全球「天網」成功織就，今後「北鬥三號」將給我們的生活帶來哪些改變？記者採訪了南京航空航天大學航天學院的聞新教授和康國華教授。
你早就用上了北鬥，只是你可能不知道
南京航空航天大學航天學院教授康國華告訴記者，「北鬥」是一個龐大的系統工程。看似遙不可及，其實與我們的生活息息相關。「從上個世紀80年代開始，全世界都一直在用美國的GPS。有了北鬥系統後，GPS在全球衛星定位領域的絕對主導地位受到了挑戰，現在我們大部分手機都已開始採用北鬥導航系統。」
他拿出自己的手機，給記者演示了手機APP所顯示的衛星天頂圖，圖中顯示了全球四大衛星導航系統各自衛星在當地天頂上運動的情況，他們分別是美國的全球導航定位系統（GPS），俄羅斯的格洛納斯系統（GLONASS）、歐盟的伽利略系統（Galileo），還有中國的北鬥系統。「其中彩色的能收到信號的在軌衛星，而黑白的則是暫時收不到信號。「
康國華在南航校內演示手機中的衛星天頂圖
北鬥衛星每一顆重850KG，載荷重量300Kg，承載著三項功能——定位、授時和短報文。康國華說，定位是導航的基礎，導航是定位的應用；定位是「告訴你在哪」，導航是「告訴你如何從現在所處的位置，去你想要去的地方」。
授時，顧名思義就是「給出準確的時間」，對一些儀器設備來說就是進行時間的校準，只要用了北鬥授時功能，即使分布在全球不同地方，依然可以保持時間的「同步」。康國華告訴記者，時間同步是一個國家安全的保障，如高鐵、電網、計算機網絡通信等等，都需要時間同步。如高鐵準時發車、按時到站、安全交會等，都需要有「同步時間」作為基準。比如依靠北鬥的精準定位，高鐵從時速350公裡一次制動到停車，最後停準誤差能控制在10釐米之內。
短報文則是中國北鬥的獨有特色，與GPS接收機只能單向接收衛星信號不同，北鬥接收機不僅可以實現定位，而且可以類似手機收發簡訊，通過衛星進行雙向的文字信息傳遞。
在2008年的汶川地震救援中，當時地面通信設施遭到嚴重破壞，甚至癱瘓，救援部隊利用北鬥短報文，發出了來自災區的第一條信息，將災情和受災位置準確地報告給救災搶險指揮部，發揮了巨大作用。而當時「北鬥一號」的精度其實還不夠高，其雙向通訊功能已經大顯神通,挽救生命難以計數。
最亮的中國星，讓天上的星星「參北鬥」
作為國之重器，北鬥是我國重大空間基礎設施，以建設我國時空基準網和導航信息網為目標，是我國大國地位和戰略利益的重要支撐。「可以說，越早建設，就越有佔據戰略的優勢。」康國華舉例說，」衛星定位需要從天上發射特定頻點的無線電波到地面，由於只有特定頻點電磁波穿透大氣過程中出現衰減最少，因此這些頻點就成為重要的戰略資源」，根據當前國際電聯對頻點分配採取「先佔先得」的規則，美國由於最早建設GPS，因此選擇的頻段是最優的。
衛星導航的競爭不僅是是技術體制的競爭，同時也是星座與信號的競爭。中國與歐洲、美國就衛星頻點和軌位問題經歷了多年的協調工作，甚至「明爭暗鬥」，背後充滿了大國航天的「博弈」。
北鬥二號導航系統就曾經歷了這樣的緊迫時間。按照國際電聯的相關規定，北鬥二號導航系統必須在七年之內完成衛星導航信號在軌向地面發播，否則就取消導航頻率的優先使用權，需要重新申請頻率和開展相關國際協調，如此一來，我國將失去了發展全球衛星導航系統的最佳機會。
面對緊迫的研製任務，南京航空航天大學校友、時任北鬥二號衛星副總設計師的陳忠貴帶領黨員突擊隊，改進集成測試驗證方法，一周「5+2」、每天「白+黑」，奮戰8個月。2007年4月16日，在成功發射的兩天後，北京從飛行試驗星獲得清晰信號，此時距離空間頻率失效僅剩下不到4個小時——正是這次壯舉，有效地保護了我國衛星導航系統的頻率資源，拉開了北鬥區域導航系統建設的序幕。
「如今，北鬥三號」全球衛星導航系統的成功組網，標誌著我國在衛星導航系統領域，有了和美國GPS導航系統實力PK的「資本。北鬥不僅是一項國家工程，也是民族工程。『北鬥』有著多個『第一次』。」聞新列舉，北鬥衛星導航系統第一次採用了三種軌道（GEO、IGSO、MEO）的混合星座的體制；第一次達到元器件100%國產化要求；第一次提出合作與兼容……這些都讓中國的航空航天和衛星監測技術在世界上更有底氣。
比如作為導航衛星「心臟」的星載原子鐘，在中國曾經一度是技術空白。而無線電波傳遞和接收有一個時間差，時間差乘以光速就是距離，只要誤差一秒，那麼距離就會相差30萬公裡。 在北鬥二號研製時，曾引進過瑞士一家公司，但後來歐盟要求該公司提供的原子鐘要比「伽利略」導航系統低一個數量級的精度，這讓陳忠貴及設計團隊更深刻認識到「關鍵核心技術買不來、要不來、討不來」。
如今，我國已經攻克了銣原子鐘、氫原子鐘的關鍵技術，並在北鬥導航衛星上使用了這兩種原子鐘搭配來實現時間基準的建立。其中， 星載銣原子鐘實現了元器件100%國產化，目前的精度可達到300萬年誤差僅為1秒，被動型星載氫原子鐘，1000萬年才誤差1秒。
「北鬥+」時代開啟
目前，北鬥三號衛星在定位服務、廣域增強服務、全球短報文服務、搜索救援服務等方面都形成了鮮明的北鬥特色，並在系統信號性能、系統傳輸和測距性能、星載原子鐘性能、關鍵產品和元器件國產化等方面實現了對國外技術的局部領先。在南京航天航天大學校友總師思政公開課上，陳忠貴就充滿自信地指出，「北鬥三號系統的核心就是以更高精準，更高性能服務全球」，讓中國的北鬥也是世界的北鬥！」
北鬥全球組網後，具有定位、授時和短報文服務的北鬥系統融入老百姓生活的速度會加快。「北鬥+」生活將加速來臨。
「它將會成為像類似於像水網、電網一樣基礎設施，日常生活再也離不開它；如你點一個外賣、叫一輛網約車，都需要用到衛星定位確定你當前的位置。」 康國華說，但接下來，北鬥還要解決可靠性、精度、穩定性等各方面的問題。
「北鬥現在最大的問題是應用推廣。」康國華說，畢竟GPS比我們早發展了20多年，用戶使用具有了粘性和慣性；以手機為例，將GPS晶片換成北鬥晶片，就要增加很多而外成本，商家就沒有動力去更換；因此在一些GPS應用的本來就成熟的領域，替換北鬥往往會遇到比較大的阻力。但北鬥只有用的人越多，成本才會越低，迭代改進速度越快，形成正反饋。
康國華教授目前帶領團隊開展的「低軌衛星導航增強」研究就與北鬥的推廣應用有關。「如果我們把北鬥系統比做高速公路一樣的主幹網，它能提供優於10米定位精度；那我們工作就類似於在修『省道』，在這個骨幹網基礎上，進一步提高精度」。
康國華舉例子說，當你在城市樓宇間穿梭時，由於樓宇形成的「峽谷」效應，你能看到的天很小，因此接收到衛星的信號少且弱。而低軌導航增強系統，就是在北鬥星座下方再增加一層低軌星座，利用低軌衛星上的導航增強系統實現北鬥信號增強和播發，從而提高信號的強度，將原來北鬥道路級定位提升為車道級定位。以前我們可以知道人在哪，現在我還要知道你是邁出了左腳還是右腳。」康國華說。目前日本有一個「準天頂」衛星系統也具有類似的功能，但他們是基於GPS來做的，而我們團隊是基於自己北鬥系統來研究的。
未來，北鬥衛星導航系統在陸地、海洋、航空航天、大眾消費等多個領域都有著廣泛的應用。「舉例，海洋漁業中，船隻的導航、漁業綜合信息服務網絡的建立，都離不開北鬥系統的定位信號。」聞新介紹說，在交通運輸領域，先進的衛星導航技術應用是實現交通運輸信息化和現代化的重要手段，對建立暢通、高效、安全、綠色的現代交通運輸體系具有十分重要的意義。」
記者了解到，北鬥系統在我國的多個領域已經開始應用。如基於北鬥系統的水文監測系統，實現了水文水情信息的實時傳輸，大大提高了雨情、水情、旱情和災情信息採集的準確性及傳輸的時效性。已在我國陝南地區、長江流域、黃河流域，獲得了廣泛應用，用戶數量達到4000多個。「在氣象預報領域，經過多年氣象數字報文傳輸應用實驗，科研工作者研製的系列氣象預報型北鬥終端設備和系統應用解決方案，解決了國家氣象局和各地市氣象中心的氣象站數字報文自動傳輸匯集、氣象站地圖分布可視化顯示功能。目前，在氣象領域的北鬥應用終端已經達數千臺。」
編輯 : 秦小奕