階段，對于我們搞衛(wèi)星系統(tǒng)的來說，就是要在2012年把區(qū)域系統(tǒng)的衛(wèi)星全部發(fā)射上天，其中包括地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星、傾斜同步軌道(IGSO)衛(wèi)星、中圓軌道(MEO)衛(wèi)星。到目前為止，我們已經(jīng)發(fā)射了7顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。2011年將發(fā)射4顆，2012年發(fā)射5顆。按照規(guī)劃，當(dāng)2011年4月第三顆傾斜同步軌道(IGSO)衛(wèi)星發(fā)射后，北斗系統(tǒng)就已經(jīng)可以形成區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ荒芰?。?dāng)2012年完成所有區(qū)域系統(tǒng)衛(wèi)星發(fā)射后，一是我們的區(qū)域?qū)Ш綄⒏臃€(wěn)固，可靠性穩(wěn)健性將更強。衛(wèi)星更多，自然可提供更快更準的服務(wù)。二是在全球軌道上部署了我們的導(dǎo)航衛(wèi)星，占有全球衛(wèi)星導(dǎo)航頻率資源。”

　　對于這一點，謝軍解釋說：“首先，衛(wèi)星上天需要軌道位置，就好比停車要有個停車位;其次，系統(tǒng)運行需要頻率資源。而這兩樣，現(xiàn)在都是資源緊張，爭奪激烈。比如說，導(dǎo)航衛(wèi)星的頻率資源大部分被美國的GPS占有，俄羅斯的格羅納斯也占了一部分，中國和歐盟就只能見縫插針，因此北斗系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng)計劃使用的頻率互有重疊。在這種情況下，誰先使用這個頻率誰就占據(jù)了這個頻率資源。”

　　其次，在2015年前，完成全球系統(tǒng)建設(shè)的在軌飛行技術(shù)試驗工作，全面解決二期工程的關(guān)鍵技術(shù)。

　　之后，2020年前，完成二期工程，建成與國外先進衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)相當(dāng)?shù)娜蛐l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。到時，北斗系統(tǒng)的空間段將由30多顆不同軌道類型的衛(wèi)星組成。據(jù)了解，目前二期工程的建設(shè)工作已經(jīng)啟動。

　　對于北斗系統(tǒng)具有的特點和優(yōu)勢，李長江分析說，在一期工程完成之后，第一，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供導(dǎo)航定位服務(wù)，其精度可以達到重點地區(qū)水平10米，高程10米，其他大部分地區(qū)水平20米，高程20米;測速精度優(yōu)于0.2米/秒。這和美國GPS的水平是差不多的。

　　第二，授時服務(wù)。授時精度可達到單向優(yōu)于50納秒，雙向優(yōu)于10納秒。

　　第三，短報文通信服務(wù)。這一功能能夠保證在我國及周邊地區(qū)具備每次120個漢字的短信息交換能力。“一代系統(tǒng)的用戶不少，用得也很好，我們不能建設(shè)了二代系統(tǒng)，一代就廢了。所以，我們要做到二代兼有一代的功能，也有短報文通信能力。”

　　第四，具備一定的保密、抗干擾和抗摧毀能力;系統(tǒng)的導(dǎo)航定位用戶容量不再受到限制，并且保證用戶設(shè)備的體積小、質(zhì)量輕、功耗低，滿足手持、機載、星載、彈載等各種載體需要。

　　在二期工程完成之后，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)范圍將由我國及周邊地區(qū)向全球擴展，導(dǎo)航定位精度將提高，全球區(qū)域達到水平5米，高程8米。此外，系統(tǒng)安全性能將進一步提高，短報文通信性能也將得到進一步改善。

　　李長江說：“系統(tǒng)建成后，最重要的當(dāng)然是應(yīng)用了。在民用領(lǐng)域，我估計2012年完成區(qū)域系統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射后，到2013年，老百姓就可以開始使用北斗系統(tǒng)。目前，在建的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除空間段衛(wèi)星系統(tǒng)、地面運控系統(tǒng)外，用戶應(yīng)用系統(tǒng)也在大力建設(shè)之中。我國已經(jīng)把北斗系統(tǒng)用戶終端機的開發(fā)作為推廣應(yīng)用的重要內(nèi)容，不少國內(nèi)廠商都在積極研制基于北斗系統(tǒng)的輕便、實用的用戶終端設(shè)備。”

　　孫家棟院士撰文指出，在與國外導(dǎo)航系統(tǒng)競爭的情況下，在較短時間內(nèi)完成北斗在國家經(jīng)濟安全領(lǐng)域的推廣應(yīng)用和在大眾市場的迅速擴展，還面臨不少挑戰(zhàn)：

　　首先就是必須擁有核心自主知識產(chǎn)權(quán)的接收機芯片——自主知識產(chǎn)權(quán)的挑戰(zhàn)是不言而喻的。目前，在衛(wèi)星導(dǎo)航芯片這一核心技術(shù)領(lǐng)域，我國的專利還寥寥無幾，而國外廠商僅基帶芯片已擁有2000多項專利。我們完全有理由擔(dān)憂，在不遠的將來，會不會出現(xiàn)又一個“有機無芯”的產(chǎn)業(yè)。解決這一問題，十分緊迫，需要創(chuàng)造更好的機制，鼓勵在基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)等方面自主創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)，保護自主知識產(chǎn)權(quán)，提高核心競爭力。

　　其次，必須提出有競爭力的應(yīng)用解決方案和規(guī)模推廣策略——目前，GPS已占據(jù)我國衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用絕大部分市場，在這種情況下，北斗系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化面臨巨大挑戰(zhàn)。我國擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的最大市場，緊緊抓住應(yīng)用的基礎(chǔ)市場，充分發(fā)揮北斗服務(wù)特色，創(chuàng)造性地提出應(yīng)用解決方案和規(guī)模化推廣策略，是北斗系統(tǒng)應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

　　關(guān)鍵技術(shù)多項突破

　　多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的競爭，將是一場世界大賽，領(lǐng)先者將占據(jù)主導(dǎo)，落后者將被邊緣化。這并非危言聳聽，而是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球化競爭下的殘酷現(xiàn)實。孫家棟院士指出，各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間的競爭，其實質(zhì)還是技術(shù)上的角力，系統(tǒng)性能是競爭的核心。

　　北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星研制工作，便實現(xiàn)了多項關(guān)鍵技術(shù)突破。

　　李長江說：“首先，也是最基本的，就是實現(xiàn)了衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運行。如果衛(wèi)星運行不穩(wěn)定，那就什么也干不了了。”

　　其次，自主研制了高精度星載原子鐘。“衛(wèi)星導(dǎo)航要想達到定位準、精度高，最關(guān)鍵的就是時間必須精確、必須穩(wěn)定，要有高精度星地時間比對。這就需要依靠核心的設(shè)備原子頻標，也就是俗稱的原子鐘。目前，我們自主研制的星載銣鐘已經(jīng)在軌運行了3年，它的穩(wěn)定度、準確度已經(jīng)接近國際先進水平。”謝軍說：“最初，我們還是想從國外引進原子鐘，但是后來發(fā)現(xiàn)，人家對我們還是存有戒心，是不會把最好的東西給咱們的，還得靠自己。這項技術(shù)突破是集全國之力實現(xiàn)的，參與的單位包括北京大學(xué)、中科院、中國航天科技集團等多個部門，參與的人包括空間物理、空間無線電等多個領(lǐng)域的專家，大家共同把原子鐘做了出來。但我們也得看到，與國外系統(tǒng)的高精度星載原子鐘相比，國產(chǎn)銣鐘在可靠性、長壽命等指標上還有差距，星載氫鐘和銫鐘還是空白，這需要我們繼續(xù)努力。”

　　再有，導(dǎo)航信號體制是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最重要的技術(shù)體制，直接影響系統(tǒng)精度、抗干擾能力和兼容互操作，并最終影響到用戶使用。北斗系統(tǒng)在信號設(shè)計上立足于“用戶好用”，解決了多項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了為用戶提供良好服務(wù)的導(dǎo)航信號的集成、處理、傳輸?shù)囊蟆?/p>

　　同時，衛(wèi)星高效率、短時間組批生產(chǎn)能力取得了很大突破。“一個國家在一年內(nèi)打一顆衛(wèi)星很容易，在短期內(nèi)打很多顆衛(wèi)星，要做很多基礎(chǔ)性的工作，突破一些設(shè)計上、生產(chǎn)上的難點。”謝軍坦言：“就是在上述四方面，導(dǎo)航衛(wèi)星取得了一些進步，突破了一些技術(shù)難題。”