石豪:北斗腾飞,但中国人发展权的争夺远未结束

2020-06-30

石豪:北斗腾飞,但中国人发展权的争夺远未结束

原标题:石豪:北斗腾飞,但中国人发展权的争夺远未结束

【文/观察者网专栏作者石豪】

北京时间6月23日09时43分,我国在西昌卫星发射中心以长征三号乙运载火箭将北斗三号最后一颗组网卫星送入预定轨道,发射取得圆满成功。

这标志着北斗三号系统的全面建成,也标志着中国导航卫星系统的“三步走”战略圆满成功。

导航卫星为什么如此重要?中国导航卫星的发展经历了什么?我们能够从北斗系统的发展中总结出什么?

点火瞬间(图/人民日报)

导航卫星简史

导航卫星是一个伟大的发明。

在进入航天时代前,人类只能借助指南针、天文观测和地面无线电台进行导航,越洋飞行、环球航运、远海捕鱼等活动一直存在着很高风险。直到世界上第一个导航卫星系统——美国“子午仪”的诞生,茫茫大洋中的美军舰队终于能够确切感知自己的位置。随后人们也终于能更加便捷地在地球上准确定位自己。

“子午仪”导航卫星(图/美国海军研究生院)

从航海航空到个人出行,导航卫星正在深刻地影响着人类的生活模式和现代社会的运转方式。因此,发展中国自己的导航卫星系统,有着显著的必要性。

上个世纪60年代,我国曾经提出了自己的导航卫星方案——灯塔一号,与“子午仪”卫星类似,采用了重力梯度稳定,太阳电池供电的设计。遗憾的是,随着国家经济政策的调整,灯塔一号项目于1980年下马。

从1983年“两弹一星”元勋陈芳允院士提出双星定位通信系统方案至今,中国北斗已从有源无高程定位发展到有源无源结合的高时空精度定位,从双星区域覆盖升级到复合型星座全球覆盖,在导航卫星领域走出了令世界瞩目的“中国道路”。

北斗系统发展历程(图/清华大学陆明泉教授)

北斗凤凰涅槃

不过,北斗系统的发展也并非一帆风顺。

中国是发展中国家,是在半殖民地半封建社会的废墟上建立起来的,与美国、俄罗斯和欧洲的航天强国相比,发展航天事业的科技基础和经济基础都严重不足。比如,在发展初期我们没有足够投入支持全球覆盖星座的建设,缺乏原子钟等关键设备的技术储备。

而在上世纪90年代,出于摆脱对美国GPS系统依赖等考虑,欧洲发达国家开始提出自己的导航星座方案,并最终发展为伽利略系统。这对于同样致力于获得全球导航定位能力的中国是一个利好,我国也曾经投入重金,于2003年加入了伽利略项目。

欧洲伽利略全球导航卫星系统(图/ESA)

但是,标榜民用的伽利略系统同样无法摆脱西方政治的影响。中国付出了许多,却没有获得本应属于自己的话语权,不仅不能参与核心决策,甚至遭遇了技术歧视。

因此,在参与伽利略项目受阻后,我们加速了北斗系统的建设,成功研发了曾经受制于人的星载原子钟。我们在2000年申请的频率,终于在2007年4月17日开始使用——离截止时间只有几个小时,北斗系统从此驶入快车道。

建成的北斗三号系统创造性地采用了复合星座方案,以中圆地球轨道(MEO)卫星作为全球服务主力,以地球静止轨道(GEO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星重点覆盖亚太地区。这样的设计结合了传统导航星座和区域导航增强星座的优势,既能保证全球高精度覆盖,又能进一步提升了亚太重点地区的星座可用性和稳定性,在全球导航系统中独树一帜。

北斗三号星座(图/央视新闻客户端)

在技术层面,北斗三号卫星同样敢于亮剑,敢于突破。

面对MEO卫星平台的选择,我们的科研队伍没有保守,以“刀刃向内”的革新勇气,毅然研制了全新的桁架结构导航卫星平台,综合性能卓越。

在北斗三号卫星上,我们已经能够搭载世界领先的铷原子钟和性能更为先进的氢原子钟,为系统的稳定性和可靠性上了“双保险”。

北斗三号卫星搭载了Ka波段星间链路设备,实现了星间双向精密测距与通信,能够保障星座自主运行和国境外测控。相比于GPS的VHF波段链路和GLONASS的S波段链路,北斗三号技术更先进,传输速率更快,同时对波束的指向性要求也更高。

大胆创新,也有所继承。北斗三号与前两代北斗一样,同样拥有短报文通信功能。汶川大地震中,北斗短报文服务大放异彩,在抗震救灾中发挥了“生命链接”的作用,证明了北斗功能设计的前瞻性。随着全球组网的完成,北斗的“生命链接”将覆盖全球,在灾难救援、应急通讯等领域发挥重要作用。

北斗一号在汶川大地震中的关键作用(图/新华社)

而回过头看地球的另一边,伽利略系统却在反复的分歧与争论中逐渐落后。在技术上,伽利略卫星缺乏星间链路,卫星处于“各自为战”的状态,与中美俄导航卫星相比是一个很大的劣势。其曾经向中国出口的原子钟也于2017年出现大面积故障,整个系统更是在2019年出现了长达一周的“拉闸掉线”。

至于伽利略系统的组网进度,也在不断地拖延,至今依然没有完成24颗FOC卫星发射,达到全面运行能力。

伽利略星座在北斗建成当天的瞬时PDOP(越蓝越好)(图/IGMAS)

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