北斗衛(wèi)星導(dǎo)航全球系統(tǒng)，即北斗三號正式啟動建設(shè)——
正在蓬勃成長的軍民融合典范
■中國國防報記者 郭 萌
寫在前面
作為軍民融合的典范，有人說，時間維度和空間維度是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(以下簡稱“北斗系統(tǒng)”)發(fā)揮作用的“主戰(zhàn)場”，它所提供的時間信息和位置信息，越來越成為萬物互聯(lián)不可或缺的要素，并成為世界生生不息的見證。
9月16日，在第六屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)年會暨首屆衛(wèi)星應(yīng)用國際博覽會上，全球首個支持新一代北斗三號信號體制的高精度導(dǎo)航定位芯片正式發(fā)布。同時，會上傳來消息，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航全球系統(tǒng)(又稱為“北斗三號”)正式啟動建設(shè)，計劃今年發(fā)射四顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星，拉開面向全球服務(wù)的帷幕。
本報記者采訪了中國科學(xué)院院士、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)副總設(shè)計師楊元喜，中國衛(wèi)星導(dǎo)航工程中心主任助理高維廣，北斗二號地面運控系統(tǒng)總師周建華，帶你一探正在蓬勃成長的北斗系統(tǒng)，怎樣點亮人們的生活，以及探尋其應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。
■話技術(shù)——
給國防安全提供重要保障
記者：自2015年3月首顆新一代北斗衛(wèi)星發(fā)射升空，到如今全球首個支持北斗三號信號體制的芯片發(fā)布，北斗系統(tǒng)的建設(shè)，不斷成為公眾關(guān)注的焦點。北斗“三步走”戰(zhàn)略已走到至關(guān)重要的“最后一步”，北斗三號即將向全球提供服務(wù)，在技術(shù)創(chuàng)新層面，新一代北斗系統(tǒng)有怎樣的特點？
楊元喜：根據(jù)北斗系統(tǒng)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，2000年邁出了“第一步”建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng);“第二步”則建成了由14顆組網(wǎng)衛(wèi)星和32個地面站天地協(xié)同組網(wǎng)運行的北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);“第三步”是到2020年前后將建成由5顆地球靜止軌道衛(wèi)星和30顆非地球靜止軌道衛(wèi)星組成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航全球系統(tǒng)，也就是北斗三號。中國成為繼美、俄之后，世界上第3個擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。
北斗三號與北斗二號的區(qū)別不僅在于衛(wèi)星組網(wǎng)從區(qū)域走向了全球，它在載荷、星間鏈路、激光通信等方面都有創(chuàng)新，并且還增加了衛(wèi)星搜救功能及全球位置報告功能。另外，北斗三號采用星載氫原子鐘，其精度將比北斗二號的星載銣原子鐘提高一個數(shù)量級。
北斗三號的應(yīng)用，將對國家的經(jīng)濟建設(shè)和國防安全提供重要的保障。
《國土資源“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃》明確提出，要以深地、深海、深空為主攻方向和突破口，構(gòu)建向地球深部進軍、向深?？臻g拓展和深空對地觀測的國土資源戰(zhàn)略科技新格局。
在向地球深部進軍的過程中，中國需要建設(shè)自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗三號是我們國家定位導(dǎo)航實驗室核心基礎(chǔ)設(shè)施，必將起到關(guān)鍵作用。
在核心技術(shù)方面，北斗三號也將有所突破。眾所周知，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是“脆弱”的，一旦到了水下、室內(nèi)、井下或者被其他物質(zhì)遮擋，信號就有中斷的危險。對于國防、電力、金融等核心領(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施，信號中斷將會帶來大危機。這要怎么辦呢？構(gòu)建一個堅韌可靠的全空間PNT(定位、導(dǎo)航、授時的簡稱)服務(wù)體系是“北斗人”的下一個目標。PNT由多種信息源構(gòu)成，包括天文導(dǎo)航信息、天基增強系統(tǒng)信息、地基增強系統(tǒng)信息、?；鶎?dǎo)航信息、量子慣導(dǎo)等，全空間PNT服務(wù)體系將從深空、深地到深海建立起全方位PNT信號源，這些信號源與高空GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的簡稱)衛(wèi)星產(chǎn)生結(jié)合，綜合處理空中、地面、海面、海底的信息，讓信號不再“脆弱”中斷。
■話應(yīng)用——
助力全球最大營運車輛動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)
記者：前不久共享單車ofo與北斗系統(tǒng)戰(zhàn)略合作推出了北斗智能鎖，小藍車bluegogo利用北斗技術(shù)實現(xiàn)了精準定位，如今國家北斗精準服務(wù)網(wǎng)已經(jīng)覆蓋全國400余個城市，未來應(yīng)用受益人口將再增1億。北斗系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用到市民生活中。請您介紹目前北斗系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀如何？未來在哪些應(yīng)用領(lǐng)域還將有所創(chuàng)新？
高維廣：北斗系統(tǒng)是我們國家重要的時空基礎(chǔ)設(shè)施，一直以來秉持著開放、自主、兼容的原則，服務(wù)于國防建設(shè)和經(jīng)濟社會發(fā)展。隨著北斗系統(tǒng)建設(shè)和服務(wù)能力的發(fā)展，現(xiàn)已形成比較完備的包括基礎(chǔ)產(chǎn)品、應(yīng)用終端、系統(tǒng)應(yīng)用和運營服務(wù)的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)體系，相關(guān)產(chǎn)品推廣到交通運輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象預(yù)報、通信時統(tǒng)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)等諸多領(lǐng)域。
近年來，北斗系統(tǒng)助力智慧交通成績不菲，越來越多的汽車廠家把北斗系統(tǒng)放到車載系統(tǒng)里面。據(jù)統(tǒng)計，截止到今年9月份，北斗導(dǎo)航型芯片模塊銷量已經(jīng)達到4000萬片。在行業(yè)示范項目帶動下，全國超過400萬輛營運車輛安裝北斗終端，形成了全球最大的營運車輛動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)。
智慧城市建設(shè)中，“長三角衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用示范”工程順利完成驗收，北斗系統(tǒng)為上海智慧城市建設(shè)貢獻力量。在北京市示范項目帶動下，北斗系統(tǒng)已經(jīng)推廣9萬臺/套北斗終端，應(yīng)用在電商物流、應(yīng)急預(yù)警、智能交通等領(lǐng)域，并做出了很好的示范。
由此可見，北斗系統(tǒng)已經(jīng)在諸多民生領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了跨界融合，以融合為特征的“北斗+互聯(lián)網(wǎng)+其他行業(yè)”新模式，正在構(gòu)建以北斗時空信息為主要內(nèi)容的新興產(chǎn)業(yè)鏈。
中國高度重視北斗系統(tǒng)發(fā)展，將北斗系統(tǒng)與“一帶一路”、軍民融合、信息化發(fā)展等戰(zhàn)略深度融合。北斗產(chǎn)業(yè)迎來政策密集發(fā)布期，2016、2017兩年間，我國出臺與北斗相關(guān)的國家政策和地方政策多達26項。在大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新和“一帶一路”戰(zhàn)略推動下，北斗產(chǎn)業(yè)即將迎來黃金機遇期。
同時，我國把穩(wěn)步推動北斗系統(tǒng)走出去列入“一帶一路”建設(shè)任務(wù)，北斗為服務(wù)“一帶一路”沿線國家做足了準備。
據(jù)專家預(yù)計，到2020年，移動智能終端和汽車終端總持有量將達到近20億，到時北斗產(chǎn)業(yè)在國際上的格局將能穩(wěn)定，真正將北斗系統(tǒng)發(fā)揮好指日可待。
此外，在推廣北斗三號應(yīng)用的同時，我們不排斥美國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。我們希望在兼容和服務(wù)操作的條件下，來推廣北斗，希望依靠中國的技術(shù)、中國的服務(wù)讓具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗系統(tǒng)走向全世界。
■話未來——
突破導(dǎo)航限制，支持深空探索
記者：有不少國內(nèi)外專家預(yù)言，未來北斗三號將成為世界一流的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗三號未來的發(fā)展方向是怎樣的？
周建華：凡是建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，都十分關(guān)注高精度定位建設(shè)，北斗系統(tǒng)也不例外。比如，最新發(fā)布的全球首個支持新一代北斗三號信號體制的高精度導(dǎo)航定位芯片，就是為了在沒有地基增強的情況下實現(xiàn)亞米級的定位精度。
我們都知道，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)嚴格依賴于地面的操控，一旦離開地面站，整個系統(tǒng)將不能工作，而在面臨自然災(zāi)害或者軍事行動中，地面應(yīng)用情況更復(fù)雜，系統(tǒng)支持工作更困難。所以在北斗系統(tǒng)發(fā)展計劃中，下一步功能創(chuàng)新將“瞄準”如何使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在不依賴地面操控的狀態(tài)下依然能夠很好地工作。
最近研究出的項目，不僅能夠讓我們的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自主運行，并能夠支持更大范圍，低空飛行器甚至高軌乃至深空活動。
眾所周知，在地球和月球之間分布有5個拉格朗日點，只需將飛行器發(fā)射至相應(yīng)位置，就能使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在地面沒有操控的時候依然可以精準定位。
另外，由于地球到月球的距離長達30萬公里，還需要一些地面的鏈路，與衛(wèi)星構(gòu)建聯(lián)合觀測。依靠聯(lián)合觀測就可以支持深空探測器，也可以支持低軌網(wǎng)絡(luò)、高軌網(wǎng)絡(luò)和深空網(wǎng)絡(luò)的所有運行。北斗系統(tǒng)采用靜止衛(wèi)星，形成定點定位始終運行在中國及亞太的上空，覆蓋到南亞還有南半球部分，比美國的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的移動衛(wèi)星更能為中國以及亞太區(qū)域用戶提供精度更高的定位和靜態(tài)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。其次，北斗不僅能夠提供美國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無源定位，還采用有源定位的方式，快速定位并形成信息循環(huán)。
另外，該項目還能夠解決衛(wèi)星自主定軌問題，我們知道衛(wèi)星受地球引力的影響，如果沒有來自地面的精準定位，其本身是無法定軌的，但只要對星際之間進行跟蹤，對星際進行觀測，在理論上可以在絕對的空間精確下，將軌道定位出來，無需依賴地面。完成上述的活動，只需要一星四箭發(fā)射衛(wèi)星，就可以將相應(yīng)的配套載荷“拷貝”至深空，就能拓展人類活動，支持地月空間探索及火星探測的需要。
未來，北斗系統(tǒng)肯定要走跟美國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不一樣的路，以實現(xiàn)我們衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)更強更好的能力。
