6月23日9时43分，北斗卫星导航系统（以下简称“北斗系统”）第55颗导航卫星，即北斗三号最后一颗全球组网卫星在中国西昌卫星发射中心成功升空。至此，北斗系统全面完成全球星座组网部署。作为中国迄今为止，规模最大、覆盖范围最广、服务性能要求最高的巨型复杂航天系统，北斗系统是中华人民共和国成立70余年来所取得的一项重大自主创新科技成就。伴随北斗系统全球组网成功，它已成为中国贡献给世界的一项全球公共服务产品，将为服务全球、造福人类持续贡献中国智慧与力量。

文｜北京中科院研究员   文心

凭实力入列全球四大卫星导航系统

北斗系统是中国著眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候全天时高精度定位、导航和授时服务的国家重大时空基础设施。6月23日，当第55颗北斗导航卫星在北斗全球组网“大棋局”中落子定盘，中国北斗终于迎来了高光时刻。历经一代代北斗人数十载的卓绝努力，这颗“东方之星”成功环抱地球、闪耀银河！

“这是一个历史性的里程碑，也是通过全球卫星导航系统（GNSS）向全世界人民提供精确地理定位服务的重要一步。”联合国外空司司长西蒙内塔．迪皮蓬女士对北斗系统完成全球组网表示热烈祝贺，并充分肯定北斗系统在推动全球经济社会发展、和平利用外太空、参与联合国空间活动国际合作等方面作出的巨大贡献。在她看来，“只有对太空秉持著长期并持久的承诺，这个结果才可能实现”。

放眼国际，全球共有四大卫星导航系统。除了大家较为熟知的美国全球定位系统（GPS），还有欧洲的伽利略系统（GALILEO）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS），中国的北斗系统（BDS）也位列其中。

要知道，并不只是这些国家建设有卫星导航系统，日本、印度等国也在发展自己的导航系统，只不过是区域性的，不能提供全球性服务。可见，要跻身这一全球顶级科技俱乐部，必须得有相当的实力才行。与其它三者相比，中国的北斗系统起步晚、基础弱。那么，北斗系统究竟是凭著怎样的“硬功夫”后来居上的呢？

北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，其中空间段就是最受瞩目的卫星星座。与全球其它卫星导航系统相比，北斗系统空间段首创采用了三种轨道卫星构成的混合星座，包括地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星。不仅如此，北斗系统中的高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能优势更为明显。在此基础上，除了基本服务体系外，北斗系统进一步发展了区别于其它导航系统的创新特色。

短报文通信，就是北斗系统将导航与通信能力创新融合形成的一项“独门绝技”。有了这一技术，北斗的用户与用户、用户与中心控制系统间可以实现双向简短数字报文通信。2008年汶川大地震期间，在其它通讯方式纷纷失效的情况下，只有北斗系统以短报文形式与指挥中心保持著联系。

目前，在区域短报文通信服务方面，北斗三号继承了北斗二号的短报文服务，通信能力也从最初一次发送120个汉字提升到一次发送1，000个汉字，让空间通信就像使用“微信”一样方便。并且，北斗短报文应用服务平台也已启动建设，后续还将与移动通信技术结合，让这一服务进入手机等智能终端中，从而为大众用户提供更便捷服务。在全球短报文通信服务方面，北斗系统单次通信能力可达40个汉字，已经具备了向全球提供试用服务能力。

北斗系统还有一项“看家本领”，即具有返向链路的确认功能，好比信息的“已读”等回执功能。这一功能在国际搜索救援服务中大有用处，堪称“希望之光”。如果一艘渔船在海洋作业中遇险了，船上的搜救终端在触水后会自动把搜救信号发到卫星上，卫星再把这些信息转发到地面系统，地面系统从而快速计算出遇险者的位置，组织附近力量展开救援。这一过程其实对在渔船上等待救援的人们来说是痛苦的，有时甚至是绝望的。因为这只是一种单向报警系统，求救信息发出后，求救者并不知道信息是否发送成功，更不能确定救援队伍会来，只能茫然无助地等待。

北斗改变了这种传统格局，它实现了搜救过程中的双向通信。当地面系统收到求救信息后，可以通过北斗特色的星间链路，利用可见卫星将回执信息以及地面救援力量的准备情况等信息返向发送给求救者，并且这些信息还可以对不同用户进行差异化定义。“信息已收到”，“救援队伍准备完毕，正在赶来”，“救援队伍即将到达”……这一条条回执信息，可以帮助提振求救者在等待过程中的信心，增强他们的生还信念。

按照国际搜救卫星系统组织相关标准，北斗系统与其他卫星导航系统共同组成了全球中轨搜救系统，并将公益性地免费提供返向链路确认服务。它将主要用于水上、陆地及空中遇险目标的定位和救援，助力显著提升全球遇险安全保障能力。

蹄疾步稳顺利实现建设“三步走”

人类之所以发明和建设卫星导航系统，是为了更加精准快速地掌握时间和空间信息。如果一个国家无法获取时间和空间信息，或是不能自主掌握这些信息而全部由他方来提供，就好像一个人失去了眼睛和耳朵，又犹如一座城市断水断电成了孤岛，将面临巨大的安全威胁。

从上世纪70年代至本世纪，伴随互联网及数字技术的飞速发展，无论是国防军事安全还是社会的正常运转，都愈发离不开卫星导航系统的指引。美国的GPS和俄罗斯的GLONASS是全球最早建成的卫星导航系统，而二者早期的不断竞争则让中国意识到，在卫星导航领域不存在真正意义的国际合作，必须自主掌握这一关键技术，否则就会在发展的过程中被他人“卡脖子”。

正如北斗一号卫星总指挥李祖洪所言，“北斗的研制，是中国人自己干出来的。‘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”。

实际上，中国形成对卫星导航技术的理论探索与美俄几乎是同步的。上世纪60年代末，中国就开始研究利用卫星进行地面定位服务。按照空间定位原理，要精确定位地球上的某一个目标点，至少需要3至4颗卫星。然而彼时的中国国力基础薄弱，要发射这么多颗卫星著实让人感慨遥不可及。

尽管中国没有踏上第一梯队的脚步，但是这颗“种子”埋在了土里、等待著发芽。1983年，以陈芳允院士为代表的专家团队创造性地提出了“双星定位”系统方案，即把地心视为一颗虚拟卫星，再发射2颗地球同步轨道卫星，这样就可以用最少的投入、最小的星座和最短的周期实现对区域内地面目标的快速定位。

在此设想基础上，中国开始探索适合自身国情的卫星导航系统发展道路，并逐步形成了从区域到全球的“三步走”发展战略——2000年，建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012年，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；2020年，建成北斗三号系统，向全球提供服务。

照此步骤，1994年，北斗一号系统工程正式启动建设，并在2000年发射2颗地球静止轨道卫星后顺利建成并投入使用。北斗一号系统采用有源定位体制，可为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务。2003年，北斗一号系统发射了第3颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。

紧接著，北斗二号系统于2004年启动建设，并在2012年投入使用。其间，共完成了14颗卫星发射组网。北斗二号系统在相容北斗一号系统技术体制基础上，增加了无源定位体制，实现了为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。

在蹄疾步稳地完成了“前两步”后，北斗三号系统的建设开始加速冲刺！2009年启动建设后，北斗三号系统需要发射30颗卫星实现组网。近两年来，中国平均每月发射北斗卫星1。2颗，其中仅在2018年就实现了一年19星发射的高密度。这一“中国速度”，再次刷新了全球卫星导航系统组网速度的世界纪录。此外，北斗三号系统继承了有源服务和无源服务两种技术体制，不仅能为全球用户提供定位导航授时、全球短报文通信和国际搜救服务，同时可为中国及周边地区用户提供星基增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通信等服务。

回顾整个北斗系统数十载的建设历程，其中饱含著一代代北斗人筚路蓝缕、砥砺奋进的汗水与意志。他们不仅要从零开始摸索，还要依靠勤劳和智慧打破国外的技术封锁，开创出完全自主的建设局面，因为“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”。北斗系统的建设实践，走出了在区域快速形成服务能力、逐步扩展为全球服务的中国特色发展路径，丰富了世界卫星导航事业的发展模式。令国人骄傲的是，今日耀世太空的北斗系统是中国的“自主之星”，北斗导航卫星单机和关键元器件已实现100%国产化。

目前，北斗系统服务由北斗二号系统和北斗三号系统共同提供，今年后将平稳过渡至以北斗三号系统为主的“后北斗”时代。按照规划，到2035年中国将建成以北斗系统为核心，更加泛在、更加融合、更加智慧的国家综合定位导航授时体系。这一体系将实现由深空到深海的立体服务覆盖，具备由公里级定位精度到分米、厘米级定位精度的多样化服务能力。这一体系已经完成了初步论证，也开展了关键技术攻关和研究工作。届时，全球用户将不断享受新时代北斗系统的一流服务。

只受想像力限制的“+北斗”应用

自古以来，天上的北斗星就被智慧的中国人用来指引方向和计算时间。随著人类社会的不断进步，一颗颗发射升空的卫星开始担负起古时星座的任务，并逐步发展成为适应现代化应用的卫星导航体系。如今，已建设20多年的北斗系统早已润物细无声般渗透至国人生产生活的方方面面。接下来，随著北斗全球组网成功，它还将更加广泛而深刻地服务人类、造福全球。

有别于“先建后用”的一般思路，北斗系统从一开始就采取了边建设系统边推动应用的发展策略以及“政府搭台、企业唱戏”的运营模式。整个北斗系统的全面推动应用大约始于2009年，在业界看来，“北斗的应用只受想像力的限制”。

北斗卫星导航晶片、模块、天线、板卡等基础产品，是北斗系统应用的基础。通过卫星导航专项的集智攻关，这些基础产品已实现自主可控，并形成了完整的产业链，技术达到国际先进水平，输出至100多个国家和地区。其中，截至2019年底，国产北斗导航型晶片模块出货量已超1亿片，季度出货量突破1,000万片。

此外，北斗系统已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等国民经济和社会发展的各个领域得到广泛应用，服务国家重要基础设施建设，产生了显著的经济效益和社会效益。

交通运输是国民经济、社会发展和人民生活的命脉，北斗系统已经深入应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时调度监控等领域。截至去年12月，中国超过650万辆营运车辆、4万辆邮政和快递车辆、36个中心城市约8万辆公交车、3,200 余座内河导航设施、2,900余座海上导航设施已应用北斗系统，且建成了全球最大的营运车辆动态监管系统。

中国是农业大国、渔业大国和森林资源大国，这几大行业也是北斗系统较早应用的领域。北斗卫星导航技术结合遥感、地理信息等技术，可促进传统农业向智慧农业加快发展。基于北斗系统的农机自动驾驶系统超过2万台套，节约50%的用工成本；基于北斗系统的农机作业监管平台和物联网平台为10万余台套农机设备提供服务，极大提高了作业管理效率。在林业领域，北斗系统定位与短报文通信功能广泛应用于森林防火、天然林保护、森林自然调查、病虫害防治等。在渔业领域，北斗系统可为渔业管理部门和渔船提供船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港管理等服务；全国已有7万余艘渔船和执法船安装北斗终端，累计救助1万余人。

救灾减灾领域，也是北斗应用较为集中的行业之一。目前，中国已建成部、省、市（县）三级平台，实现六级业务应用，推广北斗终端超过4.5万台。就在今年新冠肺炎疫情发生后，建设武汉火神山、雷神山医院的任务可谓分秒必争。面对当时环境复杂的施工场地，北斗系统提供的高精度定位和精确标绘为医院的迅速施工争取了宝贵的时间。不仅如此，北斗系统还助力无人机按照系统生成的航点和飞行路线，完成精准喷洒等防疫消毒工作。总之，在这场科技战“疫”中，北斗系统功不可没。

除了这些基础行业的应用外，基于北斗的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用，因此北斗系统的应用也逐渐进入中国大众消费、共享经济和民生领域。截至2019年第三季度，在中国市场申请入网的手机有400余款具有定位功能，其中支持北斗定位近300款。

“目的地距您当前距离5.6公里，大约需要行驶21分钟。”打开手机地图里的导航功能，使用者不仅能够查找到想去的地方，而且还能知晓导航系统根据距离和路况实时更新的行程信息。

“滴滴！”只需在手机上轻轻一点，就可以找到距离最近的共享单车并成功解锁使用。“您的订单正在派件中”、“久等啦，外卖小哥即将送达”……卫星定位能够实时提供快递和外卖的物流动态，让顾客在期待的过程中多了一份精彩。

每天晨起后打开手机查看智能手环传输的个人睡眠信息，是新潮一族的个性化养生方案。而一些儿童手表、老人手环等特殊智能穿戴设备，不仅可以对这些特殊人群进行动态定位，还可以提供紧急呼叫、短报文等相关服务，为他们给予关爱、保障安全。

当前，“新基建”蓝图正在火势铺开，而作为“新基建”的“基建”，北斗系统正在与5G、大数据、区块链、人工智能等新技术加速融合。从“北斗+”到“+北斗”，一大批基于北斗应用的新模式、新业态、新经济不断涌现，将进一步推动生产生活方式的变革和商业模式的不断创新。

去年，中国卫星导航与位置服务产业总体产值达3,450亿元人民币，其中北斗系统的贡献率约为70%至80%，预计未来一段时间还将保持20%左右的增长速度。在当今世界政治风云激荡、经济危机四伏、整体充满风险和未知的大背景下，中国的北斗系统将秉持开放的理念，在世界舞台和浩瀚星空中贡献中国智慧，让中国的科技成果惠及全球、在历史的长河中为人类文明恒久引航！

（本文发布于《紫荆》杂志2020年8月号）