中國路徑：后發(fā)趕超，道路別具特色
建設(shè)中國北斗,在中國這個發(fā)展中國家，且受到技術(shù)嚴(yán)密封鎖情況下，不可能循著別人的路走，必須砥礪前行、換道超車。
按照空間定位原理，對地球上一個目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行定位，至少需要3顆衛(wèi)星;考慮到時間誤差，精確定位至少需要4顆衛(wèi)星。這就是GPS和格洛納斯的工作原理和全球組網(wǎng)方案。如果按這條路徑探索試驗(yàn)，既缺技術(shù)儲備，又缺工程經(jīng)驗(yàn)，更缺經(jīng)費(fèi)支撐，以當(dāng)時的綜合國力，可望而不可及。
“兩彈元勛” “863計(jì)劃”倡導(dǎo)者之一陳芳允院士創(chuàng)造性提出“雙星定位”建設(shè)方案，即把地心視為一顆虛擬衛(wèi)星、再發(fā)射兩顆地球同步衛(wèi)星構(gòu)成星座，經(jīng)地面控制中心計(jì)算處理，實(shí)現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)地面目標(biāo)的快速定位。這一方案用當(dāng)時中國最成熟的航天技術(shù)，以最小的星座、最少的投入、最短的周期，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的自主可控，為后續(xù)發(fā)展堅(jiān)定了必勝信心，奠定了堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，積累了豐富工程經(jīng)驗(yàn)。
建成覆蓋全球的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，至少需要24顆衛(wèi)星，美俄用了20多年時間。但維護(hù)我國國家主權(quán)、安全、發(fā)展利益刻不容緩，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展現(xiàn)實(shí)迫切，中國拖不起、等不得，必須在最短時間內(nèi)讓北斗發(fā)揮出最大效益。
“兩彈元勛”東方紅一號衛(wèi)星的總設(shè)計(jì)師、北斗工程首任總設(shè)計(jì)師孫家棟院士帶領(lǐng)工程技術(shù)人員創(chuàng)造性提出“分步走”戰(zhàn)略，先試驗(yàn)后建設(shè)，先國內(nèi)后周邊，先區(qū)域后全球。
地球自轉(zhuǎn)“日行八萬里”，導(dǎo)航衛(wèi)星繞飛不間斷，要為地面一個特定區(qū)域提供連續(xù)穩(wěn)定的導(dǎo)航服務(wù)，按照GPS和格洛納斯采取的單一軌道星座構(gòu)型，在全球組網(wǎng)完成之前無法實(shí)現(xiàn)。要讓不可能成為可能，必須構(gòu)建一個全新的星座結(jié)構(gòu)。
北斗人再次腦洞大開，開創(chuàng)性地設(shè)計(jì)了混合星座構(gòu)型。2012年底，建成了由地球同步軌道衛(wèi)星、傾斜同步軌道衛(wèi)星和中圓軌道衛(wèi)星共14顆星構(gòu)成的北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全天時全天候?yàn)閬喬蟛糠值貐^(qū)提供定位導(dǎo)航授時服務(wù)，為有效應(yīng)對我國周邊安全威脅和維護(hù)國家核心利益，及時增加了厚重砝碼。
在前期發(fā)射5顆試驗(yàn)衛(wèi)星在軌成功驗(yàn)證全球系統(tǒng)建設(shè)核心技術(shù)基礎(chǔ)上，2017年11月5日，首批北斗三號全球組網(wǎng)一箭雙星順利升空;到2020年左右，全部30多顆北斗三號衛(wèi)星將星耀全球。
時間精度是衛(wèi)星導(dǎo)航的命門，天地間時間越同步、誤差越小，定位精度越高。導(dǎo)航系統(tǒng)普遍運(yùn)用原子鐘維持時間精度。過去，只有少數(shù)國家能夠制造衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用的高精度原子鐘，但對我實(shí)行嚴(yán)格限制。在北斗二號建設(shè)時，星載高精度原子鐘成為繞不開的“攔路虎”。
核心技術(shù)終究得靠自己，北斗技術(shù)人員再次用行動宣示，外部封鎖越嚴(yán)，自我創(chuàng)新越快。不到兩年時間，就自主開發(fā)研制出天穩(wěn)定度達(dá)到10-14量級的原子鐘，授時精度50納秒，300萬年只有1秒誤差，徹底打破他國壟斷。
定位精度是導(dǎo)航系統(tǒng)的生命。依靠衛(wèi)星，目前定位精度大都在10米量級。要進(jìn)一步提高精度，單純在天上下功夫，短期內(nèi)難有大的突破。北斗人收回仰望星空的慧眼，回望腳下，卻發(fā)現(xiàn)地上大有可為。環(huán)顧遼闊大地，國家的氣象、交通、地震、國土資源等行業(yè)已建有大量GPS基準(zhǔn)站，通過技術(shù)升級改造，即可搖身變?yōu)楸倍坊?在此基礎(chǔ)上，再新建和調(diào)整優(yōu)化布局，即可建成國土范圍內(nèi)無縫隙覆蓋的北斗地基增強(qiáng)網(wǎng)。2017年，1400多個北斗基站遍布全國，上萬臺套設(shè)備組成星地“一張網(wǎng)”，國內(nèi)定位精度全部達(dá)到亞米級，部分地區(qū)達(dá)到分米級，最高精度甚至可以到厘米或毫米級。這種全國“一張網(wǎng)”模式，讓中國精度走到了世界前列。
中國北斗系統(tǒng)中的衛(wèi)星還擁有自己的“獨(dú)門絕技”，“客串”通信衛(wèi)星，通過位置報告和短報文，具備告知別人我“在哪兒”“干什么”的獨(dú)特功能?？蓜e小瞧這個本事，汶川地震救援表明，在地面通信信號盲區(qū)或其他通信手段失效后，它就成了緊急時刻拯救生命的最后“保險索”。
按照傳統(tǒng)衛(wèi)星管理手段，控制使用好繞飛地球的衛(wèi)星，需要有遍布全球的地面站。在難以全球布站的情況下，必須建立衛(wèi)星之間的星間鏈路，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星管衛(wèi)星，這是世界導(dǎo)航領(lǐng)域的前沿技術(shù)，也是北斗三號工程建設(shè)必須解決的難題。
2015年8月，兩顆全球系統(tǒng)試驗(yàn)衛(wèi)星首次建立起星間鏈路，標(biāo)志著我國掌握了這一國際領(lǐng)先的核心技術(shù);經(jīng)過持續(xù)實(shí)踐優(yōu)化，已具備全面建設(shè)推廣的能力。三年前，北斗與GPS在達(dá)成頻率兼容共識基礎(chǔ)上，正式建立合作機(jī)制，共同推動民用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展。兩年前，北斗與伽利略完成衛(wèi)星導(dǎo)航頻率協(xié)調(diào)工作。近日，北斗與格洛納斯成功進(jìn)行兩大系統(tǒng)的兼容試驗(yàn)，聯(lián)手打造兼容使用、精度更高衛(wèi)星集群的前景可期。
北斗二號建成后，在向國內(nèi)提供系統(tǒng)服務(wù)的同時，即公開向南北緯55度、東經(jīng)55度到180度的亞太地區(qū)提供定位精度優(yōu)于10米、測速精度優(yōu)于0.2米/秒、授時精度優(yōu)于50納秒的免費(fèi)服務(wù)。
在我國周邊和“一帶一路”沿線，巴基斯坦的交通運(yùn)輸、港口管理，緬甸的土地規(guī)劃、河運(yùn)監(jiān)管，老撾的精細(xì)農(nóng)業(yè)、病蟲災(zāi)害監(jiān)管，文萊的都市現(xiàn)代化建設(shè)、智慧旅游，印尼的海上集成應(yīng)用，北斗正提供心貼心定制服務(wù);分別與馬來西亞、新加坡、柬埔寨等開展交流合作，與沙特、阿聯(lián)酋、埃及、摩洛哥、突尼斯、阿爾及利亞等國家制定推進(jìn)措施，在泰國建成了小型北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)示范網(wǎng)，等等。中國胸懷和中國貢獻(xiàn)伴隨“太空絲路”不斷延展。
