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中国“天眼”瞰世界 北斗导航20年跨越三大步

2015年04月03日 10:32 来源:经济日报  参与互动()

  3月30日21时52分,我国第17颗北斗导航卫星在长征三号丙火箭的托举下呼啸升空,随着它在太空棋盘上落定,标志着我国北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展。广袤的太空中,中国人的“天眼”视角越来越开阔。

  从1994年正式启动北斗导航系统建设,到2003年我国第一代卫星导航系统正式开通运行;从2012年形成覆盖亚太大部分地区服务能力,到如今全球组网,北斗导航人一路披荆斩棘,闯出了一条中国式自主导航之路。

  20年跨越三大步

  一谈到卫星导航,作为普通人的你我,往往会发出这样的疑问:GPS导航不是挺好用的吗,为何还建北斗导航系统?

  “不,一定要有自主的卫星导航系统。”这是血与火的启示,也是各大国不约而同的共识。正因为如此,卫星导航成了大国角力和暗战的竞技场。美国和俄罗斯分别开发了GPS和格洛纳斯卫星导航系统;欧盟不甘示弱,致力于建设独立的伽利略系统;印度、日本也在积极谋求建设独立自主的卫星导航系统。

  可是,当我国1994年正式启动北斗导航系统建设时,蓦然发现已经比GPS导航系统晚了差不多20年。“20年的差距,对我们来说是一个巨大的压力,当然同时也是动力。”北斗导航卫星系统总设计师谢军说。

  困难面前,北斗导航人没有退缩,而是知难而进。经过数年攻关,2000年先后发射2颗北斗导航试验卫星。经过3年的调试、测试和试运行,2003年,我国第一代卫星导航试验系统正式开通运行,而且利用两颗地球静止轨道卫星实现区域导航定位属于世界首创。

  北斗试验系统的建立,实现了我国卫星导航定位从无到有的突破。“但也存在一些问题,如覆盖范围有限、用户数量受限、定位精度不高、不适用于高速移动的用户等。新一代北斗卫星导航系统的建设迫在眉睫。”谢军说。

  谢军介绍,“其实在北斗试验系统建设的同时,我国已开始新一代北斗导航系统的研制。”2004年,北斗卫星导航区域系统工程正式立项。2007年,我国北斗卫星区域导航系统第一颗中圆轨道卫星发射成功,拉开了北斗区域导航系统建设的序幕。

  从2004年到2012年,短短8年时间,我国完成了16星密集发射、快速组网提供服务的壮举。中国以让人难以置信的速度,全面完成区域导航系统建设,形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。

  “与2011年试运行时相比,北斗目前的服务能力又有了大幅提升。”北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其说。据了解,2012年,北斗系统覆盖区域由东经84度至160度扩展到东经55度至180度;系统定位精度由水平25米、高程30米提升为水平10米、高程10米;测速精度由每秒0.4米升至每秒0.2米,系统精度和稳定性明显提高。

  20年,我国北斗卫星导航系统实现了从“无”到“有”、由“粗”到“精”、由“区域”到“全球”的跨越和蜕变,如今,正按照“先试验、后区域、再全球”三步走的战略,向全球卫星导航系统阔步前行。

  源于自主创新

  用20年的时间,从落后于GPS导航系统20年到基本相当,人们不禁要问,北斗导航人是如何做到的?

  谢军回答说,“源于自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越的北斗精神。”

  铷原子钟是最为典型的例子。说到铷原子钟,谢军感慨万千。铷原子钟被誉为卫星导航定位系统的“心脏”,其性能指标是决定定位系统指标的主要因素之一。北斗系统建设之初,国内缺乏铷原子钟的研制经验,最初计划北斗卫星装载的铷钟有2台是国产,2台从国外进口。

  谢军清楚地记得,为了进口铷钟,他们与欧洲某公司负责人从白天谈判到凌晨四五点,仍旧谈不下来,不是要价太高,就是性能指标提不上去。“像星载铷钟这样的关键产品,必须自己干!”回宾馆的路上,谢军暗下决心。

  然而,铷原子钟技术难度非比寻常,立项之初也只有美国和欧洲掌握了此项技术,其中碰到的首要问题是空间环境的适应性问题。谢军告诉记者,地面各种性能指标很好的铷原子钟,一到太空,便会受到温度、磁场、真空等空间环境影响,因此,星载铷钟设计技术要求更高,需要考虑更多空间影响因素、更高技术指标要求和工艺要求。

  胸怀自主创新抱负的北斗导航人,迅速组织高校、科研院所专家,形成强大的团队,经过几年艰苦攻关,国产星载铷钟研制成功,突破了国外技术封锁。时至今日,经过大量卫星在轨运行状态的检验测试,可以说,国产的铷原子钟比欧洲引进的还要好。“北斗导航卫星工程,即使现在看来,很多关键技术的‘含金量’仍然很高,重要性也非常大。”谢军自豪地说。

  谢军告诉记者,新一代高精度星载铷原子钟已研制成功,不仅体型更小,而且性能提高了一个数量级,实现了铷原子钟技术的自主可控。此次发射的新一代北斗导航卫星,采用的国产化器件,最具特点的是国产铷原子钟和中国科学院计算所自主研发的“龙芯”。

  此外,据北斗系统全球组网首发星总设计师林宝军介绍,此次发射的新一代北斗导航卫星,在多个方面实现了技术突破:独创性地提出了“功能链”设计理念,打破以往的分系统设计理念,有效降低卫星重量和功耗;将首次验证星间链路,以减少地面测控站对导航卫星的操作次数,减少对地面布站的依赖,降低系统的运行管理成本。

  一次次成功之后,北斗导航人从未满足、从未止步,不断投入新的任务之中,在太空中探索着新的坐标,描绘着航天自主创新更宏伟的蓝图。

  产业前景广阔

  随着北斗全球组网的铺开,北斗应用也备受期待。

  过去的一年,北斗导航系统的应用如火如荼,不断取得新进展:北斗海外位置服务项目成功落户巴基斯坦;北斗海事国际标准获认可;约4000万部具备北斗定位功能的智能手机投放市场……北斗系统的应用范围已从交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报等行业和区域应用,发展到智能手机、车载导航等大众电子消费领域。

  过去,北斗应用主要集中在北斗终端的销售方面。如今,推动北斗应用的主力,不再是传统的终端生产厂家,而是行业解决方案提供商,其商业模式可以是搭建行业应用平台、营造行业生态,还可以是通过运维收取服务费。“这是典型的借助互联网思维,发展北斗大众消费市场应用。”中国卫星导航定位协会副会长兼秘书长苗前军说。

  去年8月,北斗卫星导航系统与城镇燃气行业的跨界携手,就是例证。

  城市管网是现代城市的“血脉”。近年来不断发生的城市管网事故提醒我们,关注城市管网安全刻不容缓。据了解,目前一些大城市的老城区里还有很多老旧管线、窨井等设施缺乏精准的定位和信息。仅北京1.6万平方公里范围内,达20到30年管龄的燃气管线就有上千公里。如今,用上北斗定位系统,精度可以控制在1米,甚至厘米级范围内,工作效率将大大提高。

  我国城镇燃气管网总长度已超过40万公里,并将在2016年达到60万公里。苗前军表示,这将为北斗系统带来超过百万台终端用量的新兴市场,同时也将为燃气行业创造千亿元级的经济效益。

  北斗正慢慢地进军更多的信息化领域,比如居家养老服务、留守儿童关爱、电动车防盗……北斗卫星导航系统应用与智慧生活日益紧密。

  苗前军表示,中国卫星导航定位协会去年启动了“百城百联百用”行动,计划整合吸纳至少100个城市或地区的北斗地基增强系统,组成国家级的北斗地基增强服务平台,扶持100个以上的行业深化应用示范,在全国100个以上城市引导和推动北斗精准位置服务的社会化深度应用。同时,配合北斗走出去,推动北斗系统为“一带一路”建设提供支撑。苗前军预计,2015年我国卫星导航与位置服务产业将延续以往的增长态势,产值将超过1500亿元。刘松柏

【编辑:孙静波】

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