“北斗系统造福中国人民，也造福世界各国人民。” 9月16日，中国国家主席习近平在致首届北斗规模应用国际峰会的贺信中写道，“让北斗系统更好服务全球、造福人类”。
北斗系统是中国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能要求最高、与百姓生活关联最紧密的巨型复杂航天系统。截至目前，北斗系统已安全稳定为全球服务运行一年有余，在世界一半以上国家和地区推广使用，并将持续为全球卫星导航事业的发展贡献中国智慧与力量。
文｜北京 文心
9月16日，首届北斗规模应用国际峰会在湖南长沙召开，峰会上的北斗卫星导航系统成果展吸引了与会人士参观（图：中新社）
北斗丰富世界卫星导航事业发展模式
扫一扫二维码，即可获知自己所处的地理位置和经纬坐标，并了解“此刻有多少颗北斗卫星正陪伴著我”。此般与星空互动的独特展示，吸引了大量观众驻足。中国共产党成立100周年之际，中国自主研制的北斗卫星导航系统作为“推进中国特色社会主义进入新时代 党和国家事业取得历史性成就 发生历史性变革”重大科技成果之一，生动亮相中国共产党历史展览馆。
时间倒回至一年前。面对2020年年初新冠肺炎疫情在国内肆虐的特殊背景，北斗工程全线坚持组网发射和疫情防控“双线作战”。2020年6月23日9时43分，“5！4！3！2！1！”“点火！”“起飞！”在众人激动屏息的倒计时声中，北斗系统第55颗导航卫星暨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发射升空。至此，北斗系统全面完成全球星座组网部署，这组“东方群星”成功环抱地球、闪耀银河！
时间再倒回至50年前。上世纪60年代末，中国与美国、俄罗斯几乎同步开始形成对卫星导航技术的理论探索。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。可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。尽管中国没有赶上第一梯队的脚步，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。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。
在蹄疾步稳地完成了“前两步”后，北斗三号系统于2009年开启加速建设。北斗三号系统需要发射30颗卫星实现组网，在最后冲刺阶段，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。
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”。令中国人骄傲的是，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。
今天，镶嵌在联合国全球卫星导航系统国际委员会LOGO上的四颗卫星中，有一颗就代表著中国北斗。中国的北斗系统（BDS）与美国全球定位系统（GPS）、欧洲伽利略系统（GALILEO）、俄罗斯格洛纳斯系统（GLONASS）一并入列全球四大卫星导航系统。不仅如此，北斗系统的建设实践还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。
北斗开启全球化、产业化、市场化新征程
2020年7月31日，习近平主席向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通服务。这标志著北斗系统工程“三步走”发展战略圆满收官，中国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家。北斗事业也随之迈入服务全球、造福人类的新时代，开启了全球化、产业化、市场化的新征程。
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。《北斗卫星导航系统建设与发展》报告显示，目前，北斗系统在轨服务卫星共计45颗，包括北斗二号卫星15颗和北斗三号卫星30颗。北斗系统建成开通一年来，健康状态良好、在轨运行稳定、性能稳中有升，持续满足全球用户需求。
稳定运行一年以来，北斗系统提供导航定位和通信数传两大类、七种服务。包括：面向全球范围，提供定位导航授时﹙RNSS﹚、全球短报文通信（GSMC）和国际搜救（SAR）三种服务；在中国及周边地区，提供星基增强（SBAS）、地基增强（GAS）、精密单点定位（PPP）和区域短报文通信（RSMC）四种服务。
其中，短报文通信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。
6月2日，在广州港南沙四期工程实船联合调试现场，北斗导航无人驾驶智能导引车在运输集装箱（图：新华社）
如今，北斗三号区域短报文服务正在为中国及周边地区用户提供服务，最大单次报文长度达14,000比特，约1,000个汉字。在全球短报文服务方面，北斗系统通过14颗MEO卫星，可为全球用户提供试用服务，最大单次报文长度560比特，约40个汉字。
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。
在符合国际标准的基础上，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。北斗6颗MEO卫星及其搜救载荷在轨测试已经完成，可提供北斗特色B2b返向链路确认功能，为全球用户提供遇险报警服务。
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年前中国将建成以北斗系统为核心的更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时（PNT）体系。PNT体系将实现由深空到深海的立体服务覆盖，实现分米级高精度定位能力以及全球完好性服务能力；同时在供给侧与需求侧同步发力，打通PNT能力生成链条，让PNT真正好用又能用好。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，全球用户将更好地共享新时代北斗系统的科技红利。
北斗应用将向更宽范围、更高水平、更高层次迈进
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。尤其基于全球数字化发展日益加快，时空信息、定位导航服务已成为关乎国计民生的重要新型基础设施。
在此背景下，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，也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。北斗卫星导航与位置服务产业链大体可分为：包括基础器件、基础软件、基础数据等产品的上游，包括各类终端集成产品和系统集成产品研制、生产及销售等环节的中游，以及基于各种技术和产品的应用及运营服务环节的下游。
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”。
在北京，安装在智能物流车上的综合感知系统能接收北斗卫星的信号，随时纠正自己的位置和路线，定位精度达到厘米级，保障了精准送货。在上海，藉助北斗系统，公交站台上的显示屏可以动态预告下一班车的实时运行情况，预报误差小于15秒。在广州，60多个小学、近1.7万名学生领取到了搭载北斗定位芯片和室内定位系统模块的“平安校园智能手表”。在武汉，垃圾桶内装上了支持北斗系统的芯片，终端能够自动探测垃圾桶里的垃圾存放量，精准解决垃圾桶漫溢难题。
北斗信号远在天边，北斗应用却近在眼前。今日的北斗，已全面服务于交通运输、公共安全、救灾减灾、农林牧渔等行业，融入电力、金融、通信等基础设施。
装有北斗导航系统的棉花精量播种机在新疆生产建设兵团第一师二团播种（图：中新社）
据《2021中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示，在基础产品方面 ，截至2020年底，国产北斗兼容型芯片及模块销量达到亿级规模，季度出货量突破1,000万片。在交通运输领域，2020年，超700万辆道路营运车辆已安装使用北斗系统；约350架通用飞行器使用北斗系统，占比12%，并首次应用于运输航空器。在农林渔业领域，基于北斗系统的农机自动驾驶系统超过4.5万台套，基于北斗系统的农机作业监管平台和物联网平台为40万余台套农机设备提供服务。在减灾救灾方面，江苏、贵州、四川等地利用北斗系统进行24小时实时监测，多次成功预警山体滑坡等地质灾害。在大众应用领域，包括华为、苹果等国内外主流智能手机厂商均支持北斗；2021年一季度申请入网支持北斗定位的智能手机款型达到79%。
另一方面，各相关行业领域也开始主动跨界进入北斗产业，相继成立了专门的北斗机构或企业，积极探索开拓以北斗技术为赋能手段的应用场景，推进本行业的北斗应用。下一步，随著北斗+5G两大基础设施的彼此增强、相互赋能，促进融技术、融终端、融平台、融数据、融服务发展，北斗系统的应用模式将会更加丰富。
伴随“北斗＋”和“＋北斗”生态范畴的日益扩大，北斗应用深刻改变了人们的生产生活方式，产生了显著的经济和社会效益。2020年，中国卫星导航与位置服务产业总体产值增速继续加快，达到4,033亿元人民币，较2019年增长约16.9％，圆满完成“十三五”目标。预计到“十四五”末期，中国卫星导航位置与服务总体产值还将翻一番，突破万亿元大关，全球市场份额翻一番，北斗产业化将向更宽范围、更高水平、更高层次迈进。
目前，北斗产业化发展已入列国家“十四五”时期的建设重点，工信部、国家发改委、交通运输部等相关部委纷纷出台了北斗专项发展规划，明确北斗系统的五年发展计划，进一步推动北斗产业高质量发展。
放眼国际，北斗系统的建设与发展始终秉持开放合作、资源共享的原则，为世界卫星导航事业发展贡献著中国智慧。截至目前，北斗基础产品已出口至120余个国家和地区，面向亿级以上用户提供服务。基于北斗的土地确权、精准农业、智慧港口等服务，已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地成功应用，不断服务当地经济社会发展。
北斗闪耀，泽沐八方。正如习近平主席所强调，北斗系统造福中国人民，也造福世界各国人民。未来，北斗应用将更加精彩，北斗之光亦愈发绚烂！
（作者系中科院研究员）
本文发表于《紫荆》杂志2021年10月号
编辑：梁诗颖
校对：魏小旋、李博扬
监制：连振海
