沈苑
不久前，隨著「北鬥三號」最後一顆全球組網衛星成功發射，「北鬥三號」全球衛星導航系統星座部署全面完成。請聽中科院微小衛星創新研究院導航所副所長、北鬥星航衛星副總指揮沈苑在「造就演講」上講述中國北鬥衛星導航系統的艱難建設歷程。
在中國人的傳統中，北鬥是由天空中的天樞、天璇、天璣、天權、玉衡、開陽、搖光這7顆星組成的。而我們今天所說的「北鬥」是中國北鬥衛星導航系統，它是中國自主研發建設的全球衛星導航系統。
目前，在全世界範圍內，能夠被稱為「全球系統」的，只有中國的北鬥、美國的GPS、俄羅斯的GLONASS以及歐盟的伽利略定位系統。可以說，完善的衛星導航系統是一個國家綜合實力的展示。
除此之外，北鬥系統在全球範圍內首次實現了混合的異構星座部署。美國的GPS和歐洲的伽利略定位系統都是由地球中高軌道衛星組成的，而北鬥是由GEO（靜止軌道衛星）、IGSO（傾斜地球同步軌道衛星）和MEO（中高軌道衛星）混合的星座組成的。它既能實現全球覆蓋，同時由於部分衛星定點在中國國土上空，因此能夠為本土提供更高精度、更好性能的服務。
我們還研發成功了自主智慧財產權的導航信號，可以在更短的時間內提供更優質的信號，提升定位的速度與精度。
那麼，北鬥的「天空之城」是怎樣建成的？
北鬥的建設過程非常漫長。從1994年形成雛形，到2000年「北鬥一號」建成使用，開啟了「北鬥三步走」的第一步。
第二步被稱為「北鬥二號」。至2012年底，共有16顆北鬥衛星被先後發送進入太空預定轉移軌道。這一年的12月27日，我們正式宣布向亞太地區提供10米級的定位、測速、授時等服務。北鬥系統，真正成為國際衛星導航系統四大服務商之一。
第三步是「北鬥三號」，也就是真正意義上的北鬥全球系統。這項工作從2009年開始啟動，到2020年完成全部35顆衛星的發射和部署，具備向全球用戶提供服務的能力。
那麼，北鬥衛星全球導航系統的建成意味著什麼？
從「北鬥二號」到「北鬥三號」，不僅僅是衛星數量的增加，而且是將服務區域從局部擴展到全球，並實現與GPS、GLONASS和伽利略定位系統的兼容操作。此外，精度也從區域系統的10米精度提升到了2.5米至5米。
時間是定位的基準，星載的時頻就是導航衛星最根本的指標。因此，「北鬥三號」衛星配備了更高精度的氫原子鐘和銣原子鐘。我們知道，機械錶的時間是有誤差的，每一天可能會偏差一秒。石英表可能好一點，每一天偏差在0.1秒。而銣原子鐘和氫原子鐘的精度極高，使北鬥的「最強心臟」可以達到每300萬年到1000萬年才偏差1秒。
像人體一樣，除了有一個強大的心臟，北鬥系統還需要暢通的「經脈」。
衛星在天上，並不是一隻失去聯繫的風箏。地面需要隨時向衛星上注一些數據、糾正它的一些偏差等等，來確保整個系統長期穩定地運行。為此，GPS在全球範圍內部署了很多地面站，來構建全球系統。而北鬥在區域拓展過程中碰到的第一個攔路虎，就是如何去海外建站。海外建站周期長，國際上的協調難度大，似乎是一個短期內無法攻克的難關。於是，我們的科研人員就將目光投向了空中。
既然很難在其他國家建設地面站，那為什麼不把這項工作放到衛星上去做呢？這就是我們北鬥導航衛星的星間鏈路。簡單來講，就是通過在衛星間打通一條通道，讓衛星和衛星之間能夠「手拉手」。
在浩瀚的宇宙中，兩顆衛星在各自的軌道上相距5萬至7萬公裡，仿佛就是兩顆塵埃。北鬥的星間鏈路技術，就是讓兩顆「塵埃」之間在100毫秒時間裡，可以相互捕獲、鎖定，並且發送信號。基於星間鏈路的衛星，能夠在一段時間內通過相互校準來維持自主運行。
有人問：如果衛星上天后出了問題，應該怎麼辦？真的沒有辦法。所以，我們現在在北鬥上實現了在軌重構的功能。這意味著當衛星上天后，一旦暴露出一些新的問題，可以讓系統自己升級，不斷地給自己打補丁。此外，如果我們的用戶提出了新的要求，也不用重新發射一顆衛星，可以在地面上實現新功能，測試和驗證好了以後，再上注到衛星上，就相當於給衛星裝載了一個新的App。
隨著北鬥系統的建成和投入使用，精準導航、精準農業都將成為可能。大家可以暢想一下，白天道路上的車輛川流不息，到了晚上，基於北鬥導航系統，一輛輛無人駕駛的車輛依然在一刻不停地工作著……
幾千年以來，人類探索宇宙的腳步一直沒有停止過，北鬥導航系統將為人類走向更遠的星辰大海樹立起夢想的天梯。
（責任編輯 ：韓璐）