中国北斗的前世今生

付毅飞

“北斗系統已成为中国实施改革开放40年来取得的重要成就之一。”习近平主席在联合国全球卫星导航系统国际委员会第十三届大会的贺电中如此评价。

回首来路，不论是先驱者“灯塔计划”的未果而终、双星定位系统概念的提出，还是北斗一号系统从无到有，北斗二号系统正式提供区域服务，再到北斗三号以昂扬的姿态走向世界……北斗蹚出了一条独特的发展道路，在导航领域成就了一段波澜壮阔的东方传奇。

如今，在浩瀚星空之中，几十颗中国“星星”闪烁，将“光芒”洒向广袤大地。经过20余年努力，中国北斗工程完成了“三步走”战略、发射了44颗卫星，在天疆部署了“大棋局”，特别是北斗三号卫星以一年19星的佳绩在太空中刷新了“中国速度”。

“先区域、后全球”的“三步走”战略

卫星导航系统，是国家安全和经济社会发展的重要信息基础设施，也是衡量一个国家综合科技实力的重要标志，以往只有少数发达国家掌握这门尖端科技。2018年，我国北斗卫星进入密集发射期。如今，北斗卫星正在布局全球组网，争取到2020年可以为世界各地的人们提供全球定位、导航、授时、短报文等服务。

在我国开始规划北斗蓝图时，欧美等国家就已经完成了全球系统布局，但以我国当时的国情，不能再走欧美国家的老路，必须另辟蹊径，走一条多元融合发展的新路。

在北斗工程诞生之前，我国曾在卫星导航领域苦苦摸索，在理论探索和研制实践方面都开展了卓有成效的工作。

立项于20世纪60年代末的“灯塔计划”作为先驱者，虽然最终因技术方向转型、财力有限等原因终止，却如同黑夜中的一盏明灯，为后期导航系统研制积累了宝贵的经验。

1983年，以陈芳允院士为代表的专家学者提出了利用两颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标的设想，通过大量理论和技术上的研究工作，双星定位系统的概念逐步明晰。

接下来，北斗是一步跨到全球组网还是分阶段走？当时引发了争议。最终，“先区域、后全球”的思路被确定下来，“三步走”的北斗之路由此铺开。参与了技术路线讨论的北斗一号卫星总设计师范本尧院士后来评价说：“全球组网需要大量的时间和资金。当时用户还集中在国内、周边，因此‘先区域、后全球的技术途径更符合中国国情。”

作为解决“有无”问题的第一步，北斗一号需要花小钱办大事，验证系统设计思想的正确性。1993年初，我国提出卫星总体方案，初步确定卫星技术状态和总体指标，次年研制工作全面展开。北斗一号系统于2003年建成，使我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

面对快速增长的应用需求，北斗二号迈开了提升性能的第二步。早在1999年，我国在研制北斗一号的同时，就展开了对第二代卫星导航定位系统的论证。

2004年北斗二号卫星工程正式立项研制，随后导航系统工程被列入我国16项国家重大专项工程。

2012年12月27日，北斗卫星导航系统正式提供区域服务，成为国际卫星导航系统四大服务商之一。

站在前两代星座的肩膀上，北斗第三步迈得无比自信。星间链路、全球搜救载荷、新一代原子钟等新“神器”闪耀亮相，整体性能大幅提升……今日之北斗已经梦想在握。

与国际先进卫星导航系统同台竞技

“‘巨人对我们技术封锁，不让我们站在肩膀上，唯一的办法，就是自己成为巨人。”北斗一号卫星总指挥李祖洪说，“北斗的研制，是中国人自己干出来的。”

秉承“探索一代，研发一代，建设一代”的创新思路，中国北斗始终把发展的主动权牢牢掌握在自己手中，以志不改、道不移的坚守拼下累累硕果。

北斗一号系统原创性地提出双星定位方法，打破国外技术垄断，建立了国际上首个基于双星定位原理的区域有源卫星定位系统。该星座的短报文服务在国际导航领域独一无二，在汶川地震等国家重大事件中发挥了至关重要作用。短报文服务作为北斗的特色，在后续北斗卫星中保留了下来，为许多国家开展导航卫星研制提供了启发。

北斗二号系统突破了区域混合导航星座构建、高精度时空基准建立的关键技术，实现了星载原子钟国产化，并在国际上首次实现混合星座区域卫星导航系统。该系统建成后，其各项技术指标均与国际先进水平相当。中共中央、国务院、中央军委对北斗区域卫星导航系统的建成给予了高度评价，称“该系统建成并投入使用，是国家和军队信息化建设的重要里程碑，是对我国经济社会发展的重要贡献”。

在北斗三号全球组网建设中，中国航天科技集团五院（下简称五院）率先提出国际上首个高中轨道星间链路混合型新体制，形成了具有自主知识产权的星间链路网络协议、自主定轨、时间同步等系统方案，填补国内空白;研发国内首个适于直接入轨一箭多星发射的“全桁架式卫星平台”，实现了卫星自主监测和自主健康管理;实现了星载大功率微波开关、行波管放大器等关键国产化元器件和部组件成功应用，打破核心器部件长期依赖进口、受制于人的局面，为全球组批研制快速组网建设铺平了道路。

作为国家影响力、威慑力的象征，北斗与国际先进卫星导航系统同台竞技，做到了“核心在手”，打破了美国GPS系统垄断局面，增强了我国在国际导航领域的话语权和主动权。

中国北斗的国际视野和家国情怀

“一枝独秀不是春”，中国北斗始终具有国际视野和家国情怀。

在国家支持下，该工程牵引带动了数百家单位、数万人团结协作，早已形成“全国一盘棋”的大格局。

在航天领域，五院紧密结合中国国情和航天系统研制实践，创造性地提出了一套突破关键技术、形成系统集成、确保卫星产品高质量的项目群管理方法，全面支撑了卫星组批生产和密集发射，已成为宇航产品工程的新路径、新思路。

在学科发展领域，北斗系统的研发直接带动了航天器总体设计、航天器动力学、航天器环境试验技术、空间数据系统、航天器数字化设计等专业快速发展，促进了导航星座时空基准建立与维持、导航信号生成与传输、空间微放电机理与抑制、原子物理应用等新兴学科的建立。

在北斗系统上使用星座可靠性分析、卫星共位、大规模集成电路空间应用、国产碳纤维等大量新技术，显著促进了我国结构材料、微处理计算机、微波器件、电子技术等基础学科和工业的快速发展，提高了相关领域装备的国产化水平，提升了科技产业对前沿技术发展的引领能力。

作为上游产业，北斗导航卫星系统既牵引了原材料、元器件、制造工艺的发展，又促进了下游基础产品、导航终端用户产品和运营服务产业链的形成，为建设下一代信息基础设施、发展现代信息技术产业体系、推动国民经济又好又快发展作出了贡献。基于卫星导航定位的位置服务已成为新兴产业领域。

推开新时代的大门，中国北斗初心不变，力争2020年服务范围覆盖全球、2035年建设完善“更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系”。

（摘自《科学之友》2019年第7期）