中國為什麽一定要搞“北鬥”？

瞭望智庫

3小時前

新華社記者 琚振華 攝

隨著兩顆全球組網衛星19日淩晨從西昌衛星發射中心順利升空，我國成功完成北鬥三號基本係統星座部署。

 

這次發射的兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星，也是第十八、十九顆北鬥三號全球組網衛星。北鬥三號工程副總設計師、航天科技集團五院北鬥三號衛星首席總設計師謝軍說：“目前北鬥三號衛星上所有使用的部件，全部實現了國產化。”

 

中國北鬥衛星導航係統總設計師楊長風此間表示，北鬥三號基本係統今年底正式開通運行，向“一帶一路”國家和地區提供基本導航服務，邁出從區域走向全球的“關鍵一步”。

 

提及全球衛星導航係統，人們最熟悉的莫過於美國的GPS，而北鬥全球衛星導航係統，則是我國科技領域中長期發展規劃的16項重大專項之一。在此之前，我國已先後發射多顆北鬥一號、北鬥二號衛星，前者向中國提供服務，後者向亞太地區提供服務——這些也讓我國成為繼美、俄之後世界上第三個擁有自主衛星導航係統的國家。

 

如今的北鬥三號衛星則是向全球提供服務。

 

一直以來，很多聲音都認為北鬥能和美國的GPS一決高下，可也有一些人認為，中國發展北鬥導航畢竟時日尚短，怎麽能跟“資曆很深”的GPS相抗衡？

 

北鬥真實實力究竟如何，是被過度高估了嗎？

文 |  毛新願 瞭望智庫特約科技觀察員

本文為瞭望智庫原創文章，如需轉載請在文前注明來源瞭望智庫（zhczyj）及作者信息，否則將嚴格追究法律責任。

1

有了GPS，為啥還要搞“北鬥”？

GPS全稱為Global Positioning System，隸屬於美國空軍，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息。

 

這個係統主要包含軍碼和民碼兩種信號，二者精密級別不在一個量級，前者是毫米級別，後者是分米級別。

GPS有多強大？

軍事方麵：目前，美國幾乎所有的飛機、坦克、艦船、單兵、精確製導彈藥都在使用GPS。

 

在戰場上，精確製導的重要性毋庸置疑。

最典型的應用是在1991年海灣戰爭時期，美國轟炸伊拉克水電站，至少需要數百噸常規彈藥，並且，轟炸機麵臨著巨大的防空火力威脅。而基於GPS和圖像精確製導的導彈，隻需兩顆——一顆炸出缺口，第二顆沿著缺口飛進去，在百公裏外發射便可自動飛向目標。

第二次海灣戰爭期間，甚至出現了導彈順著新聞大樓通風口一直鑽下去的高精度襲擊場景。

此外，對於戰場指揮係統，特別是大空間跨度的指揮，極其精確的時間同步也是非常重要的，GPS都可以做。

民用方麵：離開了GPS，手機不能導航，微信不能共享位置，各種地圖都不能用......

離開了GPS，國家的電網都會沒那麽穩定。

 

離開了GPS，各大股票/大宗商品交易所的時間沒法精確同步（GPS可做到納秒級別授時），為確保安全，金融效率會降低很多，還玩什麽高頻交易、超短線？

 

離開了GPS，科學界現在的大氣、重力場、地球磁場、地球板塊運動、地震及火山自然災害、地球洋流和海平麵變化、冰川運動和融化等研究，就基本可以退回到20年前的狀態了，這些年上述領域的重大突破都和GPS有緊密關係。

 

離開了GPS，自動駕駛技術、精密農業、民航飛機高精度起飛降落自主導航，都是夢。

 

離開了GPS，超大工程定位，比如港珠澳大橋、高鐵、突破人類天際的各個中國大橋，就沒那麽多中國速度了，測量與校正就足夠折騰的。

......

然而，這麽重要的GPS，極易被控製。

如果完全依賴GPS，美國加上了幹擾，怎麽辦？或者，根本不讓你用了呢？還有更極端的，幹脆給你發送虛假的GPS信號呢（GPS的幹擾、欺騙都容易實現）？

 

那麽，輕則汽車、輪船等走錯路，重則導彈攻擊錯誤目標，打到自己也極有可能。 

 

在美國GPS一家獨大之時，美國軍方在所有民用信號上放了幹擾。後來俄羅斯格洛納斯（GLONASS）係統出現，美國為了應對競爭才取消了這個幹擾（2000年5月2日）。從圖中可以看出，取消幹擾後，民用信號的定位精度直接從百米級提高到了今天的米級。

 

曾經高度依賴美國GPS係統的印度也吃過大虧。

 

1999年，印巴卡吉爾（Kargil）戰爭期間，美國覺得不能讓印度太得瑟，就直接關閉了印巴戰區的所有GPS服務，導致印度的武器和士兵瞬間“失明”，遭受了巨大的損失。

 

後來，印度痛定思痛，放棄了自己原先開發的GPS增強係統及與GPS相關的衛星，自己做了一套區域性的導航係統。

2

大國重器，必須靠自己！

實際上，早在1970年，我國就提出了關於衛星導航技術的論證方案——“燈塔”項目，與美、蘇在同一時期，後來，因國內外形勢變化被迫下馬。

海灣戰爭給全世界“上了一課”，大家都深刻意識到衛星導航係統的巨大價值。

 

1993年7月23日，美國無中生有地指控中國“銀河”號貨輪將製造化學武器的原料運往伊朗。當時，“銀河”號正在印度洋上正常航行，突然船停了下來。事後大家才知道，這是因為當時美國局部關閉了該船所在海區的GPS導航服務，使得船不知道該向哪個方向行駛。

“銀河號事件”使我們清楚地意識到：衛星導航，我們一定要自己搞出來！

1994年，我國開始進行北鬥一號的研製工作；

 

2000年，發射了兩顆靜止軌道衛星，實現了區域性（僅限於亞太地區）衛星導航；

 

2003年，又發射了一顆備份衛星，北鬥一號正式完工，我國已經在軍事領域（戰術武器等）擺脫了對GPS的依賴。

 

按原計劃，我國隻需研發出北鬥一號應用於亞太地區即可，在全球性應用方麵寄望於與歐盟計劃共同推出伽利略係統。

 

2000年，伽利略係統立項；

 

2003年，我國率先加入該項目，投資超過2億歐元，並迅速成立了中歐衛星導航技術培訓合作中心。

 

然而，造價僅僅相當於一個歐洲中型機場的伽利略係統（35億歐元）進展很不順利，歐盟麾下各國明爭暗鬥，導致這個項目被不斷推遲——計劃於2006年前後建成的係統至今仍未完成。中國雖然是投資方，卻被不斷排擠，歐盟很多核心技術的研究都把中國排除在外。

中國果斷決定：自己幹！

2007年，中國開始正式建設自己的北鬥衛星導航係統，也就是我們熟知的北鬥二代。

 

到了2012年，我們已經發射了16顆衛星，完全覆蓋了亞太地區。

 

北鬥二號的建設與運轉給我們積累了大量的技術和經驗，我們的目光已超越亞太地區、投向全世界任何一個地方。

 

於是，北鬥三號正式開始建設。2015年，中國發射了北鬥三號第一顆衛星，目前，進入建設高潮期。

 

現在，北鬥已經成長為共計23顆的龐大衛星導航係統，在2020年，將有35顆衛星處於工作狀態，從而實現全球無差別的高精度定位。

2017年9月28日北鬥可見衛星圖

3

中國北鬥有兩大“絕活”

評價導航係統的主要指標主要有四項：

*軍用價值。導航係統最主要的目的是服務於軍事（美國GPS、我國北鬥、俄羅斯格洛納斯均隸屬於軍方）。

*民用價值。民用是可以賺錢的，因此賺錢和商業化能力也是個極其重要的指標。

*實用性。全球性的一定比區域的好，1厘米精度的肯定比1米的好，能1分鍾定位的肯定比1小時的好，獨立的肯定比依賴其他衛星係統的好。

*穩定性。幾個係統處於競爭狀態，所以需要保持現有狀態穩定，頻繁發射衛星補充（畢竟都是幾十個大衛星的衛星星座），而且由於競爭和需求必須更新換代。

按照這四個指標來看，美國的GPS導航係統仍然獨占鼇頭——GPS是已經發展了30多年的成熟係統，早就實現了全球覆蓋，衛星補充穩定，長期維持在32顆，並已經更新到第三代。

 

GPS係統星座動態圖

最重要的是，GPS幾乎壟斷了全世界民用導航市場，其商業價值遠遠超過軍方投資。後來者很難與其爭鋒。

 

我國的北鬥衛星導航係統緊隨其後。

我國北鬥星座

北鬥有兩大“絕活”：

一是最複雜的星座係統。

不同於世界其他任何一個係統，北鬥是唯一一個使用了地球靜止軌道（36000公裏高）、地球傾斜同步軌道（36000公裏高）和中軌軌道（20000+公裏高）的衛星導航係統。GPS、格洛納斯、伽利略都是僅使用中軌軌道。

 

北鬥使用了更加高軌的靜止和傾斜同步軌道，衛星軌道運轉周期為24小時，其信號會長期覆蓋指定區域，且衛星之間形成的數據通信鏈路也能校正誤差、進一步提高精度。

 

我國重點覆蓋的區域是亞太地區及“一帶一路”地區，係統建成後，這些地區均將獲得優於GPS係統的精準定位。

 

二是短報文係統。

其他所有定位係統隻接收太空信號，不與通信衛星進行任何交流。而北鬥的接收機可以和衛星進行交流，最典型的應用是可以發布140個字的短報文，就像現在人們平時用的“短信”，既能夠定位，又能顯示發布者的位置。

 

在海洋、沙漠和野外等沒有網絡的地方，安裝北鬥係統終端的用可以定位自己的位置，並能夠向外界發布文字信息。該技術將被用於緊急救援、野外作業、海上作業係統。

 

更重要的是，北鬥的短報文功能可以實現雙向通信，提供的指揮端機可進行一點對多點的廣播傳輸，為各種平台應用提供了極大便利，在國防、民生和應急救援等領域具有很強的應用價值。

 

特別是在災區，在通訊、電力中斷或移動通信無法覆蓋北鬥終端的情況下，可以使用短報文進行通信。

 

2008年汶川地震時，進入重災區的救援部隊利用120字的短報文突破通信盲點、與外界取得聯係，及時向指揮部匯報了災情。

 

而且，這個功能不但實用，而且成本很低，目前我國民用短報文大概幾毛錢一條。

由上可知，無論是軍用還是民用，北鬥對我國意義重大，稱其為“國之重器”絲毫不為過。在技術上，它完全可以與新一代GPS媲美，之前有媒體報道過某博士破解了北鬥信息，完全是謠言，因為“破解”的是民碼，而民碼本來就是要公開的（全世界各個係統都是如此）。

隻是相比GPS，在商業化方麵，北鬥暫時很難從每年千億美元級別的GPS市場那裏“分一杯羹”。而且，北鬥係統尚未完全建成，競爭力較為有限。

 

不過，2020年前後，北鬥三期完全建成，巨大的國內市場和“一帶一路”國家的需求足以支撐北鬥成長為世界第二大係統。在未來，北鬥還有很大上升空間。

4

俄歐印日的導航係統怎麽樣？

目前，世界上有四大全球導航係統、兩個區域性導航係統。除中美外，俄羅斯、歐盟、日本也在搞導航係統，它們水平怎麽樣呢？

俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）係統

該係統自蘇聯時期開始建設，是唯一一個頻分多址的係統（不同於其他係統的碼分多址）。

 

這兩個的區別可以用一個例子形容：在一條狹窄的道路上（國際上頻段資源非常有限），在運貨（導航信息）的過程中，你可以選擇用很多小車（多個頻率，俄羅斯方案），也可以選擇用2輛（老版本GPS兩個頻率）大車，或3輛大車（伽利略、新GPS、北鬥三個頻率）運輸，各有利弊。

 

格洛納斯GLONASS係統目前的星座

因為小車運輸，格洛納斯安全係數高，在抗幹擾和欺騙等方麵很強，同時兼容性較差、維護成本很高。

 

獨特的軌道設計使其在高緯度地區擁有很高的應用價值（畢竟考慮俄羅斯地理位置），但是，高緯度地區人口太少，再加上俄羅斯一直以來跟歐美矛盾重重，格洛納斯很難擴大用戶，幾乎不具備商業化潛力。

 

蘇聯解體後，格洛納斯陷入絕境。普京的強力支持讓這個係統起死回生，但也僅讓其維持在理論上最少的24顆衛星。目前，格洛納斯係統是俄羅斯政府最大花費的單個項目，隨著俄羅斯經濟衰落，前景很不樂觀。

歐洲的伽利略（Galileo）係統

它曾經是北鬥的“老師”，起步就三頻信號，隻是被拖延了10年後才重新開始發射衛星，錯失了許多良機。現在，該係統有了18顆衛星，要陸續補到30顆才能覆蓋全球。

 

一直以來，歐洲在軍事上依賴於美國，而且蘇聯解體後，歐洲沒有了大規模正規軍入侵的威脅。所以伽利略係統在起步階段就定位為“民用”係統。歐洲真正看重的，是以定位導航為核心的巨大市場——在當時，全球的衛星導航所涉及、產生的經濟利潤，基本上全都被美國賺取了。

 

但是，它的商業化道路走得並不輕鬆。

 

“伽利略”計劃的推出，刺激了美國和俄羅斯加快技術更新，新一代GPS和新一代“格洛納斯”的定位精度等技術指標很快反超“伽利略”，“伽利略”逐漸喪失了技術相對領先的優勢。

 

而中國北鬥二號的橫空出世，不僅使歐洲“伽利略”係統準備與美國GPS一爭高下的願望大打折扣，也衝淡了“伽利略”未來的市場前景。這已經跟它當初的目標相差太多。

 

伽利略係統星座

印度區域導航係統IRNSS

印度的區域導航係統僅能覆蓋印度及其附近

以前，印度有一個依賴於GPS的區域增強係統，上文提過，在印巴衝突期間，美國關掉了交戰雙方的GPS服務。印度後來自力更生，建成了一個獨立的區域增強係統IRNSS。覆蓋範圍僅限印度這一片，而且，最近幾顆衛星上的原子鍾接連出現故障，如果不快速發射衛星進行補充，很可能會導致任務失效。

日本的準天頂係統QZSS

 

 

日本的準天頂係統，是目前世界上最小的導航係統

這是一個依賴於GPS服務、加強GPS係統在日本地區應用的係統，發的信號都和GPS一樣。如果美國GPS關掉信號不讓它用，它就真不能用了。現在僅有3顆衛星為它服務。

 

從全球六大衛星導航係統來看，我國的北鬥在技術方麵不亞於美國GPS。雖然GPS很早便進入了市場、實現了壟斷，北鬥的商業化推廣極難進行（沒有民用的盈利，光靠國家投資不是長久之計），但我們還是要一步一步地走下去。