【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 石豪】

北京時(shí)間6月23日09時(shí)43分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心以長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭將北斗三號(hào)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。

這標(biāo)志著北斗三號(hào)系統(tǒng)的全面建成，也標(biāo)志著中國(guó)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的“三步走”戰(zhàn)略圓滿成功。

導(dǎo)航衛(wèi)星為什么如此重要？中國(guó)導(dǎo)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(diǎn)火瞬間（圖/人民日?qǐng)?bào)）

導(dǎo)航衛(wèi)星簡(jiǎn)史

導(dǎo)航衛(wèi)星是一個(gè)偉大的發(fā)明。

在進(jìn)入航天時(shí)代前，人類只能借助指南針、天文觀測(cè)和地面無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行導(dǎo)航，越洋飛行、環(huán)球航運(yùn)、遠(yuǎn)海捕魚等活動(dòng)一直存在著很高風(fēng)險(xiǎn)。直到世界上第一個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)——美國(guó)“子午儀”的誕生，茫茫大洋中的美軍艦隊(duì)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(zhǔn)確定位自己。

“子午儀”導(dǎo)航衛(wèi)星（圖/美國(guó)海軍研究生院）

從航海航空到個(gè)人出行，導(dǎo)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(huì)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。因此，發(fā)展中國(guó)自己的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，有著顯著的必要性。

上個(gè)世紀(jì)60年代，我國(guó)曾經(jīng)提出了自己的導(dǎo)航衛(wèi)星方案——燈塔一號(hào)，與“子午儀”衛(wèi)星類似，采用了重力梯度穩(wěn)定，太陽(yáng)電池供電的設(shè)計(jì)。遺憾的是，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的調(diào)整，燈塔一號(hào)項(xiàng)目于1980年下馬。

從1983年“兩彈一星”元?jiǎng)钻惙荚试菏刻岢鲭p星定位通信系統(tǒng)方案至今，中國(guó)北斗已從有源無(wú)高程定位發(fā)展到有源無(wú)源結(jié)合的高時(shí)空精度定位，從雙星區(qū)域覆蓋升級(jí)到復(fù)合型星座全球覆蓋，在導(dǎo)航衛(wèi)星領(lǐng)域走出了令世界矚目的“中國(guó)道路”。

北斗系統(tǒng)發(fā)展歷程（圖/清華大學(xué)陸明泉教授）

北斗鳳凰涅槃

不過(guò)，北斗系統(tǒng)的發(fā)展也并非一帆風(fēng)順。

中國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，是在半殖民地半封建社會(huì)的廢墟上建立起來(lái)的，與美國(guó)、俄羅斯和歐洲的航天強(qiáng)國(guó)相比，發(fā)展航天事業(yè)的科技基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)都嚴(yán)重不足。比如，在發(fā)展初期我們沒(méi)有足夠投入支持全球覆蓋星座的建設(shè)，缺乏原子鐘等關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)儲(chǔ)備。

而在上世紀(jì)90年代，出于擺脫對(duì)美國(guó)GPS系統(tǒng)依賴等考慮，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家開始提出自己的導(dǎo)航星座方案，并最終發(fā)展為伽利略系統(tǒng)。這對(duì)于同樣致力于獲得全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Φ闹袊?guó)是一個(gè)利好，我國(guó)也曾經(jīng)投入重金，于2003年加入了伽利略項(xiàng)目。

歐洲伽利略全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（圖/ESA）

但是，標(biāo)榜民用的伽利略系統(tǒng)同樣無(wú)法擺脫西方政治的影響。中國(guó)付出了許多，卻沒(méi)有獲得本應(yīng)屬于自己的話語(yǔ)權(quán)，不僅不能參與核心決策，甚至遭遇了技術(shù)歧視。

因此，在參與伽利略項(xiàng)目受阻后，我們加速了北斗系統(tǒng)的建設(shè)，成功研發(fā)了曾經(jīng)受制于人的星載原子鐘。我們?cè)?000年申請(qǐng)的頻率，終于在2007年4月17日開始使用——離截止時(shí)間只有幾個(gè)小時(shí)，北斗系統(tǒng)從此駛?cè)肟燔嚨馈?

建成的北斗三號(hào)系統(tǒng)創(chuàng)造性地采用了復(fù)合星座方案，以中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星作為全球服務(wù)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(diǎn)覆蓋亞太地區(qū)。這樣的設(shè)計(jì)結(jié)合了傳統(tǒng)導(dǎo)航星座和區(qū)域?qū)Ш皆鰪?qiáng)星座的優(yōu)勢(shì)，既能保證全球高精度覆蓋，又能進(jìn)一步提升了亞太重點(diǎn)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(dú)樹一幟。

北斗三號(hào)星座（圖/央視新聞客戶端）

在技術(shù)層面，北斗三號(hào)衛(wèi)星同樣敢于亮劍，敢于突破。

面對(duì)MEO衛(wèi)星平臺(tái)的選擇，我們的科研隊(duì)伍沒(méi)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(dǎo)航衛(wèi)星平臺(tái)，綜合性能卓越。

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

北斗三號(hào)衛(wèi)星搭載了Ka波段星間鏈路設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了星間雙向精密測(cè)距與通信，能夠保障星座自主運(yùn)行和國(guó)境外測(cè)控。相比于GPS的VHF波段鏈路和GLONASS的S波段鏈路，北斗三號(hào)技術(shù)更先進(jìn)，傳輸速率更快，同時(shí)對(duì)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(hào)與前兩代北斗一樣，同樣擁有短報(bào)文通信功能。汶川大地震中，北斗短報(bào)文服務(wù)大放異彩，在抗震救災(zāi)中發(fā)揮了“生命鏈接”的作用，證明了北斗功能設(shè)計(jì)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(zāi)難救援、應(yīng)急通訊等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

北斗一號(hào)在汶川大地震中的關(guān)鍵作用（圖/新華社）

而回過(guò)頭看地球的另一邊，伽利略系統(tǒng)卻在反復(fù)的分歧與爭(zhēng)論中逐漸落后。在技術(shù)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(dǎo)航衛(wèi)星相比是一個(gè)很大的劣勢(shì)。其曾經(jīng)向中國(guó)出口的原子鐘也于2017年出現(xiàn)大面積故障，整個(gè)系統(tǒng)更是在2019年出現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)一周的“拉閘掉線”。

至于伽利略系統(tǒng)的組網(wǎng)進(jìn)度，也在不斷地拖延，至今依然沒(méi)有完成24顆FOC衛(wèi)星發(fā)射，達(dá)到全面運(yùn)行能力。

伽利略星座在北斗建成當(dāng)天的瞬時(shí)PDOP（越藍(lán)越好）（圖/IGMAS）