熱評丨北鬥——構建中國人自己的時空基準

7月31日上午，北鬥三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式在北京人民大會堂舉行。就在一個月前，6月23日上午，第55顆北鬥導航衛星，也是北鬥全球衛星導航系統的最後一顆組網衛星發射升空。此時距離第一顆北鬥衛星進入太空，已過去了整整20年。

2000年10月，北鬥1A導航試驗衛星從西昌衛星發射中心發射升空。當時限於國力，中國科學家並沒有奢望建成像今天這樣，能夠提供全球定位、導航、授時的龐大導航衛星星座。彼時的中國人，考慮的是先解決衛星導航定位的有無問題，擺脫在這一領域受制於人的尷尬處境。在少花錢的前提下，如何利用儘可能少的衛星，實現對中國國土表面的精準定位？中國科學家決定採用「雙星定位」方案。

「雙星定位」原理說起來簡單，就是利用兩顆運行在地球同步軌道的衛星和用戶之間的三角關係，來確定用戶在地球表面的位置。和全球衛星導航定位系統不同的是，雙星系統只能實現對一個有限區域內的導航定位。這便是我國第一代北鬥導航系統——北鬥一號。

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雙星定位系統是「有源」的，這意味著用戶需要主動向衛星發射信號，利用接收到的回波來進行定位。而同時期的GPS及格洛納斯（GLONASS）等全球衛星導航定位系統都是「無源」的，用戶只接收來自衛星的信號而不向外發射電磁波。相對而言，「無源」定位具有安全保密的先天優勢。

雖然北鬥一號由於作為「有源」系統而隱蔽性差，但中國科學家卻開創性地化被動為主動，為北鬥一號增添了「短報文」通信功能——索性利用高懸於赤道上空的北鬥衛星充當通信中繼站，用戶可以利用導航接收機收發120個字的信息。可不要小看這120個字的容量，在2008年汶川地震救援當中，抵達災區的救援部隊在當地通信網絡全部癱瘓的情況下，就是依靠著太空中北鬥一號導航衛星的短報文通信功能，將災區的情況傳送出來。中國北鬥尚處在試驗階段，就為抗震救災做出過巨大貢獻。

據公開報導，北鬥一號定位精度在數十米的量級，是「有源」系統並且無法在高速平臺上使用，無論在軍用還是民用場合，都無法滿足現實需求。為此，2007年起，中國開始部署北鬥二號區域型衛星導航系統。相較於北鬥一號，北鬥二號不僅把定位精度提升到十米量級，而且是「無源」的，即用戶只需要接收來自衛星的信號，實現了無線電靜默狀態下的定位。在此基礎上，還保留了北鬥一號的短報文通信功能。從2007年4月到2019年5月，中國共發射了20顆北鬥二號導航衛星，實現了中國國土及周邊地區的衛星導航定位覆蓋。

從北鬥二號開始，北鬥衛星導航定位系統才具備了真正的實用價值，開始在交通、物流、執法、海事、農業、電力等諸多部門逐步試用，並由此開啟了一個保守估計總產值超過3000多億元人民幣的巨大市場。

遨遊太空的數十顆北鬥導航定位衛星，是基於舉國之力部署的國家重大基礎設施。隨著基礎設施的建設到位，與之相關的一系列配套產業便有了充分發展的廣闊舞臺。歷數當下熱門的經濟門類或產品，無論是方興未艾的自動駕駛、讓人足不出戶盡享便利的網購宅急送、亦或是追蹤新冠密切接觸者的二維碼，幾乎都離不開北鬥導航定位系統的加持。我們不妨回顧一下北鬥到來之前的那段時間，一臺用於汽車導航的GPS接收機是何等昂貴。而北鬥的出現，使這個市場不再被一家通吃，導航服務的價格也應聲而降。所以，無論你的手機裡是否內嵌了北鬥晶片，能如此快捷、便宜地享受現代科技帶來的便利生活，都需要感謝北鬥。

舉世矚目的北鬥三號建設進程明顯加快。2017年11月5日，我國以「一箭雙星」方式成功發射兩顆北鬥三號全球組網衛星，這是北鬥三號衛星的首次發射。到2020年6月，共發射了30顆北鬥三號衛星。回顧北鬥工程初創的世紀之交，北鬥一號4顆試驗衛星的全部升空，走過的是七年的漫漫長路。

細心的人會發現，北鬥二號和三號這兩個系統的部署，時間上是重疊的。相比於北鬥二號，北鬥三號最大的提升在於衛星的內核——原子鐘。北鬥二號廣泛採用的是銣原子鐘，而北鬥三號衛星當中採用了新型的銣原子鐘，部分採用了氫原子鐘。氫原子鐘的精度相比銣原子鐘提高了一個數量級，這也就使得北鬥三號系統的定位精度，由北鬥二號的十米量級，進一步精確到了米級，如果有了地面差分臺站的加持，北鬥三號將具備釐米級的定位精度，足以媲美GPS系統。

當下，號稱給每一個沙粒都分配一個IP位址的物聯網正呼之欲出，在萬物互聯的時代，構建起一個精準的、統一的國家時空基準體系，尤為重要。而從現有技術來看，這個基準只有全球衛星導航系統才能提供。中國要擁抱5G，實現萬物互聯，一個獨立自主的國家級時空基準是不可或缺的。隨著6月23日第55顆北鬥衛星的成功入軌，這個覆蓋全球的、不受制於人的國家級時空基準，中國已經建立完畢——這便是今天我們如此隆重祝賀它的原因。