中国北斗导航系统完成全球组网，26年走过了怎样的传奇之路？

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随着 6 月 23 日 " 嚞星 "（北斗三号最后一颗全球组网卫星）就位，北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。
回溯历史，从北斗一号系统的从无到有，北斗二号系统正式提供区域服务，再到北斗三号系统服务全世界，我国自主研发的北斗导航系统完成了非凡之旅，在卫星导航领域书写了一段 " 东方传奇 "。
有人也许会问，不是已经有 GPS 了吗，为何还要发展北斗？众所周知，GPS 是美国一手建设起来的，对其拥有绝对的控制权，任何国家如果依赖 GPS，将给国家安全带来极大隐患。这是因为卫星定位系统无论在测绘、勘探、救援等民用方面，还是在追踪、探测、定位目标等军事领域都有着非凡意义。
如此重要的系统怎么能掌握在别国手里？
早在北斗工程诞生之前，我国就曾在卫星导航领域苦苦摸索。作为先驱者，立项于上世纪 60 年代末的 " 灯塔计划 " 虽然最终因技术方向转型、财力有限等原因终止，但它却如同黑夜中的一盏明灯，为中国北斗照亮了未来。
艰难的抉择。
1983 年，以陈芳允院士为代表的专家学者提出了利用 2 颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标的设想，通过大量理论和技术研究，双星定位系统的概念逐步明晰。接下来的北斗路，是一步跨到全球组网，还是分阶段走？在当时引发了不小的争议。最终，" 先区域、后全球 " 的思路被确定下来，" 三步走 " 的北斗之路计划横空出世。
第一步，建设北斗一号系统，实现卫星导航从无到有。


1994 年，北斗一号系统建设正式启动。然而，当时国外对我国技术封锁，国内的部件厂家尚未成熟，北斗一号研制只能在摸索中起步。当时，国产化从北斗一号的太阳帆板做起，那时很多卫星都不敢上，北斗是第一个 " 吃螃蟹 "；之后的国产化攻关更为艰苦，不论是东方红三号平台的横空出世，还是影响长寿命的关键部件，老一辈北斗人逐一攻克。
2000 年，随着 2 颗地球静止轨道（GEO）卫星成功发射，北斗一号系统建成并投入使用。2003 年，又发射了第 3 颗地球静止轨道（GEO）卫星，进一步增强系统性能。北斗一号系统的建成，迈出了探索性的第一步，初步满足了中国及周边区域的定位、导航、授时需求。当时采用的是有源定位体制，也就是说，用户需要发射信号，系统才能对其定位，这个过程要依赖卫星转发器，所以有时间延迟，且容量有限，满足不了高动态的需求。但北斗一号巧妙设计了双向短报文通信功能，这种通信与导航一体化的设计是北斗的独创。


北斗系统独有的短报文通信功能。
北斗一号的建成，使中国卫星导航系统实现了从无到有的跨越，中国成为继美国（GPS）、俄罗斯（格洛纳斯）之后第三个拥有卫星导航系统的国家。而此间积累的建设和应用实践经验教训，也为后续北斗建设打下了基础。
北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。
第二步，建设北斗二号系统，从有源定位到无源定位，服务区覆盖亚太。


2004 年，北斗二号卫星工程正式立项研制。为实现快速形成区域导航服务能力的国家战略，中国北斗人设计了国际上首个以 GEO（地球静止轨道卫星）/IGSO（地球同步轨道卫星）卫星为主、有源与无源导航多功能服务相融合的卫星方案，攻克了以导航卫星总体技术、高精度星载原子钟等为代表的多项关键技术。
一直到 2012 年，8 年的北斗二号工程共完成了 14 颗卫星的发射组网，建成了国际上首个混合星座区域卫星导航系统。14 颗卫星中，有 5 颗地球静止轨道（GEO）卫星、5 颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和 4 颗中圆地球轨道（MEO）卫星。


北斗系统中的卫星三兄弟。
北斗二号系统在兼容北斗一号有源定位基础上，增加了无源定位体制。也就是说，用户不用自己发射信号，仅靠接收信号就能定位，解决了用户容量限制，满足了高动态需求。北斗二号系统的建成，不仅服务中国，还可为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务，北斗系统也成为国际卫星导航系统四大服务商（美国全球定位系统 GPS、俄罗斯 " 格洛纳斯 " 系统、欧洲 " 伽利略 " 系统、中国 " 北斗 " 系统）之一。
第三步，建设北斗三号系统，实现全球组网。


2000 年成功研制我国第一代导航卫星试验系统，2012 年成功建成国际上首个混合星座区域卫星导航系统，北斗导航 " 三步走 " 战略顺利完成前面两大步。
就在北斗二号正式提供区域导航定位服务前，北斗三号全球导航系统在 2009 年启动，确定了建设 " 独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠 " 的全球卫星导航系统发展目标，系统建成后性能与 GPS 相当，使我国卫星导航系统达到国际先进水平。
站在前两代星座的肩膀上，北斗 " 第三步 " 迈得无比自信，建立了器部件国产化从研制、验证到应用的一体化体系，彻底打破了核心器部件长期依赖进口、受制于人的局面。到 2020 年，共完成 30 颗卫星发射组网，全面建成北斗三号系统。这 30 颗卫星中，有 3 颗地球静止轨道（GEO）卫星、3 颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星，和 24 颗中圆地球轨道（MEO）卫星。这次刚刚发射最后一颗卫星，是地球静止轨道（GEO）卫星，也是北斗全球卫星导航系统星座部署的收官卫星。
北斗三号系统继承了有源定位和无源定位两种技术体制，并通过 " 星间链路 " ——也就是卫星与卫星之间的连接 " 对话 "。" 星间链路 " 中国北斗的一大创举。由于我国北斗系统不能像美国 GPS 那样，在全球建立地面站，为了解决境外卫星的数据传输通道，北斗三号研制团队攻克了星座星间链路技术，采取星间、星地传输功能一体化设计，实现了卫星与卫星、卫星与地面站的链路互通，这就是说，虽然 " 看不见 " 在地球另一面的北斗卫星，但用北斗卫星的星间链路同样能与它们取得联系。
中国北斗通过 " 星间链路 " 实现 " 手拉手 "。
值得一提的是，为了提高服务精度，北斗三号还配置了新一代原子钟。原子钟是利用原子跃迁频率稳定的特性保证产生时间的精准性，目前国际上主要有铷原子钟、氢原子钟、铯原子钟等。我国北斗卫星采用铷原子钟，同时还配置了性能更高的新研国产氢原子钟。星载氢原子钟的在轨应用，实现了北斗导航定位 " 分秒不差 "。
北斗三号在北斗二号的基础上，进一步提升性能、扩展功能，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等服务；同时，在中国及周边地区提供星基增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通信服务。可以说，今日之北斗，已取得令世界航天界瞩目的成就，" 三步走 " 的战略路径，也从 " 梦想在望 " 变成 " 梦想在握 "。


目前，北斗服务由北斗二号和北斗三号系统共同提供，2020 年后将平稳过渡到以北斗三号系统为主提供。展望未来，我国计划到 2035 年，以北斗系统为核心，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。
链接：中国北斗传奇之路
1994 年北斗一号系统工程立项。
2003 年北斗一号系统建成，我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
2004 年北斗二号卫星工程立项。
2012 年成功建成国际上首个混合星座区域卫星导航系统，北斗卫星导航系统正式提供区域服务，北斗系统成为国际卫星导航系统四大服务商之一。
2009 年 12 月北斗三号立项。
2018 年 12 月 27 日，北斗三号基本系统正式向 " 一带一路 " 及全球提供基本导航服务，中国北斗距离全球组网的目标迈出了实质性的一步。
2019 年 12 月底，全球系统核心星座部署完成，对北斗导航系统全球组网的顺利完成具有里程碑式重要意义。
2020 年 6 月 23 日，第 55 颗北斗导航卫星成功发射，北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。
未来计划，到 2035 年，以北斗系统为核心，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。
栏目主编：刘锟 本文作者：刘锟 文字编辑：刘锟 题图来源：北斗系统