北斗衛(wèi)星導(dǎo)航：中國(guó)被美國(guó)GPS卡脖子后的華麗趕超

網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性已不言而喻。發(fā)生于1993年，被國(guó)人稱為中國(guó)現(xiàn)代外交史上“三大屈辱事件”之一的“銀河號(hào)事件”，就是我們受制于美國(guó)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，使得該事件成為中國(guó)人的一個(gè)恥辱。

1993年7月7日，中國(guó)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司廣州公司的集裝箱貨輪銀河號(hào)從天津新港出發(fā)，預(yù)計(jì)行程27天，于8月3日抵達(dá)波斯灣，將船上600多個(gè)集裝箱的貨物交付中東客戶。

7月23日，美國(guó)突然宣稱已掌握銀河號(hào)上載有運(yùn)往伊朗的違禁化學(xué)品的確切證據(jù)，要求中國(guó)采取措施或讓美國(guó)方面登船檢查，否則將依其國(guó)內(nèi)法制裁中國(guó)。

銀河號(hào)是已注冊(cè)的可進(jìn)行正常國(guó)際貿(mào)易的遠(yuǎn)洋貨輪，當(dāng)時(shí)也正處于印度洋公海，自然不會(huì)答應(yīng)美方的無(wú)理要求。在遭到拒絕后，美國(guó)立刻關(guān)閉了銀河號(hào)所在海域的GPS定位系統(tǒng)，讓銀河號(hào)完全失去方向。

沒(méi)有了GPS，銀河號(hào)只能依靠慣性定位走走停停，美方則不斷地派遣軍艦、直升機(jī)甚至戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)銀河號(hào)進(jìn)行近距離跟蹤監(jiān)視，同時(shí)向周邊國(guó)家港口派出軍艦，阻止銀河號(hào)停港。

我國(guó)與美國(guó)多次交涉無(wú)果，只得于8月28日派出以外交部國(guó)際司副司長(zhǎng)沙祖康為組長(zhǎng)的檢查團(tuán)一行16人登上銀河號(hào)，會(huì)同美國(guó)和沙特檢查人員對(duì)銀河號(hào)上628個(gè)集裝箱逐一進(jìn)行檢查。

9月4日下午，仍未查出違禁化學(xué)品的美國(guó)人不得不在《調(diào)查報(bào)告》上簽字，此后也賠償了因此給銀河號(hào)造成的損失1042萬(wàn)美元。

到4號(hào)這天，銀河號(hào)已在海上漂了57天。所以事情雖然得到解決，中方人員卻沒(méi)有勝利的喜悅，沙祖康則連用17個(gè)“窩囊”來(lái)表達(dá)當(dāng)時(shí)的感受。

這位被稱為中國(guó)“外交三寶”之一、有著超強(qiáng)談判能力的聯(lián)合國(guó)前副秘書(shū)長(zhǎng)都有如此感受，難怪“銀河號(hào)事件”會(huì)被網(wǎng)友稱為“三大屈辱”之一。

一個(gè)主權(quán)國(guó)家的貨輪，在公海上無(wú)端被美國(guó)逼停并被迫接受檢查，只是因?yàn)閲?guó)家不夠強(qiáng)大，沒(méi)有航母、軍艦護(hù)航嗎？

不盡然，還有一個(gè)重要原因，就是高度依賴GPS對(duì)船舶進(jìn)行精準(zhǔn)定位的現(xiàn)代航海設(shè)備，在沒(méi)有了GPS以后，根本無(wú)法完成航行。

后來(lái)發(fā)生的另一件事，讓中國(guó)更加明白擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性。

1996年臺(tái)海局勢(shì)緊張，解放軍在東海海域的軍演中發(fā)射了3枚導(dǎo)彈。結(jié)果除了第一枚導(dǎo)彈命中目標(biāo)，其它2枚突然無(wú)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)追蹤，最終偏離軌道，落到原定地點(diǎn)之外。

事后有分析稱，導(dǎo)彈未能擊中目標(biāo)，極有可能是GPS突然中斷造成的。

無(wú)獨(dú)有偶，2008年，俄羅斯和格魯吉亞發(fā)生沖突，部分投入戰(zhàn)區(qū)的俄軍車輛GPS信號(hào)丟失。

從以上事件能看出，掌握在美國(guó)人手中的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，成為它打壓其他國(guó)家的一個(gè)重要手段，在你需要的關(guān)鍵時(shí)刻給你關(guān)停，迫你就范。

多起事件讓中國(guó)意識(shí)到擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性，否則莫說(shuō)高精度的GPS軍碼美國(guó)不給用，就連精度低的民碼，美國(guó)不也說(shuō)停就停？完全控制在美國(guó)軍方手中的GPS，對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)是絕對(duì)靠不住的。

意識(shí)到衛(wèi)星定位系統(tǒng)重要性的不只有中國(guó)，還有歐盟。

上世紀(jì)90年代末，時(shí)任法國(guó)總統(tǒng)希拉克曾說(shuō)：

“沒(méi)有‘伽利略’，歐洲將不可避免地成為美國(guó)的附庸，首先是科學(xué)和技術(shù)，其次是工業(yè)和經(jīng)濟(jì)?！?/p>

“伽利略”，是當(dāng)時(shí)歐盟正在籌備的衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃。

可是伽利略投資巨大，歐盟財(cái)政很難負(fù)擔(dān)，便邀請(qǐng)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航也有迫切需求的中國(guó)加入。雙方一拍即合，很快簽署合作協(xié)議。

按協(xié)議約定，中方將注入2億歐元。中方很快給伽利略投入第一筆資金7000萬(wàn)歐元。這對(duì)于90年代的中國(guó)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一筆巨款，由此能看出中方合作的誠(chéng)意和對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航的迫切。

就在我們對(duì)擁有“伽利略”的未來(lái)充滿憧憬時(shí)，美國(guó)又出現(xiàn)了——中國(guó)和歐盟的合作讓它感到很不安，認(rèn)為這將削弱其對(duì)歐洲各國(guó)的控制。

來(lái)自美國(guó)的壓力很快讓歐盟妥協(xié)。

不能主動(dòng)撕毀協(xié)議，歐盟就不斷給中方制造困難——

先是規(guī)定中國(guó)等其他非歐盟參與國(guó)只能使用伽利略系統(tǒng)的非加密信號(hào)，接著又取消了中方在該計(jì)劃中的表決權(quán)，之后更是加變本加厲地以知識(shí)產(chǎn)權(quán)為理由，把中國(guó)企業(yè)踢出競(jìng)標(biāo)。

一系列操作，讓已經(jīng)拿出巨款的中國(guó)，待遇還不如后來(lái)加入的印度和日本。

至此，中國(guó)也才明白，與其出錢(qián)出力落不到好，還不如全力投入研究出自己說(shuō)了算的導(dǎo)航系統(tǒng)。于是就有了今天的“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航”。

1994年，第一代北斗一號(hào)工程開(kāi)始研制。按照中科院陳芳允院士提出的“雙星定位”思路，就是把地球的中心當(dāng)作一個(gè)虛擬的衛(wèi)星，只要再發(fā)射兩顆靜止軌道衛(wèi)星，配合精確測(cè)定的地面站坐標(biāo)，就能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位。

2000年，我國(guó)發(fā)射了兩顆靜止軌道衛(wèi)星，北斗一號(hào)建成并投入使用。

2004年，北斗二號(hào)工程投入建設(shè)，到2012年年底完成14顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)。

2009年，北斗三號(hào)系統(tǒng)投入建設(shè)，于2020年6月建成。

到2023年12月，我國(guó)已成功發(fā)射58顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，服務(wù)于全球200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的用戶。

截至2020年，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值已突破4000億元。預(yù)估到2025年，中國(guó)北斗產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到1萬(wàn)億元。

上面簡(jiǎn)單概括了我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展歷程，這其中包含了太多人的心血和汗水，也有很多令人振奮的亮點(diǎn)。

比如在北斗二號(hào)的研制中，我國(guó)就已突破原子鐘這一關(guān)鍵器件的國(guó)外壟斷。

原子鐘是一種計(jì)時(shí)裝置，精度可達(dá)到每2000萬(wàn)年僅誤差1秒，普通人用不到，但對(duì)于科學(xué)研究和國(guó)防建設(shè)來(lái)說(shuō)有重大意義。

舉個(gè)例子。

建造跨海大橋時(shí)，多臺(tái)起重機(jī)在上千米的作業(yè)面同時(shí)吊裝箱梁，就要保證它們?cè)谄鹇涞臅r(shí)間上分毫不差，否則時(shí)間上相差毫厘，對(duì)接精度就可能出現(xiàn)很大偏差。而北斗系統(tǒng)授時(shí)的星載原子鐘，同步精度性可達(dá)到納秒級(jí)（一納秒為一秒的十億分之一），完全勝任此項(xiàng)工作。

北斗二號(hào)立項(xiàng)之初，中國(guó)原子鐘技術(shù)非常薄弱，產(chǎn)品需要從瑞士進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴，核心技術(shù)還掌握在別人手中，這導(dǎo)致中國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在巨大安全隱患。

因此，中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、中國(guó)航天科技集團(tuán)中國(guó)空間技術(shù)研究院、中國(guó)航天科工集團(tuán)二院203所等單位聯(lián)合，對(duì)星載銣原子鐘一系列關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展攻關(guān)。

經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索、仿真、驗(yàn)證、調(diào)試，2005年，國(guó)產(chǎn)星載銣原子鐘工程化初樣鑒定機(jī)交付。北斗二號(hào)用上了國(guó)產(chǎn)原子鐘，其性能與進(jìn)口相當(dāng)，能夠達(dá)到百萬(wàn)年相差一秒的精度。

北斗系統(tǒng)工程副總設(shè)計(jì)師、北斗三號(hào)工程衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師謝軍曾這樣評(píng)價(jià)國(guó)產(chǎn)星載銣原子鐘：“時(shí)至今日，經(jīng)過(guò)大量衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)的檢驗(yàn)測(cè)試，可以說(shuō)，國(guó)產(chǎn)的原子鐘已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?！?/p>

在北斗二號(hào)研發(fā)過(guò)程中，還出現(xiàn)了一個(gè)小插曲。

前面說(shuō)過(guò)，中國(guó)當(dāng)時(shí)被歐盟排擠出伽利略計(jì)劃。當(dāng)時(shí)除了美國(guó)的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)，其他有衛(wèi)星導(dǎo)航的國(guó)家并不多，尚不存在爭(zhēng)奪頻率資源的問(wèn)題。

及至北斗二號(hào)和伽利略建設(shè)的時(shí)候，導(dǎo)航頻段爭(zhēng)奪戰(zhàn)就進(jìn)入白熱化狀態(tài)了。

為此，國(guó)際電聯(lián)規(guī)定，一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)向國(guó)際電聯(lián)提出占用某頻段的申請(qǐng)后，應(yīng)在7年內(nèi)有衛(wèi)星實(shí)際使用該頻段，否則申請(qǐng)視為無(wú)效。

這個(gè)規(guī)定看似公平，實(shí)際上是為發(fā)達(dá)國(guó)家量身定做的。美國(guó)、俄羅斯等發(fā)達(dá)國(guó)家的衛(wèi)星導(dǎo)航起步早，已經(jīng)把最好的無(wú)線電頻段給占了，那些連航天技術(shù)都沒(méi)有的小國(guó)，衛(wèi)星都發(fā)射不了，還談什么頻段？

而中國(guó)和歐盟剛開(kāi)始建設(shè)，也都有實(shí)際需求，但剩余的可用頻段十分緊張，好用的頻率已經(jīng)不多了，如果想用，就必須爭(zhēng)分奪秒地抓緊研制，爭(zhēng)取在歐盟之前讓衛(wèi)星上空。

國(guó)際電聯(lián)公布的中國(guó)申請(qǐng)日期為2000年4月17日，結(jié)果到2007年4月14日，北斗二號(hào)系統(tǒng)第一顆衛(wèi)星提前發(fā)射并成功入軌。

但入軌還不是終點(diǎn)，還得接收到衛(wèi)星信號(hào)。4月17日，多家研發(fā)單位聚集在接收機(jī)前焦急等待。終于，接收屏幕上出現(xiàn)一道亮光，這是北斗二號(hào)首星傳來(lái)的導(dǎo)航信號(hào)。此時(shí)，距離申請(qǐng)失效的最后期限，只剩下不到4個(gè)小時(shí)。頻段保住了。

對(duì)于中國(guó)的舉動(dòng)，歐盟并不服氣。

歐盟的申請(qǐng)時(shí)間為2000年6月4日，雖然晚于中國(guó)，但歐盟卻于2005年12月28日率先發(fā)射了試驗(yàn)衛(wèi)星并傳回信號(hào)。因此歐盟認(rèn)為他們有優(yōu)先使用權(quán)。

其實(shí)，中國(guó)衛(wèi)星發(fā)射晚于歐盟，并不是技術(shù)不行，而是之前在伽利略的研制上耽誤了時(shí)間。另外，根據(jù)國(guó)際電聯(lián)申請(qǐng)頻率第二條規(guī)定“如果多方申請(qǐng)同一頻率，各方需要協(xié)調(diào)”。因此中方認(rèn)為自己仍有權(quán)占據(jù)這一頻段。

雙方爭(zhēng)持一段時(shí)間后，戲劇化的結(jié)局來(lái)了。

爆發(fā)于2008年10月的全球債務(wù)危機(jī)，讓歐盟財(cái)政困難，伽利略系統(tǒng)的研制隨即陷入停滯狀態(tài)。

到2012年底，伽利略只發(fā)射了6顆衛(wèi)星，而北斗二號(hào)已經(jīng)發(fā)射了16顆，并開(kāi)始為亞太區(qū)提供定位服務(wù)。在這種情況下，歐盟意識(shí)到繼續(xù)爭(zhēng)執(zhí)已無(wú)意義，雙方最終在2015年達(dá)成了頻率共用協(xié)議。

頻段爭(zhēng)奪戰(zhàn)之后，中國(guó)在北斗三號(hào)系統(tǒng)的研發(fā)上又進(jìn)了一步——使用了全球最先進(jìn)的“星間鏈路”機(jī)制。

之前的衛(wèi)星導(dǎo)航往往需要地面控制站的配合，成本高，建設(shè)難度大，要實(shí)現(xiàn)全球覆蓋就更難了。

而“星間鏈路”可以做到衛(wèi)星之間互相通信，大大彌補(bǔ)了缺乏地面站的短板。

誠(chéng)然，今天的北斗系統(tǒng)在部分性能上，例如西半球定位精度，還不如GPS，但這種落后更多的是起步晚、黃金頻率被占用、市場(chǎng)小、地面監(jiān)測(cè)站不足等客觀因素造成的。

與此同時(shí)，北斗系統(tǒng)在許多方面，已經(jīng)把GPS甩在身后。例如，GPS使用雙頻信號(hào)，單向接收，而中國(guó)北斗系統(tǒng)是三頻信號(hào)，雙向接收。GPS沒(méi)有短報(bào)文通信收發(fā)功能，北斗系統(tǒng)則支持短報(bào)文收發(fā)。

對(duì)于這項(xiàng)功能，“北斗女神”徐穎曾有一個(gè)比喻：

“假設(shè)一個(gè)人流落荒島，如果只有GPS，他知道自己在什么位置，卻無(wú)法通知?jiǎng)e人來(lái)救援；如果用的是北斗，他既知道自己在哪，還能把位置發(fā)送到方圓幾十、幾百甚至上千公里之外?！?/p>

實(shí)際上，初代北斗系統(tǒng)就具備了區(qū)域短報(bào)文功能。這項(xiàng)功能在汶川大地震救援中發(fā)揮了很大的作用，救援部隊(duì)利用短報(bào)文發(fā)出來(lái)自災(zāi)區(qū)的第一條信息。

后續(xù)的北斗系統(tǒng)進(jìn)一步加強(qiáng)了這項(xiàng)功能，從只可以發(fā)送120個(gè)漢字，提高到現(xiàn)在的1 200個(gè)漢字，還可以發(fā)送圖片信息。

基于這項(xiàng)功能的便利性，北斗用戶甚至進(jìn)行了許多應(yīng)用層面的再創(chuàng)新：有漁民以短報(bào)文互通漁情，提高捕魚(yú)效率；甚至還有漁民把它當(dāng)成了閑暇時(shí)打發(fā)時(shí)光的聊天軟件。

當(dāng)然，不只是漁業(yè)，北斗導(dǎo)航的應(yīng)用幾乎涉及各個(gè)領(lǐng)域，在交通、農(nóng)林漁、防災(zāi)救災(zāi)、公共安全、電力、金融、建筑以及可穿戴設(shè)備等諸多方面都有廣泛應(yīng)用。

目前，中國(guó)正在醞釀下一代衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)。到2035年，我們將完成下一代北斗系統(tǒng)的組網(wǎng)工作，初步構(gòu)建高精度、高智能、高安全、高效益、基準(zhǔn)統(tǒng)一、覆蓋天空地海的時(shí)空信息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施。

新一代系統(tǒng)將會(huì)在導(dǎo)航、星基增強(qiáng)、精密定位、星間鏈路等方面進(jìn)一步提升能力，更好地融入國(guó)家網(wǎng)絡(luò)信息體系。屆時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將只是這個(gè)體系的組成部分之一，我們將真正做到無(wú)處不在的導(dǎo)航定位。

衛(wèi)星導(dǎo)航，這項(xiàng)由美國(guó)開(kāi)創(chuàng)出的前沿技術(shù)，終將迎來(lái)新的領(lǐng)軍者，中國(guó)北斗的未來(lái)必將更加閃耀。