天河漫漫，北斗璀璨。

文

华商韬略陈俊一

年，中国的海运货船银河号在公海航行期间，美国关闭了它附近海域的GPS导航服务，致使船只停止航行，并上演了震惊世界的银河号事件。

银河号事件是中国90年代的三大耻辱之一（另外两件是台海危机和使馆被炸），也再次惊醒了中国人——美国的GPS是靠不住的。

原计划在6月6日0时择机发射的“北斗三号”最后一颗全球组网卫星，在推迟一周之后，终于在今天（6月23日）上午9时43分在西昌成功发射。

至此，“北斗三号”全球卫星导航系统星座部署，比原计划提前半年完成。

收官之星的成功发射，预示着北斗系统已经具备全球服务能力。

此次发射的收官之星，是“北斗三号”组网卫星中最重、最大的一颗。“大块头有大智慧”的它，具备无线电导航、无线电测定、星基增强、精密单点定位、短报文通信、星间通信与测量六大功能。

北斗的建成与收官，既是扬眉吐气的时刻，又是历经屈辱的过程。它再次证明，靠山山倒，靠水水干，中国的繁荣、昌盛、强大只能靠自己。

中国人建设自主导航系统的设想，由来已久。

上世纪70年代，“七五”规划提出了“新四星”计划，随后又提出过单星、双星、三星、三到五颗星的区域性系统方案，以及多星的全球系统设想。

80年代初期，以“两弹一星”元勋成芳允院士为首的专家团体，又提出了“双星定位”方案，被公认为当时最优的解决方案。

但各种原因下，它的建设足足被耽误了十年。

直到99年，海湾战争爆发。

当时，GPS系统依然处于初级阶段。但美国却凭借这一技术，在面对伊拉克时获得了压倒性优势。

伊拉克如同无头苍蝇一般，军队、武器全都失去了目标和方向，而美国的GPS却仿佛“上帝之眼”：侦察机、战斗机随时精确掌握自身位置、记录敌方位置，快速绘制战场态势图，确定敌方军事部署、防空火力，随即展开精确打击。

GPS信号设备甚至被发放到每名士兵手里，实现了整个战场态势从宏观到微观上的精准把握。

▲海湾战争中，两名女子走过巴格达的废墟

这场世纪之战，让国家领导人深刻认识到卫星导航系统在战争中的重要作用。当导航系统渗透到战场上的每个作战细胞，意味着没有导航系统，将丧失现代战争的主动权，所有军事行动，不但会被敌军监控窥视，甚至彻底瓦解。

而北斗卫星导航系统的首要任务，就是彻底打破解放军对GPS的依赖，将主动权牢牢掌控在自己手里。

海湾战争毕竟是“隔岸观火”，“银河号事件”则属于被美国直接“侮辱”。

年，中国海运货船银河号行至公海，忽然接受不到GPS信号。原来，美国关闭了银河号附近海域的GPS导航服务，致使船只失去方向感，迫使其自然停止航行。

这被视为中国90年代三大耻辱之一（另两件是台海危机和使馆被炸），也再次惊醒了中国人——美国人的GPS是靠不住的。

这激发了中国加快研发自有导航系统的进度。

年，中国启动“北斗一号”系统工程建设；

年，发射第颗北斗导航试验卫星（“北斗一号”共四颗卫星，现已退役）；

年，启动“北斗二号”系统工程建设；

年，完成4颗卫星（5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星）发射组网；

年，启动北斗三号系统建设。收官之星在6月23日发射后，今年将全面建成北斗三号系统。

历时26年，巨龙天眼方才腾空而起。

全世界的导航系统发展，更是历经无数波折。

年0月4日，苏联发射了全世界第一颗人造地球卫星“斯普特尼克号”，迅速激起美国人的危机感。

这场被美国人称为“斯普特尼克时刻”的危机，直接刺激了GPS的诞生。甚至在年俄罗斯纪念“斯普特尼克号”上天50周年之际，美国人同样举行了缅怀仪式，感谢前苏联带来的刺激。

▲斯普特尼克号

苏联第一颗人造卫星上天之后，美国也在对这颗人造卫星进行检测，美国霍普金斯大学应用物理实验室科学家比尔·盖伊和乔治·威芬巴赫发现了一个现象，那就是这颗卫星的频率出现了偏移，经研究发现是相对运动引起的多普勒频移效应。他们发现，如果在地面上架设多部接收机，就可以根据接收到的信号的不同频差推算出卫星的具体位置。

他们将这个研究成果上报给实验室主任弗兰克·麦克卢尔，说他们已经实现了对苏联卫星的多普勒定位跟踪。

弗兰克主任当时在做海军的“子午卫星系统”，即研究如何给军舰定位。听到两位科学家的汇报后，他眼前一亮：既然你们能够发现卫星在哪里，如果把问题反过来，通过多颗已知位置（实际需要4颗，3颗用于三维定位，另一颗用于校正误差）的卫星，同样可以确定地面信号接收器的位置。

于是：

年，子午卫星系统（NNSS-TRANSIT）开始设计；

年该系统正式运行；

年该系统解密以供民用；

年，美国国防部批准研制GPS；

99年海湾战争中，GPS首次大规模用于实战；

年，GPS全部建成投入使用；

年，GPS取消实施SA（对民用GPS精度的一种人为限制策略）。

目前，世界四大全球系统包括：已经建成并且投入全球完全服务的美国的GPS和俄罗斯的GLONASS，即将完成全球组网实现全球完全服务的中国北斗系统和欧洲的伽利略系统。

区域系统，则有日本的准天顶卫星系统（QZSS）和印度区域导航卫星系统（IRNSS）。

全球四大导航系统中，GPS的前身NNSS实际上年就开始研发，GPS于年开始立项，综合实力最强。

俄罗斯GLONASS系统是年苏联时代开始建设，年月8日正式建成，但GLONASS在20世纪90年代后期经历俄罗斯经济动荡，直到年才开始全面升级和发展，并于20年年底实现全球覆盖。

GLONASS的抗干扰能力较强，但卫星工作寿命较短。目前，GLONASS的全球定位精度约为5m，俄罗斯境内在增强系统的辅助下精度可达0.5m，随着GLONASS现代化的进程，预计未来几年，其定位精度可与GPS相当。

伽利略系统是欧空局与欧盟在年合作启动，年首颗试验卫星成功发射，年开通定位服务。伽利略系统是纯民用系统，其他三大全球导航系统都是军民两用，都拥有精度更高、抗干扰能力更强的军用信号。

此外，伽利略系统不具备星间链路技术，而北斗、GPS、GLONASS都有。有了星间链路，哪怕没有全球建站，也可以跟所有卫星相连。但没有星间链路，卫星就只好各自为战，一旦地面站出问题，整个星链会因为缺乏自主运行能力而陷入瘫痪。

北斗系统年立项，其实起步比伽利略还早，并呈现加速发展状态。

本来，北斗系统今年6月中旬就会完成全球组网。但0年6月6日晨，原定于上午0时发射的“北斗三号”最后一颗组网卫星因技术原因，发射推迟。

▲发射前的“长征三号”甲火箭

作为收官之星，它的发射牵动了全国人民的心。但科学不容一丝疏忽，果断暂停也是另一种争分夺秒。而且另据消息，最后一颗卫星的延迟发射，与海外某国的干扰有关。

“北斗二号”系统的首发星，也曾历突发的暂停。

年4月，“北斗二号”首发星即将发射，但就在第三次总检查时，卫星的应答机出现异常。早在年，中国已向国际电联申请了北斗导航卫星的信号频率。根据规则，必须7年内将卫星发射入轨，并成功向地面发送信号，才算真正占住这个频率。

此时，距离国际电联要求的7年截止日期，只有十来天时间。

面对进退维谷的困境，中国航天人突破常规，打开整流罩，打开卫星舱板，将工作不正常的应答机取出。所有参试人员进驻发射场后，搬设备、扛机柜、布电缆。大干3天没有片刻喘息，接着就是小时不间断地加电测试。

这一次，院士、型号总师和技术人员一起排班，排除了大量险情并历经种种考验。

年4月4日，卫星顺利升空。4月7日晚8时，在频率截至时间4小时前，卫星准确无误地向地面发送了第一组信号，任务圆满成功。

北斗，从此确立了自己的频率。

相比于3年前“北斗二号”首发星的紧迫，本次收官之星的延迟发射，虽然仍然牵动万千人心，但和3年前的争分夺秒相比，仍然是相对从容，最终也只是延迟了一周时间。

与今天华为被美国四面围堵激起国人推崇独立自主的热情相比，上世纪八九十年代，国内“造不如买”的观点正大行其道。

人们不能站在未来去苛责前人，正如很多人痛惜“运十”大飞机项目下马，主张“造不如买”的人也确实有时代的原因：当时中国基础工业能力薄弱，造一架飞机，成本远高于进口，从性价比的角度，确实“造不如买”。

最终，“运十”项目被下马。

▲“运十”总设计师马凤山与运十飞机合影

北斗立项之时，也曾经历过“造不如买”的质疑。

当时，美国GPS、俄罗斯GLONESS基本完成全球组网。但以北斗一号李祖洪总指挥、范本尧总设计师等为代表的老一辈北斗人攻坚克难，于年建成了北斗一号系统，使我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

当时欧洲的伽利略系统也正在研发，且初期进展快于北斗，在原子钟等技术上也领先中国。因此，年，中国投入2.3亿欧元参与伽利略的研发，并年0月签署了正式合作协议，希望借助欧洲先进技术，助推北斗研发。

但欧盟担心核心技术外泄，年，将交了一大笔钱的中国踢出了“伽利略计划”。

年，“北斗二号”首发星在延迟几天之后，仍然成功发射，占据了E、E2、E5B和E6频段，并拥有这些频率范围的主要权利。而E、E2频段，本来是分配给“伽利略计划”的公共监管服务的。

这又是怎么回事呢？

原来，欧盟在将中国踢出“伽利略计划”之后，自身内部却陷入矛盾，卫星发射连连延迟。但国际电信联盟的（ITU）频率政策是：谁先使用，频段就归谁。

北斗自然当仁不让！

但欧盟却反过来指责中国占用伽利略的卫星频率，并要求中国更换北斗导航卫星的频率。这样的无理要求，中国自然不可能答应。

此后，伽利略系统屡出故障，甚至长期瘫痪。从世界标准时间年7月日时开始，伽利略卫星导航系统突然中断，直到7月6日9时才恢复，卫星服务中断长达7个小时。

事后调查指出，系统瘫痪的罪魁祸首，竟然是人为失误加管理混乱：因为地面工作人员在进行系统维护时犯下错误，使得伽利略系统所有在轨的22颗卫星在近一周时间内连续发送错误坐标。

总部位于捷克首都布拉格的欧洲导航卫星系统管理局，与总部位于法国首都巴黎的欧空局，都在负责伽利略系统的部分工作。这种二元组织形式，导致管理存在矛盾，协调沟通不畅，“伽利略”故障频频。

“伽利略”瘫痪的同时，中国的北斗卫星却在不断发射，覆盖区域从中国到亚太再到全球组网，民用信号定位精度也从0米进步到5米。

“造不如买”的言论，终于被“买不如造”的现实所逆转。如今，自主可控成了共识，国货之光成了新潮，北斗全球组网更让国人的信心大增。

作为全球四大导航系统的后来者，北斗拥有巨大的后发优势：

、北斗系统采用高、中、低三种轨道卫星组成混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区服务优势更明显；

2、北斗系统提供多个的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度；

3、北斗系统创新融合了导航与通信能力，具备基本导航、短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等多种服务能力。

应用北斗之后，类似马航MH的消失事件，再也不会上演。

MH搜救为什么如此困难，主要因为没有飞机的定位信息，飞机坠落的位置只能靠推断。MH只能单向接受GPS卫星信号，并经过计算得出飞机所在位置，但飞机位置并不能直接反馈给卫星，而是每过一段时间发送给附近的地面监测站，再由监测站转发出去。

这套复杂的系统，一般情况下没问题。但当飞行员故意切断通信系统时，就会彻底失灵。MH就这样消失在了人类世界。

如果北斗导航应用到民航系统，那么，客机上具有全球短报文功能的北斗终端，可以不停把定位信息上传给卫星，一旦飞机发生意外，就能第一时间报警。而且北斗短报文直接通过卫星转发，不会因为地面检测站等基础设施缺乏而无法报告位置信息。

北斗的应用场景非常广泛，不仅可以应用在机车运行控制系统、机车定位、机车监测、航海航空航天等导航、自动驾驶相关，还可以检测管道、房屋变形，检测电子边防界碑。

可以说，能够限制北斗应用场景的，只有人类的想象力。

GPS作为全球导航市场几十年的王者，积攒的技术底蕴不可小觑。

而在全球四大导航系统中，北斗实际上已经超过了欧洲故障不断的“伽利略”，和缺乏资金维护的俄罗斯GLONESS系统，成为新晋王者。

北斗在卫星数量、通信功能等方面超过GPS，定位精度（北斗的水平和高程定位精度实测均优于5米，通过遍布全国个地基增强站组成的地基增强系统，还可以提供米级、分米级、厘米级等增强定位精度服务）和GPS相比虽然略有落后；但在民用级别上，5米的精度并不影响使用；而在军用级别上，各自都能为军队提供远超民用级别的精度。

据统计，GPS自20世纪80年代以来，已累计创造商用价值.4万亿美元（GPS的研发费用大约是亿美元，回报非常可观），且90%均是在年之后创造的。其中，5%是由电信领域创造，24%是车辆信息系统。信息技术的进步、设备的小型化和商品化、智能手机的出现和车辆保有量的快速增长，都是GPS商用价值增长的强劲推动力。

中国卫星导航产业从6年以来保持快速增长，根据中国卫星导航定位协会发布的《0中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示：年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达亿元，较年增长4.4%。卫星导航产业核心芯片、器件、算法、终端设备等增速开始下降，衍生关联产值继续保持较高增长。年底，国产北斗兼容型芯片及模块销量累计已突破亿片，国内卫星导航定位终端产品总销量突破4.6亿台，其中具有卫星导航定位功能的智能手机销售量达到3.72亿台，含智能手机在内采用北斗兼容芯片的终端产品社会总保有量已超过7亿台（套）。

目前在中国大陆销售的手机，除了苹果，几乎所有安卓手机都支持基于北斗的定位服务，运营商的5G基站也全部采用北斗授时服务，北斗应用正在诸多领域迈向发展的新阶段，北斗每年的商业价值，也是超千亿元级别的规模。

▲北斗三号IGSO-2卫星发射

我国本身就有着巨大的市场规模，“一带一路”沿线国家也是北斗的重点目标市场。

如今在全球四大导航系统中，欧洲“伽利略”实力最弱，俄罗斯GLONESS系统缺乏资金维护，竞争中呈现颓势。

北斗唯一的对手，就剩下GPS了！

天时地利人和，北斗俱备。新老王者的终极对决，正在全世界面前上演。

8万多名工作人员，多家研发单位，跨越四分之一个世纪的持续努力，让我们终于可以——如若再有银河号的事件发生，大声地说出那一句：别了，GPS！

延伸阅读：

北斗收官之战：中国组建起覆盖全球卫星导航星座

经过26年，中国人建立了全球第三个成熟的卫星导航系统。它不仅将会帮助中国摆脱对GPS的依赖，同时有希望对GPS的全球统治地位发起挑战。

文

《中国企业家》记者王雷生

编辑

李薇

头图来源

视频截图

26年漫长历程。0年6月23日，中国北斗三号全球卫星导航系统迎来最后一战。

上午9时43分04秒，随着点火命令下达，搭载第55颗北斗导航卫星的长征三号乙运载火箭，在腾空而起的橘红色火焰中飞向太空。这颗卫星是北斗三号最后一颗全球组网卫星，至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。

此次发射的收官星，是北斗三号系统中3颗地球同步静止轨道卫星之一，也是北斗三号系统中重量最重、体积最大的一颗，具备无线电导航、无线电测定、星基增强、精密单点定位、短报文通信、星间通信与测量六大功能。

火箭起飞40秒后，火箭助推器实现分离；57秒后，火箭一级发动机分离；秒后，火箭二级三级实现分离；约秒后，三级火箭二次点火，将卫星加速到0km每秒；约秒后，星箭成功实现分离；约秒后，卫星太阳翼展开。

位于三级发动机上的摄像头幸运地拍到了卫星太阳翼展开的画面，当它展开之时，恰好反射出太阳的光泽，与蓝色的地球、丝絮状云朵构成了一幅绝美的画面。

0时7分许，西昌卫星发射中心主任张学宇宣布：“北斗卫星导航系统第55颗卫星已准确进入预定轨道，太阳帆板展开到位，卫星状态正常，此次发射任务取得圆满成功。”

实际上，最后一颗北斗原计划在5月发射，后因航天发射任务失利，工程全线举一反三，进行质量复查，发射时间由5月调整至6月。6月6日，又因临射前发现产品技术问题，发射任务再次推迟。

6月22日，据中国卫星导航系统管理办公室消息，因故推迟执行的北斗三号最后一颗全球组网卫星发射任务相关技术问题已排除，任务重新启动，拟于6月23日择机执行。

这次收官发射意味着，我国自上世纪80年代提出设想、年正式启动“三步走”的北斗系统建设，终于在0年中走完最后一步，实现了全球组网，建立起覆盖全球的卫星导航星座。

这是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯之后，由中国人建立的全球第三个成熟的卫星导航系统。它不仅将会帮助中国摆脱对GPS的依赖，同时有希望对GPS的全球统治地位发起挑战。

自建星座

说起卫星导航，不得不从美国说起。

年，苏联人发射升空了第一颗人造卫星之后，美国两位年轻的研究者比尔·盖伊和乔治·威芬巴赫，在对苏联这颗卫星的追踪中发现，卫星在飞近地面接收机时收到的无线电频率逐渐增高，飞远时则逐渐降低。那这意味着，如果在地面上架设多部接收机，就可以根据接收到的信号的不同频差推算出这个卫星的具体位置。

当他们把这个结果告诉实验室主任弗兰克·麦克卢尔时，后者敏锐地察觉到了这在军事上的重要应用，它将有可能帮助在大洋中的核潜艇确定自己的位置，并将核导弹准确地落在敌人的城市上方。

年4月3日，美国成功发射世界第一颗定位导航卫星——“子午仪－B”号，到年，被命名为“海军导航卫星系统”的卫星组网完成。

资料显示，同样在年，大洋彼岸的中国也发现了导航卫星的应用价值，于是启动“灯塔计划”，但最终却因技术方向转型、财力有限等被迫放弃。

直到年，陈芳允院士等专家学者提出，基于国情我国可以先发展技术相对简单、成本较低廉的“双星快速定位通信系统”，这是第一代北斗卫星导航系统的雏形。

不过这一提议直到年9月才真正实现第一代“北斗”的可行性测试，可见这一过程进展并不迅速，结合当时集中力量发展经济的时代背景，这并不难理解。

世界另一端。在第一代导航星座基础上，年美国全球定位系统正式诞生，在这个方案中，要在00千米高的6个轨道平面上，每个轨道平面布设4颗卫星，总计24颗组网卫星，再加上4颗备份卫星共28颗卫星组成导航星座。

年美国第颗GPS试验卫星发射成功，到年时，美国共发射了颗GPS卫星。

此时恰好是中美交流密切时期。在中国卫星导航的发展路径上，到底是像美国这样一步到位全球组网还是分阶段走，引发了争论，最终的结果是确定了“先区域、后全球”的思路。这为之后提出“三步走”的战略打下了基础。

从年开始，在持续了8年多的测试论证后，年月北斗一号被正式立项。

有资料认为，真正使中国下定决心搞自己的卫星导航系统的原因，很大一部分是由于国际局势的变动。上个世纪80年代末90年代初，中美两国关系重回冰点，中国想要应用卫星导航必须依靠自己。同时99年左右进行的海湾战争中，美军向世界初次展示了GPS在军事领域中的巨大作用，推动了中国加快自己卫星导航系统的发展。

另一个更重要的原因是在海湾战争中，美国对包括欧洲盟友在内的使用者关闭了GPS信号，这让许多国家意识到，不能依赖于美国GPS系统，必须建设自己的卫星导航系统。如年，欧洲宣布启动伽利略计划，建设自己的导航星座。

三步走的北斗

自年月立项，到0年6月6日，北斗完成了三步走。

第一步，年至年，建设北斗一号系统，后更名为“北斗卫星导航试验系统”，实现卫星导航从无到有，定位精度20米。

第一步走的重点节点包括，年北斗一号系统建设正式启动；年发射2颗地球静止轨道（GEO）卫星，北斗一号系统建成并投入使用；年，发射第3颗地球静止轨道（GEO）卫星。

北斗一号系统的建成，初步满足了中国及周边区域的定位、导航、授时需求。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、俄罗斯之后第三个拥有卫星导航系统的国家。并且在设计中实现了双向短报文通信功能，成为北斗的独创。

但资料显示，北斗一号系统存在大量缺点。首先它只覆盖了中国及周边，无法全球使用，当时索马里海域护航编队就无法使用北斗进行导航；其二，它是有源定位，需要用户发射信号，系统才能对其定位，用户无法实现无线电静默，这就决定了它不能应用于军事；第三，它的轨道远高于GPS，造成在定位精度上存在较大差距。

正是在这样的差距下，年9月，在欧盟的主动邀请下，中国与欧盟达成合作加入伽利略计划，并计划投入2.3亿欧元支持这一项目。但短短一年，遭遇欧美施加的不公正待遇后，中国渐渐远离了这一计划。

第二步，年至年，中国开始建设“北斗二号系统”，服务区域为中国与亚太，定位精度0米。

年，北斗二号系统建设启动。到年，完成了4颗卫星的发射组网。这4颗卫星中，有5颗地球静止轨道（GEO，约3.57万km）卫星、5颗倾斜地球同步轨道（IGSO，约3.57万km）卫星和4颗中圆地球轨道（MEO，约2.2万km）卫星。

同时，在兼容北斗一号有源定位体制的基础上，增加了无源定位体制，仅靠接收信号就能定位。

年0月25日，第6颗北斗导航卫星发射升空并进入预定轨道，北斗二号部署完成。年2月27日，北斗二号正式向亚太地区提供区域服务。

第三步，年至0年，建设北斗三号系统，实现全球组网，定位精度2.5m-5m。

北斗三号标称星座一共有30颗卫星，包括24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星，以及3颗倾斜地球同步轨道卫星。正式开展星座组网之前，北斗三号还发射了5颗试验卫星进行技术验证。北斗三号总共发射的卫星数量达到35颗。

北斗三号系统继承了北斗一代有源定位和北斗二号无源定位两种技术体制，通过星间链路解决了全球组网需要全球布站的问题。同时在北斗二号的基础上提升性能、扩展功能，为全球用户提供定位导航授时、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。

目前，北斗定位由北斗二号和北斗三号系统共同提供，到0年后，平稳过渡到以北斗三号系统为主。

到年，中国将完成下一代北斗系统星座组网，建设以北斗为核心、基准统一、覆盖无缝、安全可信、高效便捷的国家综合PNT（定位、导航、授时）体系。

背水一战

建设如此庞大的空天工程，其中的难度与挑战可想而知。

北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风在接受央视采访时，回忆起发生在年时的惊心动魄的一幕。

年4月8日，经过多方努力，中国终于在国际电联获得了北斗二号的轨道位置和频段。不过这些稀缺资源并不是取得之后就可以一劳永逸使用，国际电联制定了一个规则，如果在7年之后，也就是年4月8日，还没有发射卫星使用这一频段进行天地通信，那么这个轨道位置和频段将被收回。

这就意味着，中国的北斗二号系统必须在年4月8日前完成发射并开始频率传输。

但是从年到年4年时间里，北斗二号一直在做论证工作，同时受到加入欧洲伽利略计划的影响，直到年，北斗二号系统才正式启动。

此时，距离频率申请已过去四年，离最后的时间，只有3年。但在正常情况下，这差不多需要5年的时间才能完成所有工作。

北斗团队开始与时间赛跑。

终于在年4月，北斗二号系统第一颗导航卫星被装进火箭，准备发射，火箭也已经在发射塔架上。然而在第三次总检查时，团队突然发现卫星应答机异常。应答机主要应用于天地通信，通过它才能知道天地信号可以连通。

杨长风和同事们面临抉择，如果不进行检修就将这颗卫星发射，有可能出现应答机故障，无法证明真正实现了频率传输，那么已经申请的频率仍有可能被取消；而拿出再检修意味着时间更加急迫，很有可能无法在截止日前完成发射。

团队最终还是决定将应答机取出修复。留给团队修复的时间，只有短短三天。

“那三天，说句实在话，心情是紧张、沉重、压力也很大，72小时基本上没合眼。”杨长风回忆。

年4月4日4时分，这颗经过修复的北斗卫星顺利起飞。4月7日20时许，卫星传回信号。此时距离国际电联的“七年之限”只剩不到4个小时。

掘金北斗

5月2日，在全国两会期间，全国政协委员、北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风亮相会议首场委员通道。

据杨长风介绍，北斗系统已经在交通运输、农林渔业、减灾救灾等各行各业得到广泛应用，在疫情防控中也发挥了巨大的作用。

卫星导航是一个巨大的市场。

年0月，欧洲全球导航卫星系统局发布了年全球卫星导航市场报告，预测在未来的十年内全球卫星导航市场将会保持稳定增长。预计到9年全球卫星导航市场总产值约为亿欧元（约2.6万亿人民币），将会比年的亿欧元翻一番。亚太地区市场容量超过全球一半。

0年5月8日，中国卫星导航定位协会也发布了《0中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》。数据显示，年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达亿元，较年增长4.4％。

而随着“北斗＋”和“＋北斗”应用的深入推进，由卫星导航衍生带动形成的关联产值继续保持较高速度增长，达到亿元。

白皮书同时显示，截至年底，国产北斗兼容型芯片及模块销量已突破亿片，国内卫星导航定位终端产品总销量突破4.6亿台，其中具有卫星导航定位功能的智能手机销售量达到3.72亿台。我国卫星导航与位置服务领域企事业单位数量保持在家左右，从业人员数量超过50万。

截至年第三季度，在中国市场申请入网的手机有余款具有定位功能，其中支持北斗定位的近款。

在面向国内时，北斗也逐渐走向全球。资料显示，国产北斗基础产品已出口20余个国家和地区。

由于在进行设计时重点考虑到国内与亚太区的应用，北斗在亚太大部分地区，每时可见约2至6颗卫星，全球其他地区每时可见4至6颗卫星。而亚太区域恰恰又是人口众多、经济发展迅速的地区，这为北斗产业的发展增添了助力。

“对于北斗而言，研制与发射的挑战已经完成，未来如何在全球推广应用是它面临的更多也更大的挑战。”航天领域专业人士对《中国企业家》表示。

延伸阅读2：

26年！北斗如何逆风翻盘？

本文转载自瞭望智库

作者崔赫翾

6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第55颗导航卫星，暨北斗三号最后一颗全球组网卫星，至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。

20世纪80年代开始，我国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，形成了“三步走”发展战略。自年北斗一号系统工程立项至今，我国用26年的时间实现了59颗北斗卫星（包括55颗北斗导航卫星和4颗北斗导航试验卫星）的发射。

卫星导航系统对于一个国家有多重要？北斗的全球组网意味着什么？今天库叔和你聊聊。

卫星导航系统的“首秀”

当下，卫星导航系统为我们生活的方方面面提供便捷，但它最初是为国防安全量身定做的。

卫星导航系统的“首秀”是在海湾战争。

99年，以美军为主的多国部队在全球卫星定位系统（GlobalPositioningSystem，以下简称GPS）的带领下，迅速穿过被伊拉克军队视为禁地的沙漠地区，并对其形成包抄，打了对手一个措手不及。

这场起初被预测会打成僵持战的战争，最终以42天的空袭加上00小时的地面作战收尾，伊拉克军队全面溃败。

有了“上帝视角”的加持，军队中海陆空力量的指挥控制、部队调动、物资保障、战场救援和精确制导武器精确打击都成为了可能。

比如，美国国防部采购了价值超过万美元的部GPS小型接收机，在它的信息保障下，美军机械化步兵分队能够对自身位置进行精度在30米以内的定位，并且可以根据行军规划，生成面向下一个节点的方案。

此后，卫星导航系统在战争中持续发挥着功能：

*年6月2日，一架美军F-6战机在波黑上空被塞族武装的导弹击落。飞行员奥格雷迪跳伞逃生后落在塞族控制区，在靠蚂蚁、野草和雨水苦熬6天，并躲过了塞族部队的多次搜索后，最终被GPS确定了三维位置而救回。

*在科索沃战争中，美军的F-7隐形轰炸机被击落后，依托于飞行员GPS接收机的呼救装置，飞行员在7小时内就被找到并救出。

*年8月，美军进行了一场异于寻常的空投实验，将降落区的坐标编进程序，进行精准定位，再通过马达牵引线来操纵飞行，最终精准降落，使得投放高度提升到3米。

注：传统空投的投放精度取决于飞机高度及当时的风速等外界环境因素，一般情况下，普通降落伞低空投放均低于60米，虽然落点准确，但是会将飞机完全暴露给敌方。

无论是“一招制敌”还是敌后救援，卫星导航系统都大大增加了任务成功的概率。不止如此，卫星导航系统还彻底改变了战争形态，贡献了一个新名词——“外科手术式打击”。

“战斧”式巡航导弹的技术革新就是典型案例。

海湾战争中，美国海军向伊拉克本土发射的枚导弹中，只有42枚打击了50个预定目标中的42个。两年后，美国发射了45枚“战斧”导弹攻击伊拉克南部工业区的7座建筑物，攻击成功率只有64%。

同年，美军又发射23枚“战斧”导弹攻击巴格达的情报机构，只有8枚命中目标。

低命中率源于最初采用的“惯性导航＋等高线地形匹配（TERCOM）＋数字式景象匹配相关器（DSMAC）”的复合制导方式。

一方面，使用单独的惯性导航，导弹在一千余公里的累计误差能达到十几公里，就算使用“地形匹配制导”辅助修正，如果飞行路径中的地形过于平坦或山脉过多，加之夜间、烟尘和恶劣天气等因素，依旧会影响打击精度。

另一方面，上世纪50年代以来，一直依赖改善陀螺仪和加速度计的方式提升导航性能，这种单纯依靠元器件性能来提高高精度惯性导航的方法越来越困难。

海湾战争之后，美军开始将GPS与惯性导航系统组合使用。

要精准攻击地面固定目标，首先须对目标进行精确的GPS定位。在照相侦察时，用GPS精准确定拍照时刻的轨道位置和高度等，将这些数据作为制导目的数据，或直接装订在制导计算机中，或通过数据链传送给制导计算机，控制导弹飞向预定目标所在区域，再通过成像未制导最后确定目标，实施攻击。

有了GPS，导弹飞行航线的选择也不再依赖地图，也不再受水域和地形特征的制约。

甚至，由于精度提高了，海湾战争中，“战斧”导弹战斗部本来公斤的重量缩减到公斤，可携载更多燃料，航程增加50%以上。

在伊拉克战争中，美军宣称由于采用了GPS制导技术，其空中打击能力比海湾战争中提高了6倍，过去摧毁一个目标需要几架次的打击，而现在一架次就能摧毁几个目标。

2

大国“烧钱”竞赛

当然，利器通常相当“烧钱”，美国人为此付出了相当昂贵的代价。

年，美国开始研究GPS。由于建成最早。应用范围最广，GPS一度占据霸主位置。

年，美国已实现24颗在轨卫星满星运行，分布在6个轨道面上，保证在地球的任何地方都可同时见到4至2颗卫星，地球上任何地点、任何时刻均可实现三维定位、测速和测时。几十年来，美国总共为GPS投入了约亿美元。

卫星导航系统太重要，即便花费巨大，各国依旧争相投入研发。

苏联年开始组建格洛纳斯卫星导航系统，年时建成由24颗卫星组成的卫星星座，第一次实现卫星信号的全球覆盖。

年2月25日，俄罗斯拜科努尔发射场，Proton-M型火箭搭载一颗格洛纳斯卫星发射。

长期困扰俄罗斯航天的老大难问题就是经费不足。超过预定工作寿命的卫星得不到及时更换，无力发射新卫星，到年时格洛纳斯系统在轨工作卫星仅剩7颗，几乎处于瘫痪边缘。

2年，欧盟批准建设伽利略卫星导航系统。仅仅8年，伽利略卫星导航系统就因实际投入费用远远超出预期，陷入“财政无底洞”。

若想继续建设，卫星导航系统的建设还需要增加5亿至7亿欧元(约合39.6亿至58.3亿元人民币)。欧盟委员会表示，费用增加主要因为火箭发射费、安全保险费的提高以及延期造成的费用，伽利略计划可能面临长期亏损。

年2月7日，欧洲伽利略卫星导航系统第颗和第2颗卫星搭乘一枚俄罗斯“联盟”运载火箭从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空。

亏钱也得建！卫星导航系统不仅事关国家安全：

*在国家电网中，如果没有卫星导航系统的授时性，就无法保证时间的精确和一致；如果没有卫星导航系统对故障精确定位，快速引导至故障点进行抢修，电网安全稳定运行就是一个未知数。

*大宗商品交易对基本面信息的获取有非常迫切的需求。以往，通过传统渠道获得数据信息，会有时效性低、信息不足的问题存在，这导致全球大宗商品供应链的市场透明度始终不高。卫星导航系统提供的“另类数据”，为提升大宗商品市场透明度提供了新的可能性。

*离开了卫星导航系统，地球磁场、地球板块运动等学术研究会统统陷入停滞。

*没有卫星导航系统的加持，港珠澳大桥等超级工程的定位速度会大幅下降，无法展现“中国速度”。

*没了导航，广大“路盲”出行将遭遇多大的困难，不言而喻。

年代，我国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路。当时，美国的GPS已是星座构成最完善、定位精度最稳定、应用最广泛并呈现市场垄断的卫星导航系统，而且，对全世界免费开放，连外国军队都可以使用。

于是，有人说，中国“有必要耗费这么大的精力，去自主研发一个定位系统吗？”

3

北斗，想说爱你不容易

当然有！

首先，GPS是一个以军用为主的卫星导航系统，所有权、控制权、运营权都属于美国国防部。很多国家的民用用户都担心，美国军方可以随时叫停民用信号。“免费午餐”存在巨大风险。

其次，精度不够。GPS包含军码和民码两种信号，二者精密级别不同，前者是毫米级别，后者是分米级别。年以前，美国军方对GPS发布的民用信号进行干扰，为的是降低民用信号提供精度，保护美国信息安全。

在此背景下，本着先区域、后全球的发展规划，我国先后建成北斗一号、北斗二号、北斗三号系统，走出了一条中国特色卫星导航系统建设道路。

年9月30日，西昌卫星发射中心，中国成功发射第4颗新一代北斗导航卫星。

这条路并非一帆风顺。在具体的技术上，难题迭出。

比如，导航卫星发射上天的前提是要有合法的轨道位置和频率资源，这是世界各国必争的宝贵资源。美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统早已占去了80%的“黄金导航频段”。

直到年，我国才在国际电联组织争取到了暂时的轨道位置和频率资源。但是，《无线电规则》对卫星频率和轨道做的充分解释和分配方式中有一条规定，7年内申请者必须使用该频率。

时间相当紧迫！

年4月4日，肩负着重要使命的北斗卫星终于起飞，4月7日传回了信号。

这时，距离国际电联规定的频率申请失效最后期限仅剩不到4个小时。

原子钟难题也曾是一大障碍。

导航卫星上的原子钟，利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波进行计时。稳定的电磁波协同精密的仪器为卫星导航提供精确的时间测度。它能精确到什么地步？举个例子，哪怕从恐龙灭绝时计时到现在，误差也不超过3秒。原子钟因此被称为导航卫星的“心脏”。

我国曾试图从国外引进铷原子钟，遭拒绝后开始自主研制。

年，科学家们对铷原子钟的寿命、可靠性和卫星环境适应性等完全没有概念，只能反复试验、改进，以此寻找最佳答案。比如，铷原子钟的核心部件微波腔，直接决定原子钟信号强弱，团队不断尝试，用时一年多研制出开槽管微波腔。

此外，团队还发明了一种新型铷光谱灯，克服了限制铷钟寿命和卫星环境适应性的主要障碍。

北斗三号卫星，开始采用氢原子钟，铷原子钟天稳定度为E-4量级，氢原子钟天稳定度为E-5量级。

中国自主研发的空间主动型氢原子钟。

年底，我国建成北斗一号系统，首次解决了“我们在哪里”的根本问题。从年立项到3颗GEO卫星组成了全球第3个卫星导航系统、覆盖中国国土及周边，我国用了6年。

年底，北斗二号系统建成，4颗卫星覆盖亚太地区，在亚太地区内导航系统标准服务的定位精度在0米左右。北斗二号确立了北斗的技术体制，实现了连续导航与定位报告双模融合、三频信号全星座播发。

0年，北斗三号实现了全球组网，35颗卫星覆盖全球，可以向全球用户提供米级、亚米级、分米级，甚至厘米级精度的定位和导航增强服务。

从一个“缺”字当头——关键技术和设备短缺，卫星导航研究的人才短缺，经费也捉襟见肘，再到北斗全球组网的完成，一切艰辛与荣耀，尽在不言中。

4

我们真的“青出于蓝”了吗？

年，联合国将美国GPS、中国北斗、俄罗斯格洛纳斯、欧盟伽利略确定为全球四大导航系统。

目前，北斗的各项技术也在不断更新之中。

比如，在北斗二号的基础上，北斗三号的定位精度提升了至2倍，达到2.5-5米的水平，拟为民用用户免费提供约0米精度的定位服务、0.2米/秒的测速服务。

此外，北斗三号导航系统还可以以其高精度定位的优势，向用户提供精密测量测绘数据。北斗三号工程副总设计师、北斗三号导航卫星首席总设计师谢军表示，“测量地震后建筑物的下沉变化等，几毫米的下沉，都逃不过北斗的法眼。”

后发制人的北斗，还有很多其他导航系统难以企及的优势。

首先，北斗特有的短报文功能，是GPS不具备的一项技术突破。简单来说，这是用户机与用户机、用户机与地面控制中心间双向数字报文通信功能，不仅能发送信号，还可以接收信号。

短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后，通过卫星转发入站；地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给用户；随后，接收方用户机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯。

短报文，与我们日常短信的形式相似，在各种救援中发挥了无法替代的作用。

汶川地震救灾时，北斗一代设备发出了来自震区的第一条消息。那时，所有高度依赖光纤和基站的通讯手段都因基础设施大面积损坏而无法使用。北斗卫星导航系统的短报文功能迅速“上线”，最大限度地保证了我们对“72小时黄金抢救时间”的充分利用。

年9月，一架通航飞机在新疆和田山区失联后，通过北斗短报文发送了定位信息，使得机组人员全部平安获救。

在森林火灾中，北斗手持终端可通过北斗系统高精度定位技术及短报文通信功能，让第一线的消防干警及时掌握火情并做好个人防护，便于组织疏散当地人群、加强重点防护区域场所的救援力量部署工作。

年，北斗的应用还在渔业中不断推广。渔民说，现在出海就拜两样东西，一拜妈祖，二拜北斗。目前，我国渤海、黄海、东海、南海等海域的5万多条渔船都装上了北斗终端。根据浙江省20年的统计，浙江渔民利用北斗卫星发出了万条短信。

此外，GPS使用的是双频信号，而北斗使用的是三频信号，可以更好地消除高阶电离层延迟影响，提高定位可靠性，增强数据预处理能力，大大提高模糊度的固定效率。如果一个频率信号出现问题，可使用传统方法利用另外两个频率进行定位，提高了定位的可靠性和抗干扰能力。

北斗是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统。

5

民用化是发展方向

现在，北斗已遍及我们生活的方方面面：世界主流手机芯片大都支持北斗系统，北斗系统正成为国内销售的智能手机的标配；共享单车配装北斗系统实现精细管理；支持北斗系统的手表、手环、学生卡，更加方便了人们的日常生活。

中国航天科技集团展出的北斗导航卫星系统模型。

需要注意的是，这些卫星导航系统不是非要争个你死我活，多系统兼容与互操作已成为发展趋势。

美军U-2侦察机已将中国的北斗卫星导航系统作为备用系统，供飞机在GPS失灵时使用。U-2飞行员佩戴的手表也内置了多个导航系统，除GPS外，也能连接北斗、格洛纳斯和伽利略系统。

为何要跟竞争对手搅在一起？

其一，为正常运行提供保障。

根据GPS的工作原理，接收机需要同时“看到”至少4颗导航卫星，才能实现定位。如果使用单一导航系统，一旦在某一区域上空卫星数量有限，接收机与某颗卫星就会断开联系，影响定位服务的持续性。北斗与GPS实现互操作以后，用户用一台接收机能同时接收两个系统的卫星信号，如GPS卫星数量不够的话，还有北斗卫星，定位的稳定性和精度会更高。

其二，卫星导航产业一般遵循由军用到行业再到民用、从小众到大众的发展规律。北斗导航系统现已广泛应用于交通运输、公共安全、农林渔业、水文监测、气象预报、通信时统、电力调度、救灾减灾等领域，而兼容可提高产品性能，提升用户体验，为商业竞争加分。

目前，国际主流全球导航卫星系统（GNSS）厂商都采用多系统共用模式，产品一般都支持两个或者更多的卫星导航系统，北斗三号在设计建造之初就已考虑对其他卫星导航系统的兼容性，用户可以在终端上接收多个信号。

北斗的大众规模化应用时代已经到来。作为战略性新兴产业，卫星导航定位市场已演变为每年价值近千亿美元的全球性产业链和战略合作关系。年我国卫星导航与位置服务产业产值达到亿元，同比增长20.4%。这一数字在0年有望达到0亿元至亿元。

当下，我国与其他国家的合作也在不断推进，国产北斗基础产品已出口20余个国家和地区，基于北斗的土地确权、精准农业、数字施工、智慧港口等，已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地得到成功应用。

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