北斗　黑夜里最閃耀的星

文圖

6月23日9時43分，最后一顆北斗組網衛星在西昌衛星發射中心發射成功。至此，中國耗時26年、投入超過120億美元、先后發射59顆衛星的自研衛星導航系統終于建成。這意味著中國有了自己的全球導航定位系統，徹底結束了依賴GPS的歷史。之所以要搞這套系統，拿現如今流行的話語來說，就是要擁有上帝視角。打過《模擬城市》這款游戲的，應該很容易理解這個詞。不玩游戲的，也有辦法，想想你看電影的時候，你是什么事情都知道的，而電影里的人物所知道的信息是沒有你多的，所以你才會為人物的命運擔心，進而有一種代入感。對于北斗系統這樣的“上帝之眼”來說，它是怎么誕生的，未來會我們帶來什么不一樣的生活呢？

當下，衛星導航系統為我們生活的方方面面提供便捷，但它最初卻是為國防安全量身定做的。衛星導航系統的“首秀”便是在海灣戰爭。1991年，以美軍為主的多國部隊在全球衛星定位系統（Global Positioning System，以下簡稱GPS）的帶領下，迅速穿過被伊拉克軍隊視為禁地的沙漠地區，并對其形成包抄，打了對手一個措手不及。從此，便流傳出一句軍事名言：誰能掌握衛星導航的優勢，誰就掌握了戰爭主動權。

這場起初被預測會打成僵持戰的戰爭，最終以42天的空襲加上100小時的地面作戰收尾，伊拉克軍隊全面潰敗。有了“上帝視角”的加持，軍隊中海陸空力量的指揮控制、部隊調動、物資保障、戰場救援和精確制導武器精確打擊都成為可能。比如，美國國防部采購了價值超過4000萬美元的8000部GPS小型接收機，在它的信息保障下，美軍機械化步兵分隊能夠對自身位置進行精度在30米以內的定位，并且可以根據行軍規劃，生成面向下一個節點的方案。

此后，衛星導航系統在戰爭中持續發揮著功能：1995年6月2日，一架美軍F-16戰機在波黑上空被塞族武裝的導彈擊落。飛行員奧格雷迪跳傘逃生后落在塞族控制區，在靠螞蟻、野草和雨水苦熬6天，并躲過了塞族部隊的多次搜索后，最終被GPS確定了三維位置而救回。在科索沃戰爭中，美軍的F-117隱形轟炸機被擊落后，依托于飛行員GPS接收機的呼救裝置，飛行員在7小時內就被找到并救出。2004年8月，美軍進行了一場異于尋常的空投實驗，將降落區的坐標編進程序，進行精準定位，再通過馬達牽引線來操縱飛行，最終精準降落，使得投放高度提升到3200米。

無論是“一招制敵”還是敵后救援，衛星導航系統都大大增加了任務成功的概率。不止如此，衛星導航系統還徹底改變了戰爭形態，貢獻了一個新名詞——“外科手術式打擊”。海灣戰爭中，美國海軍向伊拉克本土發射的282枚導彈中，只有142枚打擊了50個預定目標中的42個。兩年后，美國發射了45枚“戰斧”導彈攻擊伊拉克南部工業區的7座建筑物，攻擊成功率只有64%。同年，美軍又發射23枚“戰斧”導彈攻擊巴格達的情報機構，只有18枚命中目標。

低命中率源于最初采用的“慣性導航+等高線地形匹配（TERCOM）+數字式景象匹配相關器（DSMAC）”的復合制導方式。一方面，使用單獨的慣性導航，導彈在一千余公里的累計誤差能達到十幾公里，就算使用“地形匹配制導”輔助修正，如果飛行路徑中的地形過于平坦或山脈過多，加之夜間、煙塵和惡劣天氣等因素，依舊會影響打擊精度。另一方面，20世紀50年代以來，一直依賴改善陀螺儀和加速度計的方式提升導航性能，這種單純依靠元器件性能來提高精度慣性導航的方法越來越困難。

海灣戰爭之后，美軍開始將GPS與慣性導航系統組合使用。要精準攻擊地面固定目標，首先須對目標進行精確的GPS定位。在照相偵察時，用GPS精準確定拍照時刻的軌道位置和高度等，將這些數據作為制導目的數據，或直接裝訂在制導計算機中，或通過數據鏈傳送給制導計算機，控制導彈飛向預定目標所在區域，再通過成像未制導最后確定目標，實施攻擊。有了GPS，導彈飛行航線的選擇也不再依賴地圖，也不再受水域和地形特征的制約。甚至，由于精度提高了，海灣戰爭中，“戰斧”導彈戰斗部本來450公斤的重量縮減到320公斤，可攜載更多燃料，航程增加50%以上。

在伊拉克戰爭中，美軍宣稱由于采用了GPS制導技術，其空中打擊能力比海灣戰爭中提高了6倍，過去摧毀一個目標需要幾架次的打擊，而現在一架次就能摧毀幾個目標。當然，利器通常相當“燒錢”，美國人為此付出了相當昂貴的代價。1973年，美國開始研究GPS。由于建成最早。應用范圍最廣，GPS一度占據霸主位置。1993年，美國已實現24顆在軌衛星滿星運行，分布在6個軌道面上，保證在地球的任何地方都可同時見到4至12顆衛星，地球上任何地點、任何時刻均可實現三維定位、測速和測時。幾十年來，美國總共為GPS投入了約300億美元。就是因為衛星導航系統太重要，即便花費巨大，不管是俄羅斯還是歐盟，依舊爭相投入研發。

其實除了大家都能想到的定位、導航之外，衛星導航系統還具有精確授時、測速等功能，在關系國民經濟生產安全的諸多領域都扮演著重要的角色。比如在人們已經習以為常的高鐵中，導航系統在不依賴于地面設備的情況下能全天候為列車進行定位和測速，從而避免列車追尾。

在國家電網中，如果沒有衛星導航系統的授時性，就無法保證時間的精確和一致;如果沒有衛星導航系統對故障精確定位，快速引導至故障點進行搶修，電網安全穩定運行就是一個未知數。

大宗商品交易對基本面信息的獲取有非常迫切的需求。以往，通過傳統渠道獲得數據信息，會有時效性低、信息不足的問題存在，這導致全球大宗商品供應鏈的市場透明度始終不高。衛星導航系統提供的“另類數據”，為提升大宗商品市場透明度提供了新的可能性。甚至人們天天使用的共享單車，也依靠定位系統實現電子圍欄停車。

不僅如此，在無人駕駛、測繪、出海航行、災害救援等眾多領域，導航系統發揮著無可替代的作用。而在戰時狀態，一旦導航系統不受自己控制，那么精準制導武器的精準性、飛行路徑就無法保證。嚴重的情況下，武器甚至無法作戰，形同廢鐵。可以說，衛星導航系統就像國家和人類的第三只眼睛，觀測著地球上發生的一切行為。

早在20世紀60年代，我國就開始研究利用衛星進行地面定位服務。但由于當時國力較弱等原因，這一計劃并未實施。到了20世紀80年代，我國開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路。當時，美國的GPS已是星座構成最完善、定位精度最穩定、應用最廣泛并呈現市場壟斷的衛星導航系統，而且，對全世界免費開放，連外國軍隊都可以使用。于是，有一種聲音說：“有必要耗費這么大的精力，去自主研發一個定位系統嗎？”

當然！首先，GPS是一個以軍用為主的衛星導航系統，所有權、控制權、運營權都屬于美國國防部。很多國家的民用用戶都擔心，美國軍方可以隨時叫停民用信號。“免費午餐”存在巨大風險。其次，精度不夠。GPS包含軍碼和民碼兩種信號，二者精度級別不在一個水平線上。2000年以前，美國軍方對GPS發布的民用信號進行干擾，為的是降低民用信號提供精度，保護美國信息安全。

在此背景下，1985年10月，“863”計劃倡導者、中科院院士陳允芳在中國科學院和解放軍原總參謀部測繪局聯合召開的會議上提出了一個大膽的構想：用兩顆地球靜止軌道衛星，就可以覆蓋中國區域，并對地面目標和海上移動物體進行定位導航，還能兼具通信功能。這一構想，日后被稱為“雙星定位”理論。

到了1989年9月25日，在北京一處不足30平方米的臨時機房里，陳允芳首次用兩顆衛星演示了“衛星定位系統”。這次演示的，正是日后北斗一號系統的雛形。此次實驗，給了中國人極大的信心——中國有能力造出自己的導航系統。

此后，由于沒有合適的時機，自建衛星導航系統的想法一直沒被重視。海灣戰爭讓一些有遠見的科學家意識到衛星導航系統的重要性。而此后發生的“銀河號”事件，則讓中國人意識到自建衛星導航系統的必要性。

1993年7月23日，中國“銀河號”貨輪載著制造化學武器的原料運往伊朗。當貨輪行駛到印度洋上，突然停止了—導航沒有信號，船員不辨方向，無法繼續前行。隨行船員還以為是信號設備出了故障，結果怎么維修都無濟于事。后來才得知，原來是美國懷疑中國向伊朗輸送武器，故意停掉了該船所在海域的導航信號。

這一消息傳回國內，讓許多航天科學家和國防人員意識到自主導航的重要性。隨后，中科院院士孫家棟找到時任國防科工委副主任的沈榮駿，稱“發展衛星導航，刻不容緩，勢在必行。”結果兩人不謀而合，聯名向國家“上書”，建議啟動中國北斗衛星導航系統。

1994年12月，北斗導航實驗衛星系統工程獲得國家批準。而一旦想認真搞導航，中國馬上看到了困境和差距。彼時，美國已在GPS工程上投入了超過200億美元，且每年維護費用高達5億美元;但當時中國的經濟基礎仍十分薄弱，研發包括航天在內7大領域技術的“863”計劃總預算也不過100億人民幣。

在早期研發導航系統的資金上，中美間的差距遠不止十倍。有一個故事真實地反映這種窘狀。當時北斗工程的辦公室十分緊張，北斗系統副總設計師譚述森與4個人共處一個辦公室，而這間辦公室不足20平方米，只能勉強容下幾個人的辦公桌。

好在，中國人有自己的智慧，窮有窮的辦法。既然不能一口吃個胖子，那就分三口吃。于是，我國將導航衛星的建設分為三步：第一步僅覆蓋國內區域，第二步逐漸覆蓋亞太區域，第三步再覆蓋全球。

這也是59顆北斗衛星分屬北斗一號、北斗二號、北斗三號的由來——北斗一號為試驗階段，共發射了4顆實驗衛星，覆蓋國內區域;北斗二號有14顆組網衛星（實際上共發射了23顆），可實現亞太地區的覆蓋;北斗三號則包含30顆組網衛星（實際發射32顆），可實現全球覆蓋，精度可媲美GPS。

當時的北斗項目，除了缺錢，更大的困難是缺技術、缺人才。衛星導航系統是關系一國軍事安全的“國之重器”，而當時的西方國家在幾乎所有高科技領域都對中國實施嚴酷的技術封鎖。比如，在大推力電動振動試驗設備領域，20世紀80年代以前國外對中國禁運1噸以上推力的振動平臺，90年代后改為禁運5噸以上推力的振動平臺，后又改為禁運9噸以上的設備。

甚至1996年7月，包括美國、英國在內的33個西方國家又簽署《瓦森納協定》，對中國等國家實施軍用、軍民兩用商品和技術的控制清單，包括電子器件、計算機、傳感器、新材料等9大類高新技術被實施禁運。

在既缺錢又缺技術的情況下，北斗系統被逼出來了自己的“開創性”。當時的北斗一號研發團隊，陳允芳、孫家棟等人沒有選擇采用GPS的無源定位技術，而是基于有源定位技術（定位時，用戶終端需通過導航衛星向地面控制中心發出一個申請定位的信號;無源定位則不需要），用兩顆地球靜止軌道衛星就可以對地面目標和海上移動物體進行定位導航，且能覆蓋中國及周邊區域。但北斗一號沒有高度信息。要完成相似區域的覆蓋，按照GPS和格洛納斯系統的原理，至少需要三顆衛星。

北斗一號的另一個特殊之處是，它還具備一般導航衛星沒有的短報文通信功能。這意味著北斗衛星同時具備衛星的3個主要應用方向——“通、導、遙”（即通信、導航和遙感）中的兩項。這對當時的中國而言，可謂花小錢辦大事，一石二鳥。

立項6年后的2000年，北斗一號的首批兩顆地球靜止軌道衛星成功發射，北斗一號實驗系統正式建成并開始投入使用。盡管北斗一號看上去簡陋，但意義非凡，憑借這兩顆衛星，中國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。

2003年，第三顆地球靜止軌道衛星發射，北斗實驗系統的性能進一步增強。不過必須承認的是，雖然當時距北斗正式起步已過去9年，但北斗與GPS依然差距明顯。北斗一號的定位精度為20米，授時精度為單向100納秒，短報文通信能力為120個漢字/次。相比之下，此時GPS不僅已覆蓋全球，且民用定位精度和授時精度分別達到10米和10納秒級別;軍用定位甚至已經精確到1米。

而北斗一號只能提供模糊的定位、授時功能，而且無法測速。這樣的北斗，不僅在商用領域沒有優勢（GPS可在全球免費使用），軍用領域的價值也有限。我們必須造出更精確的導航定位系統。

除了缺錢、缺技術，中國作為導航系統戰場的后來者，還面臨著第三個資源型的挑戰——缺頻率。中國要真正在北斗一號的基礎上提升衛星導航系統的精確性和擴大覆蓋區域，就要發更多衛星。而衛星上天的前提，是擁有合法的頻率軌位。

國際電信聯盟（ITU）分配給衛星導航系統的頻率資源是有限的，這是世界上想要發展自己的衛星導航系統的國家必爭的寶貴資源。而取得合法的軌位，需要先向ITU申報，并與相關系統進行協調。

1994年，北斗一號啟動的同時，中國也開始在ITU的框架下啟動北斗導航衛星系統的頻率申請工作。此時，導航衛星的“黃金導航頻段”L頻段已經被先發的GPS、格洛納斯系統占領，中國只能申請次優頻率。

恰好，歐盟此時也在建設伽利略導航系統，同樣需要申請頻率。到2000年，中歐前后腳向ITU提出了導航衛星系統的頻段申請：中國在當年4月17日先行動，不到兩個月后的6月5日，歐盟也向ITU提出了頻率申請。最終，中歐兩方在ITU框架下拓展了1164MHz～1215MHz、1260MHz～1300MHz的導航衛星頻段。

不過申請頻率只是第一步。第二步則要與已上天的衛星系統進行頻率協調。為此，從2000年起中國先后與20多個國家、地區和國際組織的300余個衛星網絡開展了頻率協調。頻率協調并不是個容易活兒，首先就要說服對方，如何在不影響對方利益的同時實現頻率兼容。北斗頻率設計與國際協調首席專家譚述森參與了全過程。

經過復雜的頻率設計與周密的干擾仿真計算，譚述森創造性地提出了衛星導航頻譜共用與兼容性評估準則。方案最終贏得了其他衛星網絡的認可，北斗終于取得合法頻率。然后才到了第三步：真槍實戰發衛星、傳信號的階段，這是一場爭分奪秒的“生死時速”。

因為根據ITU的規則，頻率資源要“先用先得”和“逾期作廢”，有效期以申請日期開始計算，只有7年。這是北斗的第一道時間鎖——即中國必須在2007年4月18日零點之前成功發射導航衛星并成功播發信號。

而且中國不僅要和時間競賽，還要和一個不容小覷的對手競爭，那就是歐洲的伽利略系統。這是因為中歐雙方雖然分別向ITU申請了頻段，但是雙方導航系統的頻率在1164MHz～1215MHz段內高度重合。按照IUT的“先用先得”原則，雙方需要競爭頻率。

這就給北斗帶來了第二道時間鎖—必須比伽利略更快。這兩道檻，栽了任何一道都是“一夜回到解放前”。頻率一旦作廢，此前數年的準備、申請和協調工作就會前功盡棄;研發上，還得調整原有設備中的發射頻率標定點、晶體等設計與部件，以適配更換后的頻率，其過程極為煩瑣，幾乎等于從頭再來。

而好不容易申請、協調好頻率的北斗系統此時正遇到了“DDL（截止時間）的危機”。在頻率下來后，中國北斗衛星導航系統管理辦公室立即開始組織立項和安排計劃。結果排下來一看，最早也要到2007年底才能發射首顆衛星，這比2007年4月18日零點的失效日期多了整半年。

要保住頻率，只能把發射日程提前半年。這在中國航天史上也是從來沒有過的事。而此時的伽利略系統，無論在技術上還是工程進展上都領先于北斗，北斗勝出機會渺茫。就在中國為此焦頭爛額之時，轉機出現了。

2002年，伽利略導航計劃啟動。但由于當時歐洲正遭遇財務危機，伽利略計劃進展并不順利。而且讓歐洲人頭疼的是，老朋友美國也不安分。自蘇聯解體后，美國便沒了對手。放飛自我的美國開始奉行單邊主義外交政策。

2003年，美國對伊拉克發動戰爭。這片跟歐洲隔海相望的土地上的戰火，讓歐洲人感受到了“單極世界”的危險。時任法國總統的希拉克對外呼吁建立“多極化世界”，時任德國總理施羅德也對此表示支持。在這樣的背景下，歐盟把目光掃向亞洲，決定把中國納入已啟動的伽利略計劃。中國成為伽利略伽計劃中第一個非歐盟的參與國。

中國加入伽利略計劃，不僅使歐洲一些國家的領導人賺足了政治資本，也使“伽利略”計劃捉襟見肘的財政狀況得到極大緩解，更給“伽利略”進入中國市場打下了基礎。對中國而言，加入伽利略計劃也有實實在在的好處。按照計劃，伽利略導航系統是基于民用的全球衛星導航定位系統，非軍方控制、管理，且精度和可靠性都優于GPS。在無須擔心軍事威脅的情況下，它不僅能為中國提供免費定位、導航和定時服務，還能讓中國學到先進的導航技術。

2004年中歐正式簽署技術合作協議，中方承諾投入2.3億歐元的巨額資金，第一筆7000萬歐元的款項很快就到位了。然而，政治場上總是風云變幻，政治家的臉說變就變。中歐在伽利略項目合作上的喜悅持續了不到一年就消失了。

2005年，歐洲各國的親美政治人物紛紛上臺，歐洲政治開始轉向，再次回到美國陣營中。自然而然，歐洲航天局也與美國重歸于好。當初為伽利略計劃投入巨額資金的中國，此時不僅沒得到與之相稱的對待，甚至待遇還不如沒投錢的其他非歐盟國家，如印度。

這“結局”令中方十分不滿。雙方在合作開發導航系統上的沖突越來越多。同年，對合作已經失望的中國抽身離去，把精力重新轉移到北斗二號系統上。

幸運的是，在雙方開始合作的時候，中國就留了一手。2004年，北斗導航系統的第二步——北斗二號啟動。此時，北斗二號在進度上已比歐洲的伽利略系統晚了兩年。隨著合作破裂，當年共同申請的頻率眼看將被昔日的朋友、今日的對手搶走。

2005年12月28日，伽利略計劃的首顆實驗衛星“GIOVE-A”被順利送入太空軌道。如果此時頻率被歐洲占去，那北斗第二步將面臨剛要抬腳便無路可走的窘境。讓人意外的是，這顆伽利略實驗衛星并未開通頻率，只占了軌道沒占頻率。

為何衛星都上天了卻沒開通頻率呢？原因是沒錢。開通頻率需要花錢，但此時的歐洲手頭正緊。不僅第一顆衛星上天沒開通信號，缺錢的歐洲還把伽利略計劃的第二顆衛星的發射時間推遲了兩年。原定于2006年發射的伽利略系統第二顆衛星GIOVE-B最終在2008年4月27日成功發射并向地球傳回了首個信號。那時北斗二號首星早已上天了一年多。當然這是后話。

回到2005年，伽利略計劃虛晃的一招，反倒給了北斗一個翻身機會。只要在兩年內造出一顆星，北斗就有戲。眼看北斗進展直追伽利略計劃，沒占到頻率的歐洲又使出了另外一招——用核心設備限制中國。

原本歐洲已經同意向中國出售導航衛星的核心設備——原子鐘，但在臨近簽署合同時突然反悔。實際上歐洲就是搞禁運，要控制這種高精尖的東西，不賣給我們。這里有必要解釋下原子鐘。導航衛星上的原子鐘，利用原子吸收或釋放能量時發出的電磁波進行計時。穩定的電磁波協同精密的儀器為衛星導航提供精確的時間測度。它能精確到什么地步？舉個例子，哪怕從恐龍滅絕時計時到現在，誤差也不超過3秒。它直接決定著衛星導航系統的精度，對整個工程的重要性如同人的心臟。

沒有原子鐘，就沒有校準的時間，導航衛星基本上就沒用了。數次嘗到合作伙伴關鍵時候“掉鏈子”滋味的北斗研發人員，終于鐵了心——與其被別人卡脖子，不如自己造出原子鐘。哪怕技術弱一點，也要把主動權牢牢攥在自己手里。

按北斗系統要求制定的目標，中國自己研發的原子鐘誤差要達到10的-12次方，即原子鐘每十萬年只出現一秒的誤差。為了趕工期，北斗組建了中科院、航天科技、航天科工三支隊伍，同時攻關，并在基礎理論、材料、工程等領域同步進行推進。最終兩年之后，國產星載原子鐘被成功研制出來。

那時，我國的科學家們對銣原子鐘的壽命、可靠性和衛星環境適應性等完全沒有概念，只能反復試驗、改進，以此尋找最佳答案。比如，銣原子鐘的核心部件微波腔，直接決定原子鐘信號強弱，團隊不斷嘗試，用時一年多研制出開槽管微波腔。此外，團隊還發明了一種新型銣光譜燈，克服了限制銣鐘壽命和衛星環境適應性的主要障礙。

讓人欣喜的是，這款中國自主研發的原子鐘，性能指標比當初想買的歐洲原子鐘還要好。消息傳到歐洲人那里，此時歐洲又同意賣給中國原子鐘，而且價格還比原來降了一半。但中國仍堅持用自己的原子鐘。既然我們造出了核心關鍵器部件，何苦再去花大價錢進口呢。

2007年4月上旬，趕在頻率失效前的最后幾天，衛星被運到發射基地，搭上發射塔架。數年緊繃神經的北斗人，眼看就可以松一口氣了。衛星最后的發射日期定在4月14日。這個日期已經很緊張了，如果一切順利的話，該星升空并回傳信號，北斗就能趕在4月18日頻率失效前完成頻率占用。

可好事總是多磨，在發射前三天的第三次總檢查時，工作人員突然發現衛星上的應答機異常。這個應答機，相當于人們用的手機，它讓天上的衛星和地面接收站形成互聯互通。應答機壞了，衛星就不能發射無線電信號，那就拿不到合法的頻率資源。這一消息就像一盆冷水，潑在正沉浸于喜悅中的北斗人頭上。

由于這顆衛星帶著占領頻率資源的“使命”，只能背水一戰。北斗科研人員只有3天的時間來解決這個問題。為了確保衛星萬無一失，研發人員在細研究后決定對衛星“開膛破肚”。工作人員先爬上塔架打開火箭、撥開衛星，然后進去拿出有問題的應答機設備，這過程不能有絲毫的不當操作，否則其他系統受到損害麻煩將更大。

最后，應答機順利地拿出來了，可另外一個問題也來了：應答機的科研單位在上海，發射地所在的西昌彼時還沒有高速公路和機場，想在3天內往返于西昌和上海并修復應答機，絕無可能。各方協調之下，北斗指揮人員決定在成都一家科研單位修復應答機。

顛簸了四五個小時，都是懷里抱著的，防止車的震動（損壞應答機），像個孩子一樣保護著。工作人員終于趕在發射前將應答機裝回衛星。2007年4月14日4時11分，這顆肩負著保頻率使命的北斗衛星成功發射。

接下來的三天，十多家北斗衛星研制廠家集中在一個大操場上，把衛星信號接收機擺成一線，等待著信號的傳回。工作人員不分白天黑夜地調試地面設備，接收信號。但直到4月17日白天，地面站仍未收到衛星信號。

2007年4月17日晚，眼看著ITU的“七年之限”即將到期，地面信號接收機仍毫無動靜。到了晚上八點，十幾個用戶接收機界面突然跳動，北斗衛星終于下發了第一組信號。懸著的心終于落下了！北斗二號首顆衛星圓滿完成使命，不僅成功入軌，還占到了頻率。但驚險的是，等待了7年的北斗衛星，最后在離ITU的“7年之限”不到4個小時的時候迎來合法化。

在整個北斗工程中，這顆星充當著承上啟下的作用：既是前13年努力的結晶，也為接下來13年的建設打好鋪墊。解決“合法”問題后的北斗進入了開掛模式。

2009年，第二顆北斗二號導航衛星發射;2010年一年，5顆衛星相繼發射;2011年，又有3顆北斗衛星發射，其中一顆還經歷了冒雨發射，頗有雷打不動的意味。到2012年10月底，北斗二號系統在連發了16顆衛星后，正式完成組網并投入運營。此后北斗二號系統又補充發射了6顆衛星，至今仍在為亞太地區提供導航等服務。

北斗二號的完成，讓中國徹底贏得了中歐之間的頻率競爭。實際上，在2010年北斗二號發射第三顆衛星時，就正式采用與歐洲“伽利略”衛星一樣的PRS頻段。為此歐洲航天局的代表團數次來到北京請求與中國談判。

歐洲官員的說法是，該頻率是歐洲從美國人手中花“血本”取得的，而且伽利略系統早已按此頻率進行技術設計，已經無法修改，因此要求中國北斗系統“搬遷”到其他頻道上。但中國是按照ITU的“先占先得”規則依法獲得的頻率，沒有理由讓出。2015年初，無計可施的歐盟被迫接受了中國提出的頻率共用理念，中歐的頻率之爭得到解決。

在第二顆北斗二號衛星發射的2009年，北斗三號也啟動了。8年后的2017年11月5日，我國成功以“一箭雙星”的方式發射2顆北斗三號中圓軌道衛星。這是北斗三號衛星的首次發射，標志著中國北斗衛星導航系統步入全球組網時代。

接下來的一年，北斗三號進入衛星高密度發射期。2018一整年，北斗三號總共發射了18顆衛星，這在世界導航衛星史上破了先例，締造了“北斗速度”。同年12月27日，中國衛星導航系統管理辦公室主任、北斗衛星導航系統新聞發言人冉承其正式對外宣布，北斗三號基本系統完成建設，開始提供全球服務。此時的北斗已經完全超越伽利略系統。

一個例子便是，2019年下半年，歐洲伽利略導航衛星系統的所有服務中斷，且中斷時長近一周。歐洲將伽利略系統癱瘓的責任推給中國，抱怨這次癱瘓是“被中國逼的”。然而最終故障的調查報告卻讓人無語：系統癱瘓的罪魁禍首是人為失誤加管理混亂。簡單來說，就是沒人管導致的。很難相信，這就是十多年前在技術、資金和研發進度等方面都超過北斗的導航系統。

而北斗系統依然勢頭不減，2019年又接連發了10顆衛星。此次發射的最后一顆北斗組網衛星，是第32顆北斗三號衛星，同時也是第55顆北斗全球組網衛星。至此，整個北斗系列共發射了59顆衛星，他們分別分布在地球靜止軌道（GEO）、傾斜地球同步軌道（IGSO）和中圓地球軌道（MEO）。

其中，在最后用以支撐北斗系統全球覆蓋的30顆北斗三號組網衛星（小于實際發射的衛星數量）中，3顆是GEO衛星，3顆是IGSO衛星，24顆是MEO衛星。三類衛星相互配合——3顆GEO衛星可基本實現對中國區域的三重增強覆蓋，可降低整個星座的衛星數量，以控制成本，且GEO衛星還具備短報文通信功能，一星多用。

3顆IGSO衛星則可彌補GEO衛星在高緯度地區仰角過低的問題，可對高緯度地區進行有效的信號增強。最后24顆MEO衛星則構成了北斗全球組網的核心星座，GPS、格洛納斯和伽利略導航系統的衛星均部署在該軌道上。

但由于地緣政治原因，我國不可能像美國GPS那樣，在全球建立地面站。為解決境外衛星的數據傳輸通道問題，北斗系統又最先采用了一個獨特的新設計——采取星間、星地傳輸功能一體化設計，實現了衛星與衛星、衛星與地面站的鏈路互通。

這一方式被稱之為“星間鏈路”，它不僅解決了在全球建地面站的難題，還將北斗系統的精度提升了兩倍。甚至，連GPS在2010年升級后的二代系統中也選擇了用這種方式連接。這一次，中國智慧再次讓“對手”嘆服。

盡管北斗全球組網最終完成，但這并不是終點。按計劃，到2035年我國將建成以北斗為核心，更加融合、更加智能的綜合定位導航授時（PNT）體系。但當下，北斗的另一項工作正在如火如荼地展開。這項工作就是軍民融合與商業化。

因軍事需要誕生的衛星導航系統，在民用、商用領域有更大的價值空間。歐洲全球導航衛星系統局在《2019年全球衛星導航市場報告》中稱，2019年全球衛星產業產值約為1507億歐元，折合人民幣約1.2萬億元。這其中，超過90%的市場被GPS占領，其他導航系統分食剩下不足10%的市場。

盡管目前GPS仍一家獨大，但隨著北斗、伽利略等系統建設完成，GPS的優勢正在減弱。且北斗作為后研發的系統，在功能上有一些優越性：首先，我國的北斗導航系統首次創造了三種不同軌道的混合星座，由于高軌衛星多，因此抗遮擋能力強，在低緯度地區性能更為明顯;其次，北斗導航系統具有短報文通信功能，應用方向更廣泛;第三，北斗導航系統以“星間鏈路”的連接方式取代全球建地面站的方式，可不依賴地面通信站實現導航和通信功能。

一場新的全球導航市場競賽正在打響。早在2013年，北斗二號系統投用后便開啟了商業化。在當年的《中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》發布會上，中國衛星導航定位協會的代表對2013年冠以兩個“元年”—“北斗系統在個人手機終端和車載電子設備標配化的啟動元年”和“北斗位置服務的元年”。

這一年，國家層面數次推動北斗商業化：1月14日，交通運輸部部署加快推進“重點運輸過程監控管理服務示范系統工程”實施工作，成為第一個北斗衛星導航系統民用示范工程;9月，國家發展改革委、科技部等部門共同研究起草的《國家衛星導航產業中長期發展規劃》正式發布實施，其提出到2020年北斗導航及其兼容產品對國內衛星導航應用市場的貢獻率要達到60%。

此后，北斗相繼在電力、車輛管理、汽車導航、可穿戴設備、航海導航、GIS數據采集、精準農業、智慧物流、無人駕駛、工程勘察等領域展開應用。甚至北斗很多應用就在人們的日常生活中，比如鐵路安全和共享單車停放。

我國鐵路主要是通過信號機、列控等信號系統來保障列車運行安全。但是，信號系統不同程度地依賴于地面設備。在強自然災害等極端情況下，設備可能遭到嚴重損壞，導致調度指揮出現盲區，從而引發列車追尾等重大交通事故。而北斗系統在不依賴于地面設備的情況下還能全天候為列車進行定位，成為避免列車追尾事故的首選方案。

共享單車停放是城市管理者最頭疼的事之一。在應用了北斗定位系統后，單車可指定某個電子停車區域，車輛只有停放到區域內才能夠鎖車，否則無法鎖車并一直計費。

根據中國衛星導航定位協會發布的《中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書（2019）》，截至2018年，僅中國的衛星導航與位置服務產業總體產值已達3016億元，與衛星導航技術研發和應用直接相關的產業核心產值達1069億元，北斗對產業的核心產值貢獻率達80%。

盡管目前北斗的市場規模在1000億左右，遠低于美國GPS，但其潛力正加速爆發，越來越多的國外項目，已經認可北斗的價值。先是東南亞四國（泰國、老撾、文萊和緬甸）與中國政府簽訂協議，采用我國的北斗導航系統。隨后巴基斯坦也加入“北斗陣營”。此后，就連已有導航系統的俄羅斯也來購買北斗產品。

到2019年，北斗系統已經在印度尼西亞土地確權、科威特建筑施工、烏干達國土測繪、緬甸精準農業、馬爾代夫海上打樁、柬埔寨無人機、泰國倉儲物流、巴基斯坦機場授時以及俄羅斯電力巡檢等領域得到廣泛應用。如今，北斗地基增強技術和產品成體系輸出海外，北斗基礎產品已出口至120余個國家和地區，北斗高精度產品也出口到90多個國家和地區。

值得注意的是，這些衛星導航系統不是非要爭個你死我活，多系統兼容與互操作已成為發展趨勢。美軍U-2偵察機已將中國的北斗衛星導航系統作為備用系統，供飛機在GPS失靈時使用。U-2飛行員佩戴的手表也內置了多個導航系統，除GPS外，也能連接北斗、格洛納斯和伽利略系統。

為何要跟競爭對手攪在一起呢？首先是為正常運行提供保障。根據GPS的工作原理，接收機需要同時“看到”至少4顆導航衛星，才能實現定位。如果使用單一導航系統，一旦在某一區域上空衛星數量有限，接收機與某顆衛星就會斷開聯系，影響定位服務的持續性。北斗與GPS實現互操作以后，用戶用一臺接收機能同時接收兩個系統的衛星信號，如GPS衛星數量不夠的話，還有北斗衛星，定位的穩定性和精度會更高。

其次，衛星導航產業一般遵循由軍用到行業再到民用、從小眾到大眾的發展規律。北斗導航系統現已廣泛應用于交通運輸、公共安全、農林漁業、水文監測、氣象預報、通信時統、電力調度、救災減災等領域，而兼容可提高產品性能，提升用戶體驗，為商業競爭加分。

目前，國際主流全球導航衛星系統（GNSS）廠商都采用多系統共用模式，產品一般都支持兩個或者更多的衛星導航系統，北斗三號在設計建造之初就已考慮對其他衛星導航系統的兼容性，用戶可以在終端上接收多個信號。

其實某種意義上，導航系統的軍事價值也需要通過民用價值來鞏固，因為一個沒人用的導航系統在性能提升和行業滲透上都會遇到瓶頸，也就失去了在緊急狀態下的安全基礎和充當反制手段的潛力。

數年前，全球最著名的軍事期刊英國《簡氏防務周刊》就曾撰文稱，中國的北斗系統對美國的GPS系統構成了挑戰，美國壟斷衛星導航高科技的時代將結束。如今來看，這一說法正在慢慢應驗—中國獨立研制的導航系統不僅沖破了種種國外封鎖，還站到了世界衛星導航的競技場，并慢慢秀出肌肉。當下的中國科技市場，正經歷十多年前北斗的遭遇—技術強國的技術封鎖。

這種封鎖是全球化退步的無奈現象，將給各國產業帶來陣痛，并重復消耗全人類本就不多的資源。但面對已在形成的事實，經濟和技術上仍是后發國家的中國也沒有更多的選擇：只能自己干。如何在起步時間、資金、技術、人才甚至國際資源都處于下風的情況下闖出一條路？北斗或許能為中國科技發展給出啟示。

總體產值已達3016億元，與衛星導航技術研發和應用直接相關的產業核心產值達1069億元，北斗對產業的核心產值貢獻率達80%。

盡管目前北斗的市場規模在1000億左右，遠低于美國GPS，但其潛力正加速爆發，越來越多的國外項目，已經認可北斗的價值。先是東南亞四國（泰國、老撾、文萊和緬甸）與中國政府簽訂協議，采用我國的北斗導航系統。隨后巴基斯坦也加入“北斗陣營”。此后，就連已有導航系統的俄羅斯也來購買北斗產品。

到2019年，北斗系統已經在印度尼西亞土地確權、科威特建筑施工、烏干達國土測繪、緬甸精準農業、馬爾代夫海上打樁、柬埔寨無人機、泰國倉儲物流、巴基斯坦機場授時以及俄羅斯電力巡檢等領域得到廣泛應用。如今，北斗地基增強技術和產品成體系輸出海外，北斗基礎產品已出口至120余個國家和地區，北斗高精度產品也出口到90多個國家和地區。

值得注意的是，這些衛星導航系統不是非要爭個你死我活，多系統兼容與互操作已成為發展趨勢。美軍U-2偵察機已將中國的北斗衛星導航系統作為備用系統，供飛機在GPS失靈時使用。U-2飛行員佩戴的手表也內置了多個導航系統，除GPS外，也能連接北斗、格洛納斯和伽利略系統。

為何要跟競爭對手攪在一起呢？首先是為正常運行提供保障。根據GPS的工作原理，接收機需要同時“看到”至少4顆導航衛星，才能實現定位。如果使用單一導航系統，一旦在某一區域上空衛星數量有限，接收機與某顆衛星就會斷開聯系，影響定位服務的持續性。北斗與GPS實現互操作以后，用戶用一臺接收機能同時接收兩個系統的衛星信號，如GPS衛星數量不夠的話，還有北斗衛星，定位的穩定性和精度會更高。

其次，衛星導航產業一般遵循由軍用到行業再到民用、從小眾到大眾的發展規律。北斗導航系統現已廣泛應用于交通運輸、公共安全、農林漁業、水文監測、氣象預報、通信時統、電力調度、救災減災等領域，而兼容可提高產品性能，提升用戶體驗，為商業競爭加分。

目前，國際主流全球導航衛星系統（GNSS）廠商都采用多系統共用模式，產品一般都支持兩個或者更多的衛星導航系統，北斗三號在設計建造之初就已考慮對其他衛星導航系統的兼容性，用戶可以在終端上接收多個信號。

其實某種意義上，導航系統的軍事價值也需要通過民用價值來鞏固，因為一個沒人用的導航系統在性能提升和行業滲透上都會遇到瓶頸，也就失去了在緊急狀態下的安全基礎和充當反制手段的潛力。

數年前，全球最著名的軍事期刊英國《簡氏防務周刊》就曾撰文稱，中國的北斗系統對美國的GPS系統構成了挑戰，美國壟斷衛星導航高科技的時代將結束。如今來看，這一說法正在慢慢應驗—中國獨立研制的導航系統不僅沖破了種種國外封鎖，還站到了世界衛星導航的競技場，并慢慢秀出肌肉。當下的中國科技市場，正經歷十多年前北斗的遭遇—技術強國的技術封鎖。

這種封鎖是全球化退步的無奈現象，將給各國產業帶來陣痛，并重復消耗全人類本就不多的資源。但面對已在形成的事實，經濟和技術上仍是后發國家的中國也沒有更多的選擇：只能自己干。如何在起步時間、資金、技術、人才甚至國際資源都處于下風的情況下闖出一條路？北斗或許能為中國科技發展給出啟示。