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中国北斗全球梦想成真——写于北斗三号全球卫星导航系统建成之际

2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统竣工开通仪式在人民大会堂隆重举行。中国向世界庄严宣告,中国自建、自主运营的全球卫星导航系统已全面建成,中国北斗满怀信心地开启高质量全球服务和造福人类的新篇章。

回首过去,这份沉重的“成绩单”来之不易。北斗一号工程自立项以来,历经26年风雨兼程。为了实现共同的梦想,几代北斗人辛勤耕耘,数十万建设者齐心协力支持。在国家复兴的伟大征程中,他们一次次焕然一新。“中国速度”,展现“中国精准”,展现“中国气度”,创造无愧于党、无愧于人民、无愧于时代的辉煌成就。

团结一心,彰显系统优势

2000年,北斗一号建成了兼具定位授时和短消息通信服务的双星定位系统,使我国成为继美俄之后世界上第三个拥有卫星导航系统的国家。

2017年11月,北斗三号系统第一组双星发射;2020年6月,北斗全球网络成功建立,不到三年时间就完成了星座部署。这一次,中国不仅兑现了承诺,而且提前了半年。面对鲜花和掌声,北斗人深知成功来之不易。

北斗系统是我国党中央决定实施的国家重大科技攻关项目。

“北斗是党和国家动员千军万马创造出来的,是工程全线几十万人团结一致创造出来的,是广大人民群众以坚定的意志支撑起来的。支持。” 杨长风老师感慨万千。

在党中央坚强领导下,在航天强国建设大业的鼓舞下,来自世界各地的建设者怀揣激情和梦想,齐聚北斗研发建设一线。他们努力做惊天动地的事情,甘愿隐姓埋名,不分前后,不分国企私企,不分前后。

据统计,项目启动以来,全国已动员400余家单位、30万余名科技人员参与研发。陈方云、孙家栋两位“两弹一星”之父以及两院数十名院士率领考察。

国内卫星导航与定位服务领域企事业单位约1.4万家,从业人员50万余人,形成珠三角、京津冀、长三角、鄂豫湘5大工业区,川陕渝。

在这台大电动工具的出现背后,有无数普通人在幕后辛勤工作。在重要节点,数万名公安、安保人员,以及通信、电力、气象、交通、医疗等行业从业人员坚守岗位,筑牢安全保障;万千科研人员的家人默默地承担起照顾家人的重担,支持他们;也有亿万人以各种形式为北斗加油打气。

北斗系统由卫星、火箭、发射场、测控、运行控制、星间链路、应用验证等七大系统组成。它是一个跨部门、跨学科、跨行业、跨地区的复杂系统工程。“钱学森统筹设计部门贯穿开发建设全过程,建立科学完善的组织管理体系的理念,是北斗成功的重要经验,”中国卫星导航系统管理部主任冉承其说办公室。

“我们常说,北斗是‘5000万’工程,动员千军万马,历经艰险,历尽艰辛,走进千家万户,惠及千家万户。” 设计师杨长峰说。

与区域系统相比,全球系统的建设不是简单的规模“扩张”,而是全面的整体“升级”,这给整个项目线,尤其是卫星系统带来了前所未有的挑战。根据专家事先论证和测算,以当时的研发能力,如果还是单个单位负责研发,即使“5+2”和“白+黑”不断轮换,到2020年底将难以完成30颗卫星的研制和生产,更不用说全部发射入轨和完成星座组网。

为了如期“送文件”,项目大力整合各方力量。通过加强多产品布局,特别是采用卫星“双工装”,两个卫星统筹单位可以分别组织团队,同步聚焦整体发展,极大地调动了各方力量。极大地促进了优势互补、协同推进,极大地加快了关键核心技术的突破,促进了良性互利发展局面的形成,为保障北斗三号全球快速高效组网发挥了重要作用。系统。

2017年11月至2020年6月,31个月时间,我国成功发射了30颗北斗三号网络卫星和2颗北斗二号备用卫星,成功率达100%。创造世界卫星导航系统网络发射新纪录。

上下团结,其利破金。正如钱学森所说,“没有党的领导,没有全国人民的大力支持,没有广大科技人员的齐心协力,谁能做到?一切都属于党和集体。”

追求卓越,突破特色之路

1990年代初期,复杂多变的国际形势让人们越来越意识到,拥有自己的卫星导航系统已成为世界大国的重要标志和大国竞争的科技制高点。在北斗系统开发建设过程中,全线工程始终坚持国情,遵循“独立、开放、兼容、渐进”的原则,克服各种困难,探索从无到有、从存在到卓越、从主动到被动、从区域到全球的中国特色发展道路,以追求卓越的精神,实现了“弯道超车”。

但是,我国起步较晚,基础薄弱。我们明智地选择循序渐进​​,先解决问题,急需,切实做到“刀刃上的每一块铜板”。1983年,“两弹一星”创始人、“863计划”倡导者之一陈方云院士创造性地提出“双星定位”概念。该方案可以用最少的星座、最少的投资、最短的周期实现“从无到有”。

后来,“两弹一星”创始人、北斗系统第一任总工程师孙家东院士进一步组织研究,提出“三步走”发展战略,决定先建实验系统,再建实验系统。一个区域系统,最后是一个全球系统。

踏实而深远,然后大有可为。北斗系统建设坚持“把蓝图画到底”,一步一个脚印地向前推进。北斗一号测试系统建成于2000年,使我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。2012年,北斗二号区域系统建立,为亚太地区提供服务。2020年北斗三号全球系统的建设,将实现中国人为之奋斗的“全球梦”。

接过历史接力棒的新时代北斗建设者们树立了新目标:2035年前后,他们计划在北斗系统的基础上,建设一个更泛在、更融合、更智能的国家综合定位导航授时系统。 .

北斗二号系统充分继承了北斗一号利用地球静止轨道卫星实现区域导航定位覆盖的成功经验。北斗系统高级顾问、原项目副总工程师李祖宏表示,对于区域卫星导航系统而言,这种“混搭”组合可以用最少的卫星实现最佳覆盖,获得国际认可.

北斗三号系统将发扬“混合星座配置”,构建由24颗中圆轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星组成的全球系统,提供全新的全球卫星导航系统。范例。

与其他卫星导航系统相比,北斗系统确实有自己的“独门绝技”:除了提供全球定位导航授时服务外,还可以进行短消息通信,开创了独特的通信导航一体化服务模式,这是名副其实的。“全能者”。

如今,北斗三号全球系统一如既往地走“跨界发展”之路,成为全球首个集多种功能于一体的全球卫星导航系统。这种多功能一体化设计有利于获得差异化的竞争优势。北斗三号全球系统全面兼容北斗二号系统的短信通信服务。区域短信发送能力从120个汉字增加到1000个汉字,支持用户数从50万增加到1200万。全球汉字短信通信。

濒临绝境,倒逼自主创新

关键核心技术是用钱买不到的,即使买了也不靠谱,引进模仿的路也走不了多远。

面对看似无法逾越的“娄山关”和“落子口”,频率资源匮乏,没有自己的原子钟和芯片,区域部署条件下的全球服务,北斗人靠着滚石般的毅力和勇气前行。上山。一条自主创新、追求卓越的发展道路。

众所周知,空间频率资源是“不可再生”的战略资源。没有合法可用的频率,卫星就像没有土地使用许可证的高层建筑,没有地基。

北斗刚起步的时候,全世界优质的频率资源所剩无几。经过艰苦的谈判,国际电联最终推动国际电联从航空导航频段中开辟一小部分资源,作为卫星导航的合法使用频段。国际电联规定,所有国家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回传信号。

为了保住2007年4月17日的最后一个“窗口”,全系统动员起来,在整个项目中进行总战,2月底完成卫星研制。然而,在发射前,卫星上的转发器突然变得异常。为确保万无一失,工程测试组果断拆开已经立在塔上的星箭总成,取出卫星转发器,72小时不眠不休,成功排除故障。

4月14日4时11分,具有重要任务的卫星成功发射;17日20:00,北京终于清晰地收到了这颗卫星的信号。此时距离频率到期还有不到4小时。中国北斗在最后时刻“敲响了哨子”,拿到了进入全球卫星导航系统俱乐部的“门票”。

机载原子钟是导航卫星的“心脏”,是卫星导航领域的“皇冠上的明珠”。其性能对系统定位和授时精度起着决定性作用。

建设之初,国内星载原子钟技术相对薄弱。当时,世界上只有少数几个国家有能力研制出高性能星载原子钟,进口存在诸多困难和不确定性。

等不及,不能依赖,自己动手吧。为尽快“让中国的北斗用最好的时钟”,项目整体决心集中力量攻坚克难,组织相关科研单位和企业,组建三个研发团队攻坚克难同时。在不到两年的时间里,三个团队都取得了成功,自主研发的原子钟达到了国际先进水平。

很快,北斗卫星将分批配备国产的星载原子钟,“双钟”相互备份。卫星的可靠性和在轨寿命大大提高。

“中国芯”的缺失,一直是困扰我国高科技领域的“心病”。对于北斗系统工程的建设和应用来说,拥有国产芯片是保证安全、稳定、可靠的关键。

发展北斗三号全球系统,全国产化是重中之重。通过深入动员,项目形成了以低指标、高价格为宜的国产化产品的坚定共识。竞争性采购等环节;成立由专管办牵头、多部门参与的自主可控协调小组,通过重点行业和区域应用示范项目,大力推动自主芯片、模块和软件产品的使用。迭代有效提高了产品质量水平。

付出就有收获。国产北斗芯片技术从0.35微米升级到28纳米,已广泛应用于物联网和消费电子领域。支持北斗三号新信号的22nm工艺射频基带集成导航定位芯片体积更小、功耗更低、精度更高亚洲三号卫星,具备量产能力。

截至2019年底,国内导航芯片出货量已突破1亿颗,北斗导航芯片、模组高精度板卡和天线出口到120多个国家和地区。

根据传统全球卫星导航系统的建设和运行模式,需要在全球范围内建立许多地面站。为解决北斗系统国内建站难题,实现全球运营和服务,北斗系统首创Ka波段星间链路,创造性地提出高效解决方案。

为解决海外卫星数据传输通道问题,该项目专门组织研究团队攻克星间链路关键技术,采用星间、星地测量和传输功能一体化设计,并成功实现了卫星与卫星、卫星与地面站的通信。互通。

通过星间链路,将所有在轨北斗卫星连接成一张大网,让北斗“兄弟”们手牵手,相互通信。地面站的规模减轻了地面管理和维护的压力,也大大提高了卫星定位的精度。凭借这一“绝活”,该项目在仅依靠国内部署站台的条件下,实现了对全球星座的运营管控,全球服务能力与世界一流系统不相上下。

造福世界人民的独特贡献

卫星导航系统是重要的航天基础设施,是大国关系国计民生的重要工具。对促进经济社会发展、改善人民生产生活具有重要作用。如今,北斗系统已经应用到各行各业亚洲三号卫星,走进千家万户。就像水和电一样,它已经成为人们日常生活中不可缺少的必需品,无处不在,触手可及。

实践一再证明,中国始终是全球发展的贡献者。北斗系统的建设完全依靠中国自己的力量,但建成后却主动向世界开放。这充分体现了中国政府推动构建人类命运共同体的明确立场,践行了中国发展“服务世界、造福人类”的全球卫星导航系统。根本目的。随着北斗三号全球卫星导航系统的正式发射,属于北斗的“全球时代”已经到来。从国内到国外,从区域到全球,北斗服务将被更多国家和人民共享,

卫星导航系统与人们的生活息息相关。北斗系统工程建设之初,就确立了“边用边用,用用促建”的原则,确保“天上好用,地上好用”。

近年来,北斗系统全面服务于交通运输、公共安全、救灾减灾、农林牧渔、城市治理等各个行业。人们的幸福生活息息相关,紧密相连。

交通运输是北斗应用的主战场之一。截至2019年12月,国内运营车辆超过650万辆,邮政快递车辆4万辆,36个中心城市约8万辆公交车,3200多个内河导航设施,2900多个海上导航设施使用北斗。建成全球最大的营运车辆动态监测系统,深入推进铁路运输、内河航运、远洋航运、航空运输和交通运输基础设施管理,我国综合运输管理效率和运输安全水平提升改善。近年来,我国重大道路交通事故的发生率和死亡率下降了50%左右。

目前,我国已建成集芯片、板卡、终端、运营服务为一体的完整北斗产业链。在国家重点行业和重点领域作为标准,在大众消费领域大规模应用。近10年来,我国卫星导航产业产值年均增长20%左右,预计2020年将突破4000亿元。

中国的北斗,世界的北斗,一流的北斗。北斗始终以开放合作的理念审视和拥抱世界,用发展让世界相信“中国愿与世界各国分享北斗系统建设和发展的发展成果,共同推动全球经济蓬勃发展”。卫星导航。”

近年来,中国政府致力于推进卫星导航领域国际合作,步伐坚定,成果显着。

双边合作不断深化和巩固。中俄政府间卫星导航合作协议正式生效,为中俄合作共建监测站、北斗和GLONASS系统实现信号兼容提供了组织和法律保障;实现中美北斗与GPS系统的信号兼容和互通;中欧深化频率协调。持续推进多系统兼容共享,让全球用户更好地享受多系统带来的好处。

多边合作取得显著成效。在联合国全球导航卫星系统委员会(ICG)等多边平台上积极发声,成功举办两次ICG会议。中国-阿拉伯北斗合作论坛、中国-中亚北斗合作论坛成功举办,拓展了与“一带一路”国家和国际组织的合作平台,北斗“朋友圈”不断扩大。

北斗应用在海外上线。国内北斗基础产品已出口到120多个国家和地区。北斗地权确权、精准农业、数字化建设、智慧港口等已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地成功应用。2018年,第一个海外北斗/GNSS中心在突尼斯建成。

国际标准正在迅速发展。北斗已成为国际海事组织认可的全球无线电导航系统;北斗全球信号标准完成了ICAO大部分指标的验证,北斗星基增强系统相关标准工作全面启动;支持北斗全球信号的国际移动通信标准已通过审核,即将发布;首个北斗船载接收设备测试国际标准获得国际电工委员会批准并向全球发布,正在推动北斗信号新标准升级。

北斗作为国家重大的航天基础设施,提供公共服务产品。就像电力和无线网络一样,价值必须通过终端服务来实现。因此,“融合发展,万物互联”一直是北斗应用推广的基本方针。

目前,北斗正在加速进入新基建,与新一代通信、区块链、物联网、人工智能、精准农业、精准物流、自动驾驶、智能交通等新技术深度融合。新业态、新经济不断涌现。通过万物互联,“北斗+”让生活更便捷、更精彩。

据统计,2020年一季度,中国70%以上的联网智能手机已经提供北斗服务。共享单车配备北斗终端,实现精细化管理。牧民可以坐在家里用北斗项圈放牧牛羊。支持北斗系统的手表、手环、学生卡,更方便,为人们的日常生活保驾护航。

在抗击新冠肺炎疫情中,北斗的贡献有目共睹。北京和湖北的北斗植保无人机在该地区广泛用于消毒防疫。单架无人机喷洒面积可达5000平方米,可深入防疫车无法到达的死角。在全国范围内,数十万个台北豆码头已进入物流行业。通过北斗精准定位,位置信息一目了然。一些物流公司还通过机器人向一些偏远社区提供物资运输和配送。北斗与互联网、移动通信网络、大数据、云计算等,可以准确定位感染者的行踪,并发布给公众,从而保护大城市,特别是基层社区。控制提供关键数据支持。

武汉火神山、雷神山医院建设刻不容缓,分秒必争。“高楼拔地而起”,高精度定点定位是基准,快速准确测量是基础。大年三十晚上,工作人员赶赴火神山医院工地,北斗高精度定位设备紧急驰援,确保工地大部排线和测量一次完成时间,为医院的快速建设争取到了宝贵的时间。

“北斗应用仅限于想象力。” 面向未来,这句话精彩地勾勒出了北斗应用发展的无限可能和广阔前景。正在走向世界的中国北斗,前途光明,前途光明。

(光明日报全媒体记者报道)