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中国北斗全球卫星导航发展史中国北斗，我国自主建设的卫星导航系统。自1994年北斗一号立项以来，历经二十六载，从无到有，从有源到无源，从区域到全球，交出一份沉甸甸的“成绩单”。2020年7月31日，中国向全世界郑重宣告，中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全面建成，中国北斗自此开启高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。它将以更加开放包容的姿态拥抱世界，同世界一起书写时空服务新篇章。抗击疫情，分秒必争。北斗交通”打通火线运输线，确保防疫物资及时送达：国庆阅兵，举世嘱目。北斗标齐”大显身手，受阅方队、装备“米秒不差”，阅出了军威、国威：在世界之巅珠穆朗玛峰，北斗为中国攀登者完成髙程测量提供主要数据：在惊涛骇浪的南海，中国渔民无论行驶到哪块海域都在中国北斗的俯瞰之中：在山洪频发的山区，北斗+气象”让居民早知睛雨，更好地开展生态保护、资源开发和探险旅游：在川流不息的马路，北斗让人们自由穿梭于大街小巷……这就是中国北斗，我国自主建设的卫星导航系统。它是国家安全和经济社会发展不可或缺的信息基础设施，是大国地位和综合国力的重要标志。2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京人民大会堂隆重举行。中国向全世界郑重宣告，中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全而建成，中国北斗自此开启了高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。从此，中国北斗正式走出国门，成为服务全球的卫星导航系统，它将以更加开放包容的姿态拥抱世界，同世界一起书写时空服务新篇章。命名“北斗”1994年，世界首个全球卫星导航系统GPS全面建成：也是这一年，我国开始独立自主研制北斗卫星导航系统，并以祖先们用于识別方向的北斗星”命爼从无到有，北斗走过的这条路殊为不易。早在上世纪70年代，从事两弹一星”的先驱们就已经认识到卫星导航泄位系统的重要性。他们曾在卫星导航领域苦苦摸索，在理论探索和研制实践方而开展了卓有成效的工作。立项于20世纪60年代末的“灯塔计划”可以说是北斗工程的前身，尽管这个计划最终因技术方向转型、财力有限等原因而终止，然而它如同一盏明灯，为后来上马的北斗工程积累了宝贵的经验。改革开放以后，我国加快了经济发展的脚步，卫星导航定位在国民经济和国防建设上的重要价值再一次被科学家提出。但是当时，美国已经凭借着GPS在卫星定位系统领域一家独大,俄罗斯的GLONASS也完成了全球组网，以我国当时的国情，龙欧美国家的老路只能永远做一名追赶者，唯有另辟蹊径才能拥有超车的机会。究竟该怎样打造自主可控的国之重器?第一代北斗建设者们一致认为，最迫切的需求是先解决有无问题”。1983年，以陈芳允院士为代表的专家学者提出了利用2颗地球同步轨适卫星来测左地而和空中目标的设想。双星泄位”建设方案的原理是把地心视为一颗虚拟卫星，再发射两颗地球同步卫星构成星座，经地面控制中心计算处理，实现对区域内地而目标的快速左位。这一方案用当时中国最成熟的航天技术，以最小星座、最少投入、最短周期，实现了卫星导航系统建设的自主可控，为后续发展坚泄了必胜信心，奠定了坚实技术基础，积累了丰富工程经验。是否一步跨到全球组网？这在当时引发了不小的争议。建成覆盖全球的导航左位系统，至少需要24颗卫星，美、俄用了20多年时间。但是，维护我国国家主权、安全、发展利益刻不容缓，中国拖不起、等不得，必须在最短时间内让北斗发挥岀最大效益。怎么办？两弹元勋”、东方红一号卫星总设计师、北斗工程首任总设计师孙家栋院士带领工程技术人员创造性提出分步走战略，先试验后建设，先国内后周边，先区域后全球。路，终于打开了。北斗工程三步走”发展蓝图被确立下来：第一步，先建立双星左位试验系统，形成区域有源左位与导航服务能力：第二步，完成3种轨道10余颗卫星发射，建成区域导航系统，形成区域无源服务能力，向亚太地区提供泄位、导航、授时以及短报文通信服务：第三步，建成由3颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成、覆盖全球的北斗全球卫星导航系统，形成全球无源服务能力。什么是有源”和无源？北斗一号系统总指挥、中国航天科技集团研究员李祖洪曾经有过一个形象的比喻：有源与无源之间的差别就相当于对讲机和收音机一样。有源就像对讲机,既可以接收信号又可以发送信号，而无源就像收音机，只接收卫星信号，不再向外发送信号。孙家栋院士说，中国北斗导航卫星系统的设计将有源和无源”非常巧妙地结合起来，以充分发挥它的作用，这是中国北斗的最大特色和亮点，也是北斗的优势所在。1994年，无论在世界还是中国的卫星导航发展史上都是极具特殊意义的一年。这一年，世界首个全球卫星导航系统GPS全而建成；也是这一年，党中央、国务院、中央军委作出独立自主研制北斗卫星导航系统的重大战略决策，并以炎黄子孙的祖先们用于识別方向的北斗星”命名，中国开启了第一代卫星导航系统研制建设的漫漫征程。摸着石头过河回望自北斗一号开始的漫漫征程，由于国外技术封锁，北斗人一路拓荒前行，摸着石头”寻找国产化发展之路回顾我国北斗工程建设历程，北斗一号实现了中国导航卫星从无到有，使我国成为继美、俄之后第三个拥有导航卫星的国家。当时国外对我国实施严格的技术封锁，国内的部件厂家尚未成熟，北斗人只能摸着石头过河。长期稳左运行是卫星导航系统的根本。而在当时的技术条件下，影响卫星长期稳左运行的控制分系统三大部件一一红外地球敏感器、动量轮和太阳帆板驱动机构都没有实现国产化。研制团队从关键技术、关键材料、关键工艺着手，历经8年多时间，几经波折，三大部件终于在北斗一号的备份星上实现了首飞，自主解决了卫星的“眼睛'腿脚和肩关节”问题。北斗一号最初启用我国研制的东方红三号”卫星平台，虽然采用了当时最先进的三轴稳泄控制方案和双组元统一推进方案，但由于国外对我国的关键技术封锁和禁运，实现这些方案必须依靠自身条件。据航天科技集团五院专家回忆，当时五院聚集国内优势力量，短短几年时间便完成了控制分系统的星载计算机、中心控制线路、推进分系统的大容量表而张力贮箱、490牛顿推力发动机等产品的技术攻关，最终，北斗一号卫星推进分系统65台部件产品“全部实现了国产”。如果将卫星导航系统比喻成一棵大树，那么技术就如同它的树根，而频率资源则是大树赖以生长的上壤。如果没有频率，卫星导航系统将如同无地生根的大树，设计得再好也没有施展本领的舞台。据中国工程院院士、卫星导航左位总站高级工程师谭述森回忆，在卫星导航系统建设初始阶段，频率资源相对充沛，建设时间较早的GPS系统和GLONASS系统不存在频率资源的冲突问题，然而到了北斗系统建设的时候，发达国家已经将卫星导航频率瓜分得所剩无几，频率资源争夺非常激烈。北斗第一代科学家经过与几十个国家300多次艰苦的谈判，创造性地提岀卫星导航信号兼容性评估准则，证明了北斗与英他卫星导航系统频率重叠时互不影响，赢得频率共用的世界共识”，为国家争取了宝贵的频率资源。然而，国际电联规定，各国均可平等申请新资源使用权，但必须在7年有效期内发射导航卫星，并成功接收传回信号，逾期则自动失效。为保住2007年4月17日这一最后“窗口,北斗工程上下进行全系统总动员和大会战，抢在当年2月底完成卫星研制。然而临射前，卫星上的应答机突现异常。为确保万无一失，工程试验队果断将已盘立塔架的星箭组合体拆开，取岀卫星应答机，72小时不眠不休，成功排除故障。2007年4月14日4时11分，这颗肩负重要使命的卫星发射成功：17日20时许，北京淸晰地接收到来自这颗卫星的信号。这一刻，距离频率失效最后时限已不到4个小时。中国北斗在最后时刻压哨破门，拿到了进军全球卫星导航系统俱乐部的“入场券”。翻越“腊子口”无钟之困、缺芯”之忧、布站之难……自主创新的过程注泄是艰苦的，但只有坚左不移地建下去，才能把命运牢牢掌握在自己手中无钟之困、缺芯之忧、布站之难……在北斗系统一路走来的过程中，最不缺少的就是一个又一个难题和难关。自主创新的过程注立是艰苦的，但北斗卫星导航系统的研发人员深知关键核心技术是花钱买不来的，即使买来了也是不可靠的，引进仿制的路子也走不远，只有坚泄不移走自主创新之路，才能把命运牢牢掌握在自己手中。阳光总在风雨后，面对没有自己的原子钟和芯片、区域布站条件下实现全球服务等看似难以逾越的娄山关”腊子口”，北斗人凭借滚石上山的毅力和勇气，走出了一条自主创新、追求卓越的发展道路。现在几点了？这是我们生活中每天都要而对的问题。而为我们提供答案的不是身边的钟表，而是天上的导航卫星。授时是北斗卫星导航系统的一个重要功能。跨海大桥、海底隧道,许多台起重机一起合作，动辄上千米的作业面，时间上差一点，就会失之毫厘谬以千里”。授时精度取决于导航卫星的“心脏”——原子钟。由于星载原子钟机理复杂、技术难度极大，美国、俄罗斯、瑞士等少数国家曾长期垄断这项技术。遗憾的是，我国科研团队为北斗卫星设讣的第一台原子钟效果差强人意，不仅任工作时经常岀现突跳，精度与国际水平也相差甚远。能否突破原子钟技术瓶颈，关系到我国北斗系统建设的成败。在中国科学院武汉物理与数学研究所研究员梅刚华的办公室里，至今收藏着几抽屉的试验品，它们被梅刚华视若珍宝，见证着课题组20年来的艰难求索。原子钟的核心部件微波腔只有一个胶卷大小，要在里面特左位宜打几个槽，测量宽度和深度，在当年没有计算机模拟仿真技术时，只能一点点摸索、一点点打磨。”梅刚华说，仅这一项技术，他们就进行了上百次试验。最终，具有全新结构和工作原理的开槽管式微波腔研制成功，这一研究利用小体积原子气室激励出髙强度原子跃迁信号，获得了中、美两国发明专利授权。除了武汉物理与数学研究所之外，航天科技集团空间技术研究院、航天科工集团二院203所等单位也对星载铀原子钟一系列关键技术开展攻关。这是一项非常熬人的工作，为了保证24小时不间断测试，科研人员经常是白天调试，晚上盯在测试仪器前，观察数据，一测就是一整夜。在日夜兼程进行调试的阶段，大家就像上了发条的“钟”一样连轴转。2005年,航天科工203所交付了我国首批两台星载锄原子钟工程化初样鉴泄机，标志着我国原子钟自主化迈岀了一大步。2007年，赶上了为争夺频率资源提前发射的北斗试验星，我国自主研制的星载¥如原子钟上天服役。2008年前后，梅刚华团队成功研制岀具有完整自主知识产权、满足航天工程要求的星载帥原子钟正样产品，做到计时精度与美国GPS系统同期技术相当，打破了国外技术垄断和封锁，并批量用于北斗二号”卫星，中国的北斗终于装上了一颗冲国芯”。如今，“北斗三号”全球系统上的星载原子钟计时精度达到100亿分之3秒，与美国GPS卫星最新一代星载帥钟并列，跻身国际顶尖水平，可以满足分米级导航泄位需求。打个比方,如果汽车装载了北斗卫星导航龙位系统，那么它提供的位苣精度比车道间距还要小，这样就能够帮助驾驶者规避堵车，也能保障行驶安全。北斗的研制，是中国人自己干出来的。’巨人'对我们技术封锁，不让我们站在肩膀上。唯一的办法，就是自己成为'巨人李祖洪说。缺少“中国芯”，一直是困扰我国髙科技领域的一块“心病”。对于北斗系统工程建设和应用来说，拥有国产芯片，对于确保安全性、稳泄性、可靠性至关重要。搞北斗三号全球系统，全而国产化是头等大事。通过深入动员，工程上下形成宁可国产化产品指标低点，价格高点，也要大胆使用”的坚立共识；工程总体研究制泄行动规划，将自主可控要求落实到关键技术攻关、产品研发、竞争采购等各环肖：建立由专项管理办公室牵头,多部门参加的自主可控协调小组，通过重点行业、区域应用示范工程，大力推广使用自主芯片、模块、软件产品，通过边建边用、反复迭代，有效提高了产品质量水平。功夫不负有心人。国产北斗芯片工艺由0.35微米提升到28纳米，已在物联网和消费电子领域广泛应用。支持北斗三号新信号的22纳米工艺射频基带一体化导航左位芯片，体积更小、功耗更低、精度更高，已具备批量生产能力。宝剑锋从懺砺岀，梅花香自苦寒来。截至2019年底，国产导航型芯片岀货量已超1亿片，北斗导航型芯片、模块髙精度板卡和天线已岀口到120余个国家和地区。北斗全球导航系统建设还有一大特色，那就是首创Ka频段星间链路。按照传统全球卫星导航系统的建设和运行模式，需要