國之重器背后

“北斗三號最后一顆全球組網衛星順利進入預定軌道，發射任務取得圓滿成功”的消息舉世矚目。

據UCS 和北斗網統計，截至2019 年4月1 日，全球在軌衛星總計2062 顆，其中共有138 顆為導航衛星，占比7%。

從國別來看，影響力較大的就是上述四大系統——美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟Galileo、中國北斗導航在軌衛星數量占比分別為23%、20%、19%、29%。

美國全球定位系統（GPS）

GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸海空三軍聯合研制了新一代衛星定位系統GPS。

該系統主要目的是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報搜集、核爆監測和應急通信等一些軍事目的。從20世紀70年代到1994年，經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，GPS全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座布設就已完成（另外還有3顆備用衛星）。此后就是根據計劃更換失效的衛星。

截至2018年6月21日，空間段新老衛星數為32顆，其中31顆運行、1顆維護。

GPS已經實現單機導航精度約為10米，綜合定位的話，精度可達厘米級和毫米級。但民用領域開放的精度約為10米，開闊地帶定位精度在4～7米。

據歐盟2018年的統計，GPS占據了全球60%以上的市場份額，也有數據顯示，目前GPS占據全球定位市場95%的份額。由于該領域的保密性，相關數據僅作為參考。

但不管怎么樣，GPS占據無可爭議的霸主地位，而GPS發展到今天，美國政府給予了強有力的支持。

這首先表現在美國政府制定了一系列的法規政策來扶持GPS衛星導航系統的發展。在系統的商業航天相關法規支持方面，1998年出臺《商業航天法》;2004年出臺《美國國家天基定位、導航和定時政策》。在財政支持政策方面，2004年出臺《天基定位、導航和計時政策》，協調各部門預算和政策，評估資金和充足性。自此，美國每年頒布的國防授權法和撥款法中都包括了對GPS系統的撥款計劃。

總體上，為有效引導系統及其產業發展，切實保護美國國家安全利益，同時最大限度促進GPS系統在世界范圍的應用，美國政府和國會制定了一系列政策法規，形成了一套完整、系統的體系，且有關產業發展的法規和政策具有持續性、系統性、綜合性，這些扶持性和引導性政策為美國在全球衛星導航領域的霸主地位奠定了重要基礎。

俄羅斯格洛納斯衛星導航定位系統（GLONASS）

GLONASS是蘇聯在1976年頒布法令開始建設的。當時，由于蘇聯的火箭發射能力強大，一開始計劃就是用一箭三星的方式發射衛星。由于多次發射失敗和衛星工作壽命較短，所以一直發射到70多顆衛星時，到1996年格洛納斯衛星星座才達到額定工作的24顆，宣布正式投入完全服務。

這24顆MEO衛星平均分布在3個軌道面上。截至2018年6月21日，GLONASS系統在軌衛星26顆，其中24顆GLONASS-M處于運行狀態、1顆退役衛星用于主開發商測試、1顆GLONASS-K進行飛行參數測試。值得強調的是，格洛納斯在設計的時候就采用頻分址體制，衛星靠頻率不同來區分。所以，格洛納斯可以防止整個衛星導航系統同時被敵方干擾，具有很強的抗干擾能力。

格洛納斯定位精度為1.2米，開放服務定位精度為2～8米。

格洛納斯在經歷波折之后，如今仍能在全球衛星導航領域占據一席，政府的強力支持同樣功不可沒。

格洛納斯（GLONASS）全球衛星導航系統是俄羅斯航天領域的一個優先發展項目，它被寫進了俄聯邦國家目標計劃的總體規劃中。為了保障“格洛納斯”計劃的順利進行，俄羅斯每年都會投入巨額資金，并且出臺相應政策確保該系統的使用。

俄羅斯在2001至2011年間實施了一個專項計劃，為發展“格洛納斯”系統投入1071億盧布。

2009年2月4日，俄羅斯聯邦委員會批準了《導航活動法》，對俄羅斯“格洛納斯”全球導航定位系統的部署和使用作出了明確規定。《導航活動法》要求公路、鐵路、海洋和航空等所有國有及商業公共交通工具在2010年年底前安裝“格洛納斯”全球衛星導航系統導航儀，同時所有新出廠的交通工具也要安裝這種導航儀。

俄聯邦航天署和經濟發展部隨后制定了《2012至2020年“格洛納斯”系統維護、發展和利用》，在該政策中，俄羅斯計劃在隨后的8年為開發俄全球衛星導航系統（即“格洛納斯”系統）提供約3466億盧布（約合115.5億美元）的國家撥款。

不過，由于沒錢更新系統，且買不到衛星制造所需的零部件，格洛納斯目前的發展也遭遇困難，因此，近年來俄羅斯開始加大與中國合作的力度。2014年7月，中俄雙方正式簽署衛星導航合作諒解備忘錄，標志著“北斗”和“格洛納斯”的系統兼容開始啟動。

2015年1月，成立中俄衛星導航重大戰略合作項目委員會，建立起政府間推動“北斗”與“格洛納斯”兩系統深度合作的平臺和機制;5月，兩國簽署了《中國北斗和俄羅斯格洛納斯系統兼容與互操作聯合聲明》。

2018年11月，中俄兩國又簽署了《中華人民共和國和俄羅斯聯邦政府關于和平使用北斗和格洛納斯全球衛星導航系統的合作協定》，從制度層面為雙方合作提供依據。

歐洲伽利略衛星導航定位系統（Galileo）

為了確保安全，建立歐洲自己控制的民用全球導航定位系統，1999年初歐洲正式推出伽利略計劃，該計劃旨在建立獨立于GPS和GLONASS的全球衛星導航系統。

2002年3月24日，歐盟決定研制組建自己的民用衛星導航定位系統——Galileo系統，伽利略衛星星座由27顆工作衛星和3顆備用衛星組成，這30顆衛星均勻分布在3個軌道面上，衛星高度為23616km，軌道傾角為56°。

2005年，歐盟發射了首顆伽利略導航衛星。

至2019年5月，提供PNT服務的衛星數量增加至22顆，服務覆蓋、服務性能等得到明顯提升。

伽利略系統可以更加實時地發送地理位置信息，這是其他衛星所沒有的功能，與美國GPS對比之下，顯得更安全、更可靠。伽利略系統開放服務精度民用免費開放版為1米，商用加密版為1厘米。

為了獨立于美國GPS，歐洲在伽利略系統的建設中可謂不遺余力，最初的預算是29億歐元，現在已突破100億歐元。

盡管如此，伽利略系統的建設依然沒有擺脫美國的壓力。在美國壓力下，盡管起初歐盟強調其技術中立，但最后還是不得不妥協而改用了不影響GPS的頻率，這使得對一個系統的屏蔽不會影響到另一個系統，同時使美國在沖突中尤其是電子戰能力上擁有巨大的優勢。

此外，由于伽利略系統是由歐洲各國共同研制的，因此，在研制過程中往往因為參與的國家多，導致經費方面問題層出不窮，造成伽利略系統具體推進過程遲緩。

2019年7月，伽利略系統曾出現故障，停止服務5天，經過中國千尋位置網絡有限公司48小時的救援，該系統得以恢復運轉。

中國北斗衛星導航系統（BDS）

中國從1994年開始北斗一號的研制，至2020年6月23日北斗全球衛星導航系統星座部署全面完成，建成了我國迄今為止規模最大、覆蓋范圍最廣、服務性能要求最高、與百姓生活關聯最緊密的全球衛星導航系統。

北斗三號組網結構由3 顆靜止軌道衛星（GEO）、3顆傾斜軌道衛星（IGSO）、24 顆中軌道衛星（MEO）組成，此外還包括5 顆試驗衛星;MEO 衛星均勻分布在3 個軌道面。

從定位精度來看，北斗系統在全球范圍內民用定位精度在10米以內，亞太地區精度在5米以內，在增強系統加持下，其定位精度可達1米，已優于GPS全球定位均在10米以內的精度水平。

除了擁有和GPS一樣的衛星精確定位功能以外，還具備了通信功能，領先歐洲的伽利略、美國的GPS以及俄羅斯的格洛納斯。

原來的北斗二號只能定位到10米左右的位置，而北斗三號已經把這一范圍縮小到厘米的級別。

從用戶等效測距誤差（UERE）來看，當UERE為1米時，BDS-3系統全球定位精度預計在1.3～2.7米，水平定位精準度預計在0.7～1.5米，高程定位精度預計在1.1～2.4米。

北斗是全球第一個實現三頻發播的衛星導航系統，其優勢是可以更準確掌握地面終端的位置信息，在海洋、沙漠和野外等沒有網絡的地方，裝有北斗系統終端的手機、車船等就可定位自己的位置，并能夠向外界發布短報文信息。

北斗系統相比于GPS來說具有明顯“性價比”優勢，北斗芯片和設備終端要比GPS 便宜，雖然不能全面趕超GPS，但是在特定區域內要比GPS性能更優越。

除了導航以外，北斗系統形成的星基增強、精密定位、短報文通信、國際搜救服務能力、已提供地基增強完全服務能力有利于商業化擴展。

此外，北斗系統相比于GPS來說還具有明顯“性價比”優勢，北斗芯片和設備終端要比GPS便宜，雖然不能全面趕超GPS，但是在特定區域內要比GPS性能更優越。

中國北斗系統的發展更是舉國之力的成果，除了財力上的鼎力支持，自1994年開始搭建北斗衛星導航體系，配套政策持續跟進。2013年國務院發布《國家衛星導航產業中長期發展規劃》，2015年國防科工委和國家發展改革委員會發布《關于促進衛星應用產業發展的若干意見》。立法方面，我國將《中華人民共和國衛星導航條例》列入《國務院2016年立法規劃》，2018年5月宣布完成《衛星導航條例》征求意見稿。此外，在衛星導航的主要行業應用場景、大眾應用等多方面都提出相應配套政策進行扶持。

綜合世界各國的發展經驗來看，在涉及國之重器的重大項目中，國家力量必不可少。

過去，國內有一種誤解，往往認為歐美科技創新主要依靠市場力量。但實際上，長期以來，歐美國家政府在重大科研項目中從未缺位。

以美國為例，美國科學研究發展局局長維瓦爾·布什1945年向時任美國總統杜魯門報送了名為《科學：沒有止境的邊疆》的研究報告，強調了政府在科技創新中的責任，這也奠定了美國政府在科技創新中發揮作用的基礎。自此，美國政府通過不斷調整自身對科技創新活動的介入方式和介入程度，逐步全面介入科技創新活動之中，成為推動美國科技創新發展的重要力量。

為了推動科技創新發展，歐美國家政府除了通過制定完善法律體系、健全科技政策來營造良好的創新環境外，還通過對科學技術研究工作進行投資、建立各種服務平臺和服務機構等方式支持科技創新項目。

中國在重大科研項目中歷來重視發揮政府的作用，今后在相關領域里，如何既要發揮政府的作用，同時也要發揮市場的作用，依然是一項重要命題。

◎ 來源|微信公眾號“福卡智庫”（有刪減）