【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 石豪】

北京時間6月23日09時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心以長征三號乙運載火箭將北斗三號最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星送入預定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。

這標志著北斗三號系統(tǒng)的全面建成，也標志著中國導航衛(wèi)星系統(tǒng)的“三步走”戰(zhàn)略圓滿成功。

導航衛(wèi)星為什么如此重要？中國導航衛(wèi)星的發(fā)展經(jīng)歷了什么？我們能夠從北斗系統(tǒng)的發(fā)展中總結(jié)出什么？

點火瞬間（圖/人民日報）

導航衛(wèi)星簡史

導航衛(wèi)星是一個偉大的發(fā)明。

在進入航天時代前，人類只能借助指南針、天文觀測和地面無線電臺進行導航，越洋飛行、環(huán)球航運、遠海捕魚等活動一直存在著很高風險。直到世界上第一個導航衛(wèi)星系統(tǒng)——美國“子午儀”的誕生，茫茫大洋中的美軍艦隊終于能夠確切感知自己的位置。隨后人們也終于能更加便捷地在地球上準確定位自己。

“子午儀”導航衛(wèi)星（圖/美國海軍研究生院）

從航海航空到個人出行，導航衛(wèi)星正在深刻地影響著人類的生活模式和現(xiàn)代社會的運轉(zhuǎn)方式。因此，發(fā)展中國自己的導航衛(wèi)星系統(tǒng)，有著顯著的必要性。

上個世紀60年代，我國曾經(jīng)提出了自己的導航衛(wèi)星方案——燈塔一號，與“子午儀”衛(wèi)星類似，采用了重力梯度穩(wěn)定，太陽電池供電的設計。遺憾的是，隨著國家經(jīng)濟政策的調(diào)整，燈塔一號項目于1980年下馬。

從1983年“兩彈一星”元勛陳芳允院士提出雙星定位通信系統(tǒng)方案至今，中國北斗已從有源無高程定位發(fā)展到有源無源結(jié)合的高時空精度定位，從雙星區(qū)域覆蓋升級到復合型星座全球覆蓋，在導航衛(wèi)星領域走出了令世界矚目的“中國道路”。

北斗系統(tǒng)發(fā)展歷程（圖/清華大學陸明泉教授）

北斗鳳凰涅槃

不過，北斗系統(tǒng)的發(fā)展也并非一帆風順。

中國是發(fā)展中國家，是在半殖民地半封建社會的廢墟上建立起來的，與美國、俄羅斯和歐洲的航天強國相比，發(fā)展航天事業(yè)的科技基礎和經(jīng)濟基礎都嚴重不足。比如，在發(fā)展初期我們沒有足夠投入支持全球覆蓋星座的建設，缺乏原子鐘等關鍵設備的技術儲備。

而在上世紀90年代，出于擺脫對美國GPS系統(tǒng)依賴等考慮，歐洲發(fā)達國家開始提出自己的導航星座方案，并最終發(fā)展為伽利略系統(tǒng)。這對于同樣致力于獲得全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Φ闹袊且粋€利好，我國也曾經(jīng)投入重金，于2003年加入了伽利略項目。

歐洲伽利略全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（圖/ESA）

但是，標榜民用的伽利略系統(tǒng)同樣無法擺脫西方政治的影響。中國付出了許多，卻沒有獲得本應屬于自己的話語權(quán)，不僅不能參與核心決策，甚至遭遇了技術歧視。

因此，在參與伽利略項目受阻后，我們加速了北斗系統(tǒng)的建設，成功研發(fā)了曾經(jīng)受制于人的星載原子鐘。我們在2000年申請的頻率，終于在2007年4月17日開始使用——離截止時間只有幾個小時，北斗系統(tǒng)從此駛?cè)肟燔嚨馈?

建成的北斗三號系統(tǒng)創(chuàng)造性地采用了復合星座方案，以中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星作為全球服務主力，以地球靜止軌道（GEO）和傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星重點覆蓋亞太地區(qū)。這樣的設計結(jié)合了傳統(tǒng)導航星座和區(qū)域?qū)Ш皆鰪娦亲膬?yōu)勢，既能保證全球高精度覆蓋，又能進一步提升了亞太重點地區(qū)的星座可用性和穩(wěn)定性，在全球?qū)Ш较到y(tǒng)中獨樹一幟。

北斗三號星座（圖/央視新聞客戶端）

在技術層面，北斗三號衛(wèi)星同樣敢于亮劍，敢于突破。

面對MEO衛(wèi)星平臺的選擇，我們的科研隊伍沒有保守，以“刀刃向內(nèi)”的革新勇氣，毅然研制了全新的桁架結(jié)構(gòu)導航衛(wèi)星平臺，綜合性能卓越。

在北斗三號衛(wèi)星上，我們已經(jīng)能夠搭載世界領先的銣原子鐘和性能更為先進的氫原子鐘，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性上了“雙保險”。

北斗三號衛(wèi)星搭載了Ka波段星間鏈路設備，實現(xiàn)了星間雙向精密測距與通信，能夠保障星座自主運行和國境外測控。相比于GPS的VHF波段鏈路和GLONASS的S波段鏈路，北斗三號技術更先進，傳輸速率更快，同時對波束的指向性要求也更高。

大膽創(chuàng)新，也有所繼承。北斗三號與前兩代北斗一樣，同樣擁有短報文通信功能。汶川大地震中，北斗短報文服務大放異彩，在抗震救災中發(fā)揮了“生命鏈接”的作用，證明了北斗功能設計的前瞻性。隨著全球組網(wǎng)的完成，北斗的“生命鏈接”將覆蓋全球，在災難救援、應急通訊等領域發(fā)揮重要作用。

北斗一號在汶川大地震中的關鍵作用（圖/新華社）

而回過頭看地球的另一邊，伽利略系統(tǒng)卻在反復的分歧與爭論中逐漸落后。在技術上，伽利略衛(wèi)星缺乏星間鏈路，衛(wèi)星處于“各自為戰(zhàn)”的狀態(tài)，與中美俄導航衛(wèi)星相比是一個很大的劣勢。其曾經(jīng)向中國出口的原子鐘也于2017年出現(xiàn)大面積故障，整個系統(tǒng)更是在2019年出現(xiàn)了長達一周的“拉閘掉線”。

至于伽利略系統(tǒng)的組網(wǎng)進度，也在不斷地拖延，至今依然沒有完成24顆FOC衛(wèi)星發(fā)射，達到全面運行能力。

伽利略星座在北斗建成當天的瞬時PDOP（越藍越好）（圖/IGMAS）