中國北鬥不如GPS？看徐穎解密北鬥靠什麼來「推翻前浪」

文 | AI財經社 牛耕

編 | 張澤

徐穎聽到過一種說法：美國的GPS是正版，俄羅斯的格洛納斯是高仿，歐洲的伽利略是低仿，中國的北鬥則是淘寶「九塊九包郵」級別的產品。

如果是多年後的現在，她一定會氣得當場爭辯。但當時她還沒有與北鬥結緣，只是一個「平平無奇」的天才少女：16歲考上大學，23歲碩博連讀，考試總比別人高几分，等待選擇人生的方向。

2016年，徐穎已經成了中科院最年輕的博士生導師。但她仍舊無法釋懷那句話。她脫掉實驗室白袍，換上正裝，領口別著耳機，登上了中科院的一個內部論壇。這次演講讓她一舉成名，成為眾人眼中的「北鬥女神」。《人民日報》也稱讚說，「科普需要更多徐穎」。

有人告訴她，「你應該把更多精力放在科學研究上。」但徐穎反駁道，「但如果大家都不做科學普及，你研究出來的東西，誰能繼承和發揚呢？」至今，她仍然在科研之餘，奔波於每一個科普論壇上，為大家講述北鬥不為人知的傳奇。

天有北鬥，便無迷途

1957年，蘇聯發射第一顆人造衛星，「讓我們徵服太空」的招貼畫貼滿了建築物。次年，NASA成立，兩國開啟了舉國發射衛星的比賽。

很快美國人發現，衛星能從天上定位地面目標，全球衛星導航系統有了雛形。到了1994年，中國想要發導航衛星的時候，寸土寸金的太空軌道上，已經插滿了美國和俄羅斯的「旗幟」。

由於太空軌道「先佔先得」，中國決定加入歐盟「伽利略」計劃，一起搶佔軌道和頻率資源。中國掏出7000萬歐元，相當於那年北京的一千套房子。歐洲人笑稱：中國比自己更愛伽利略。

但天有不測風雲。歐盟突然變卦，打算把中國踢出伽利略項目。這意味著中國將失去申請的頻率和軌道，永遠只能借用別國的「眼睛」。中國決定，要自研衛星系統，在2007年4月以前把衛星打上去。

這一年，徐穎正在讀研二。她的導師接下一個項目，參與設計北鬥的接收機，徐穎也與北鬥結緣。

2007年4月14日，成為徐穎記憶裡北鬥第一個「決定性瞬間」。由於申請的頻率和軌道將在3天後過期，中國領導決定提前發射衛星。「通常發射只有延遲，沒有提前。」

發射當天凌晨，距離點火還有3分鐘，工作人員發現一個供氣連接器沒能脫離，可能給發射場造成滅頂之災。指揮員在1分鐘之內下達了七道指令，終於將首顆北鬥衛星發射升空。

但入軌還不算完，還得接收到衛星信號。4月17日，離頻率失效還有4個小時，10多家研發單位聚集在操場，接收機一字排開，等待著屏幕上的光點。突然，一道亮光閃過屏幕，整個操場的人跳起來，互相擁抱。「頻率保住了。」

徐穎在騰訊新聞《眼界Talk》中回憶中的北鬥一號，還是北鬥中比較原始的系統。作為雙星系統，北鬥一號採用有源定位。也就是說，需要用戶向衛星發送一個定位請求，衛星會響應請求，才能實現導航和定位。這就有兩個缺點：一個是可能暴露用戶位置，另一個是用戶容量受限，衛星沒辦法同時響應很多用戶。

為了解決用戶容量受限的風險，研發團隊又開發了北鬥二號。北鬥二號衛星採用廣播形式發送信號，不需要用戶發送請求了。它成為覆蓋中國和周邊亞太地區的一個區域系統。

北鬥二號發射過程中還有過一個小插曲。當天，發射到第九顆衛星的時候，正逢雷雨交加，衛星需要推遲發射。但北鬥不是單顆衛星，而是一個組網的星座，如徐穎解釋的那樣，把衛星發射進特定軌道還不夠，必須處於軌道中的特定位置才可以。如果這一顆發射晚了，可能就要拖累北鬥幾個月甚至一年的進度。幸運的是，這顆衛星最終還是在雷雨中順利升空。

等到了北鬥三號，發射「一箭多星」對中國已經沒有什麼難度。2020年7月，北鬥三期組網完成，拼上了全球導航的最後一塊拼圖。

至於很多人問為什麼中國北鬥要採用一號、二號、三號這樣的建設方案，而不是一步到位，徐穎也在《眼界Talk》中給出了答案——北鬥其實有一個叫做「三步走」的階段性建設原則，這一原則是根據我國的經濟和技術實力的發展趨勢來的。最開始的北鬥雙星系統，也就是北鬥一號系統，它解決了我國衛星導航定位系統的有無問題，使我國成為了世界上第三個具有衛導系統的國家；在這個基礎之上，研發團隊再做進一步的技術改進，從有源系統變成無源系統，從區域系統變成全球系統，直到今年北鬥三號發射成功，完成了北鬥三步走的最後一步。

北鬥從此成為一個全球系統，能覆蓋全球每個角落。

走向世界，北鬥的下一站「野望」

今年，蘋果的年度旗艦手機機iPhone12開始支持北鬥導航，這也成為北鬥導航系統全球組網後的重要節點。其實，在北鬥三號建設之前，由於北鬥還是區域系統，即使iPhone 12支持北鬥，在美國也是收不到信號的，這就極大限制了北鬥的發展。如今，隨著北鬥三號組網成功，北鬥也邁出了全球產業化的關鍵一步，從此北鬥設備和晶片都可以銷往全球。

現在，北鬥與美國GPS、歐盟伽利略和俄羅斯格洛納斯並列為全世界四大衛星定位導航系統，中國人終於可以用上自己的衛星導航系統了。那麼相比其他系統，北鬥又有什麼好處呢？

徐穎談到北鬥最大的「獨家秘笈」就是短報文功能：它不只是導航系統，也是通信系統，能夠通過衛星收發文字簡訊。這得益於北鬥的建設路徑：因為北鬥一號是有源定位，本身就有做交互的潛力，北鬥二號和三號就繼承下來了。而其他國家的系統，最初就採用廣播形式，就沒有考慮通信功能。

關於短報文通信帶來的好處，徐穎有一個比喻：「假設一個人漂流到孤島上，如果選擇GPS，他只能知道自己在什麼位置，無法通知別人來救援。如果用的是北鬥，他既可以知道自己在哪，還能把位置發送到方圓幾十、幾百甚至上千公裡之外。」

「相信我，如果你選擇了北鬥定位系統，很快就可以在救援船上和你手持GPS的小夥伴說再見了。」隨著北鬥三號的發送速度和容量都有了很大提升，短報文如今已經在抗震救災、漁業和林業有了非常廣泛的應用。

除了短報文通信這樣的獨門絕技，北鬥系統也在行業與民用領域中大放異彩。

當你從智能手環上看到中午會有一場雷陣雨，或是用手機查詢附近的川菜館時，北鬥系統可能已經在為你服務了。2016年，全球首個支持北鬥系統的加速輔助定位系統上線，覆蓋200餘個國家和地區，日服務破2億次。隨著華為、三星、ARM等國內外主流廠商開始生產兼容北鬥系統的晶片，其在消費電子領域的份額還將繼續提高。

這樣悄無聲息的服務也存在於物流與客運領域，通過接入北鬥系統進行實時調度，我們得以更快地在雨夜中匹配到計程車，也能實時查看線上購物的包裹「身在何處」。以北京為例，截止到2016年，33500輛計程車、21000輛公交車安裝了北鬥系統，1500輛物流貨車及19000名配送員使用北鬥終端接入雲平臺。

北鬥衛星還可以用於氣象預報。因為北鬥的信號穿過了大氣層，通過信號做一個反演，就能推測出當前的電離層狀態等待，來做暴雨、颱風的預測。

儘管全球組網後的北鬥系統正大展拳腳，但對我們中的不少人來說，它仍是一個技術「黑箱」——人們使用它、依賴它，但並不了解它。很多時候，我們甚至感受不到北鬥系統的存在。

這種現象源於北鬥系統「時空信息服務商」的定位。作為一個最基礎的時空信息提供者,它並不直接跟用戶發生交互，而是為電力、通訊、水文、氣象等行業提供服務。如同徐穎所說的那樣，「北鬥系統在我們的生活中更多的是像水和空氣一樣的存在。」

心懷好奇，打開眼界

小的時候寫作文，遇到理想話題時，徐穎班上70%的同學都會寫：「我長大了要當科學家」，徐穎也是這麼寫的。多年之後，她班上的同學各奔東西，徐穎卻成為中科院最年輕的博士生導師，仍保持著自己那份好奇心。

讓徐穎感到擔心的是，年輕人對於科學世界的嚮往，到今天似乎正漸漸消失。現在孩子們很少會在作文裡寫「我的理想是成為一名科學家」這樣的句子了，他們都想去當明星、當偶像。再過20年、30年，「我們可能就招不到學生了」。

徐穎覺得自己和年輕人產生了代溝，就像自己和父母之間也有代溝一樣，徐穎發現自己和90後、00後孩子之間的溝通也並不順暢。在《眼界talk》節目中，徐穎提到，如果能向現在的年輕人提一個問題的話，她會特別想知道年輕人的想法到底是什麼，年輕人的人生觀和世界觀又是什麼樣子的呢？他們對科學當中的什麼事情感興趣，或者說他們對世界當中的什麼事情感興趣呢？

在中科院招生的時候，有一名女生來參加研究生面試。雖然女生對衛星導航了解不多，但她的一個問題讓徐穎決定留下她。「我就想知道衛星為什麼掛在天上不掉下來？我覺得這是一件特別酷的事情。」在她身上，徐穎看到了對未知世界的好奇，這是成為一個科學家的基本素養。

2020年11月，徐穎把這份對年輕人好奇之心的鼓勵，帶進了另一個舞臺。作為騰訊新聞發起的「眼界月」系列活動之一，《眼界talk》每期視頻會精選一個騰訊新聞網友提出的問題，邀請像徐穎這樣來自不同行業的大咖解答，為網友分享科技、經濟、文化、心理等多領域的知識。

這些知識在快節奏的都市生活，並不能轉化成物質財富，但它們蘊含著徐穎最重視的品質——好奇心。它們就像那名研究生面對徐穎時問出的問題，在行業專家看來很容易，但對普通人來說，卻像一束火把，點亮自己探索未知領域的道路。

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