自上世紀(jì)90年代啟動(dòng)研制以來(lái)，北斗系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從有源到無(wú)源，從區(qū)域到全球的跨越，服務(wù)定位精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能全面性不斷提升，已成為國(guó)家重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，全面支撐了國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。北斗三號(hào)作為我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)“三步走”戰(zhàn)略的最后一步，與北斗二號(hào)相比不是簡(jiǎn)單迭代更新，而是巨大的歷史性跨越。
6月23日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭將最后一顆北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星成功送入預(yù)定軌道。至此，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。這意味著，中國(guó)北斗正式走出中國(guó)，走向世界，將可以為全球用戶(hù)提供基本導(dǎo)航(定位、測(cè)速、授時(shí))、全球短報(bào)文通信、國(guó)際搜救等服務(wù)。
未來(lái)應(yīng)用空間無(wú)限
導(dǎo)航的核心功能其實(shí)就是定位和授時(shí)，試想一下，如果一個(gè)國(guó)家的時(shí)間和空間基準(zhǔn)信息全部由他人來(lái)提供，那么無(wú)論是軍事、通信還是金融等都將面臨巨大安全隱患。
北斗在軍事上的應(yīng)用是最為迫切的。導(dǎo)航主要用于部隊(duì)機(jī)動(dòng)、武器發(fā)射、邊防巡邏和生命救援等，這就要求導(dǎo)航的過(guò)程中必須能夠?qū)崟r(shí)提供載體的位置、速度、姿態(tài)等狀態(tài)信息，如果這些信息發(fā)生偏差，就相當(dāng)于武器裝備沒(méi)有了眼睛、部隊(duì)失去了方向。
在交通運(yùn)輸上，北斗也在為更多車(chē)輛的安全行駛護(hù)航。北斗系統(tǒng)可以為車(chē)輛提供實(shí)時(shí)的位置和速度信息，在車(chē)輛行駛過(guò)程中，車(chē)內(nèi)的北斗終端設(shè)備可以記錄行車(chē)信息，得出車(chē)輛行駛的里程、速度、行車(chē)時(shí)間、路線(xiàn)等信息，防止出現(xiàn)超速或疲勞駕駛等危害安全的違規(guī)駕駛情況發(fā)生。數(shù)據(jù)顯示，截至2019年12月，國(guó)內(nèi)已有超過(guò)650萬(wàn)輛營(yíng)運(yùn)車(chē)輛、4萬(wàn)輛郵政和快遞車(chē)輛，36個(gè)中心城市約8萬(wàn)輛公交車(chē)、3200余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施應(yīng)用北斗系統(tǒng)。
隨著人類(lèi)活動(dòng)的發(fā)展，對(duì)導(dǎo)航的要求也越來(lái)越高。在北斗系統(tǒng)等科技力量的支持下，我們可以構(gòu)建智慧森林防撲火基礎(chǔ)設(shè)施，基于北斗系統(tǒng)高精度定位導(dǎo)航服務(wù)，大型重載、長(zhǎng)航時(shí)、遠(yuǎn)距離、智慧化、全系統(tǒng)的消防無(wú)人直升機(jī)可以快速準(zhǔn)確抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，充分利用北斗系統(tǒng)及其短報(bào)文通信功能為救火隊(duì)員提供位置共享等重要信息。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是“新基建”的基建，是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)不少汽車(chē)廠(chǎng)已經(jīng)在廣泛就汽車(chē)的智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)展開(kāi)研發(fā)，目的是讓人、車(chē)、路能夠“說(shuō)上話(huà)”。以時(shí)空智能基礎(chǔ)設(shè)施公司千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司為例，今年內(nèi)，該公司就將有多達(dá)6個(gè)不同品牌的車(chē)型搭載千尋位置基于北斗高精度的導(dǎo)航定位能力并正式上市。
中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其說(shuō)，北斗的應(yīng)用只受想象力的限制。近年來(lái)，一大批從事北斗應(yīng)用的企業(yè)致力于打造數(shù)字時(shí)代北斗應(yīng)用的最佳實(shí)踐方案，已經(jīng)在自動(dòng)駕駛、行業(yè)升級(jí)、測(cè)量測(cè)繪、智能城市、公共服務(wù)等領(lǐng)域有了諸多應(yīng)用落地。隨著5G商用時(shí)代的到來(lái)，北斗正在與新一代通信、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)加速融合，北斗應(yīng)用新模式、新業(yè)態(tài)、新經(jīng)濟(jì)還將不斷涌現(xiàn)。
創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)歷史性跨越
自上世紀(jì)90年代啟動(dòng)研制以來(lái)，北斗系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從有源到無(wú)源，從區(qū)域到全球的跨越，服務(wù)定位精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能全面性不斷提升，已成為國(guó)家重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，全面支撐了國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。北斗三號(hào)作為我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)“三步走”戰(zhàn)略的最后一步，與北斗二號(hào)相比不是簡(jiǎn)單迭代更新，而是巨大的歷史性跨越。不僅導(dǎo)航服務(wù)擴(kuò)展到全球，短報(bào)文通信等北斗特色服務(wù)進(jìn)一步強(qiáng)大，定位精度也將趕超GPS。
短報(bào)文通信可謂是北斗系統(tǒng)的“獨(dú)門(mén)絕技”，就是指北斗的用戶(hù)與用戶(hù)、用戶(hù)與中心控制系統(tǒng)間可實(shí)現(xiàn)雙向簡(jiǎn)短數(shù)字報(bào)文通信。在北斗三號(hào)系統(tǒng)中，短報(bào)文通信的能力顯著提升，從最初一次發(fā)送120個(gè)漢字提升到一次發(fā)送1200個(gè)漢字。用戶(hù)遇到突發(fā)情況時(shí)無(wú)需字斟句酌，足以將情節(jié)一次性說(shuō)清楚，還可發(fā)送圖片等信息，應(yīng)用場(chǎng)景更為豐富。
有源定位也是北斗三號(hào)的一大創(chuàng)舉。其原理就是利用無(wú)線(xiàn)電測(cè)定技術(shù)，通過(guò)兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)聯(lián)手，不僅能回答用戶(hù)“我在哪”，還能告訴關(guān)注著用戶(hù)行蹤的相關(guān)方“你在哪”，這項(xiàng)技術(shù)在搜救、漁業(yè)等領(lǐng)域被廣泛使用，是保障民生安全的“千里眼”。
由于北斗系統(tǒng)不能像美國(guó)GPS那樣，在全球建立地面站，為設(shè)置境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸通道，北斗三號(hào)研制團(tuán)隊(duì)攻克了星座星間鏈路技術(shù)，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。這就是說(shuō)，雖然“看不見(jiàn)”在地球另一面的北斗衛(wèi)星，但用星間鏈路同樣能與其他衛(wèi)星取得聯(lián)系。星間鏈路技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)太空間的通信和數(shù)據(jù)傳輸，還能相互測(cè)距，自動(dòng)“保持隊(duì)形”，可以減輕地面管理維護(hù)壓力。星間鏈路技術(shù)解決了我國(guó)不能全球布站進(jìn)行衛(wèi)星境外監(jiān)測(cè)的難題，也是北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)的一大特色。
為了提高服務(wù)的精度，北斗三號(hào)系統(tǒng)還配置了新一代原子鐘。原子鐘是利用原子躍遷頻率穩(wěn)定的特性保證產(chǎn)生時(shí)間的精準(zhǔn)性，目前國(guó)際上主要有銣原子鐘、氫原子鐘、銫原子鐘等。我國(guó)北斗衛(wèi)星采用的是銣原子鐘，同時(shí)還配置了性能更高的新研國(guó)產(chǎn)氫原子鐘。氫原子鐘雖然質(zhì)量和功耗比銣原子鐘大，但穩(wěn)定性和漂移率等指標(biāo)更優(yōu)。星載氫原子鐘的在軌應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航定位“分秒不差”發(fā)揮了重要作用。
為了提高衛(wèi)星在軌服務(wù)的可靠性，北斗三號(hào)衛(wèi)星還采取了多項(xiàng)可靠性措施，使衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命達(dá)到12年，達(dá)到國(guó)際導(dǎo)航衛(wèi)星的先進(jìn)水平，為北斗系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)、穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)保證。
專(zhuān)家表示，未來(lái)，北斗系統(tǒng)將利用在軌衛(wèi)星、地面、用戶(hù)評(píng)估等海量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)“天、地、用”一體化智能管理的衛(wèi)星在軌技術(shù)支持平臺(tái)，具備多源接收、自主監(jiān)視、智能診斷、過(guò)程可視等能力。
協(xié)作推動(dòng)高效率組網(wǎng)
“近兩年時(shí)間，我們以平均每月發(fā)射1.2顆北斗衛(wèi)星的高密度，刷新了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)速度世界紀(jì)錄。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)，北斗三號(hào)高效率組網(wǎng)離不開(kāi)系統(tǒng)內(nèi)團(tuán)結(jié)協(xié)作。
北斗三號(hào)工程是一個(gè)空前復(fù)雜的航天系統(tǒng)工程，包含空間段、地面段、用戶(hù)段三個(gè)組成部分?？臻g段包含不同軌道高度的30顆組網(wǎng)衛(wèi)星，地面段包含40多個(gè)不同類(lèi)型、功能的地面站，這樣一個(gè)龐大的系統(tǒng)要進(jìn)行天地組網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行，將涉及幾十個(gè)系統(tǒng)、幾萬(wàn)臺(tái)套設(shè)備，環(huán)環(huán)相扣，任何一環(huán)都不可或缺。
“北斗三號(hào)管理控制中心就像是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的‘大腦’，可以指揮空間段和地面段協(xié)同運(yùn)行、地面天線(xiàn)和各類(lèi)觀(guān)測(cè)設(shè)備統(tǒng)籌調(diào)度、傳輸數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星導(dǎo)航電文的編輯、上注和播發(fā)等，解決了幾十個(gè)系統(tǒng)、幾萬(wàn)臺(tái)套設(shè)備的集中監(jiān)視和控制難題。”據(jù)中國(guó)電科技術(shù)人員介紹，該中心實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星地一體化管理與控制，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)空間平臺(tái)與地面管控資源，是充分發(fā)揮北斗三號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行效能的核心環(huán)節(jié)。
護(hù)送北斗衛(wèi)星升空的長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭被稱(chēng)為北斗組網(wǎng)工程的“專(zhuān)屬列車(chē)”。自2000年10月31日我國(guó)發(fā)射第一顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星至今，共進(jìn)行了44次發(fā)射，將59顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功護(hù)送升空，發(fā)射成功率100%。
為了保證導(dǎo)航衛(wèi)星時(shí)空信息的精確性和穩(wěn)定性，上海天文臺(tái)科研人員依托于在天體測(cè)量與天體力學(xué)、精密時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)學(xué)科數(shù)十年的科研積累，從“零”到“有”，最終解決了大運(yùn)算量數(shù)據(jù)整理、編輯、計(jì)算、存儲(chǔ)、發(fā)送的計(jì)算機(jī)軟硬件集成，統(tǒng)一調(diào)度穩(wěn)定運(yùn)行及信息處理構(gòu)架等關(guān)鍵技術(shù)難題。為了實(shí)現(xiàn)北斗三號(hào)精密定位，上海天文臺(tái)信息處理團(tuán)隊(duì)首次提出并實(shí)現(xiàn)了區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)+星間鏈路的星地星間聯(lián)合精密定軌技術(shù)，就像是北斗的“最強(qiáng)大腦”，能實(shí)時(shí)修正誤差，多備份，以保持北斗系統(tǒng)空間信號(hào)精度與GPS相當(dāng)。
北斗的發(fā)展也離不開(kāi)“芯”的支持。從北斗試驗(yàn)衛(wèi)星第一顆星開(kāi)始，龍芯中科抗輻照處理器分別在北斗試驗(yàn)衛(wèi)星工程、北斗三號(hào)衛(wèi)星工程等型號(hào)任務(wù)中得到應(yīng)用。龍芯中科抗輻照處理器的應(yīng)用，解決了國(guó)外對(duì)我國(guó)高性能航天元器件禁運(yùn)的卡脖子問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了處理器系統(tǒng)方案整體部件的全國(guó)產(chǎn)化，助力了航天器國(guó)產(chǎn)化的跨越式發(fā)展。
關(guān)鍵詞： 中國(guó)北斗正式走向世界
