“北斗系統造福中國人民，也造福世界各國人民。” 9月16日，中國國家主席習近平在致首屆北斗規模應用國際峰會的賀信中寫道，“讓北斗系統更好服務全球、造福人類”。
北斗系統是中國迄今為止規模最大、覆蓋範圍最廣、服務性能要求最高、與百姓生活關聯最緊密的巨型複雜航天系統。截至目前，北斗系統已安全穩定為全球服務運行一年有餘，在世界一半以上國家和地區推廣使用，並將持續為全球衛星導航事業的發展貢獻中國智慧與力量。
文｜北京 文心
9月16日，首屆北斗規模應用國際峰會在湖南長沙召開，峰會上的北斗衛星導航系統成果展吸引了與會人士參觀（圖：中新社）
北斗豐富世界衛星導航事業發展模式
掃一掃二維碼，即可獲知自己所處的地理位置和經緯坐標，並了解“此刻有多少顆北斗衛星正陪伴著我”。此般與星空互動的獨特展示，吸引了大量觀眾駐足。中國共產黨成立100周年之際，中國自主研製的北斗衛星導航系統作為“推進中國特色社會主義進入新時代 黨和國家事業取得歷史性成就 發生歷史性變革”重大科技成果之一，生動亮相中國共產黨歷史展覽館。
時間倒回至一年前。面對2020年年初新冠肺炎疫情在國內肆虐的特殊背景，北斗工程全線堅持組網發射和疫情防控“雙線作戰”。2020年6月23日9時43分，“5！4！3！2！1！”“點火！”“起飛！”在眾人激動屏息的倒計時聲中，北斗系統第55顆導航衛星暨北斗三號最後一顆全球組網衛星，在中國西昌衛星發射中心成功發射升空。至此，北斗系統全面完成全球星座組網部署，這組“東方群星”成功環抱地球、閃耀銀河！
時間再倒回至50年前。上世紀60年代末，中國與美國、俄羅斯幾乎同步開始形成對衛星導航技術的理論探索。按照空間定位原理，要精確定位地球上的某一個目標點，至少需要3至4顆衛星。可彼時的中國國力基礎薄弱，要發射這麼多顆衛星著實讓人感慨遙不可及。儘管中國沒有趕上第一梯隊的腳步，但是這顆“種子”埋在了土裡、等待著發芽。
1983年，以陳芳允院士為代表的專家團隊創造性地提出了“雙星定位”系統方案，即把地心視為一顆虛擬衛星，再發射2顆地球同步軌道衛星。這樣就可以用最少的投入、最小的星座和最短的周期，實現對區域內地面目標的快速定位。
在此設想基礎上，中國開始探索適合自身國情的衛星導航系統發展道路，並逐步形成了從區域到全球的“三步走”發展戰略——2000年，建成北斗一號系統，向中國提供服務；2012年，建成北斗二號系統，向亞太地區提供服務；2020年，建成北斗三號系統，向全球提供服務。
照此步驟，1994年，北斗一號系統工程正式啟動建設，並在2000年發射2顆地球靜止軌道衛星後順利建成並投入使用。2003年，北斗一號系統發射了第3顆地球靜止軌道衛星，進一步增強系統性能。緊接著，北斗二號系統於2004年啟動建設，並在2012年投入使用。
在蹄疾步穩地完成了“前兩步”後，北斗三號系統於2009年開啟加速建設。北斗三號系統需要發射30顆衛星實現組網，在最後衝刺階段，平均每月發射北斗衛星1.2顆，其中僅在2018年就實現了一年19星發射的高密度。這一“中國速度”，再次刷新了全球衛星導航系統組網速度的世界紀錄。
回顧整個北斗系統數十載的建設歷程，其中飽含著一代代北斗人篳路藍縷、砥礪奮進的汗水與意志。他們不僅要從零開始摸索，還要依靠勤勞和智慧打破國外的技術封鎖，開創出完全自主的建設局面，因為“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的”。令中國人驕傲的是，今日耀世太空的北斗系統是中國的“自主之星”，北斗導航衛星單機和關鍵元器件已實現100%國產化。
今天，鑲嵌在聯合國全球衛星導航系統國際委員會LOGO上的四顆衛星中，有一顆就代表著中國北斗。中國的北斗系統（BDS）與美國全球定位系統（GPS）、歐洲伽利略系統（GALILEO）、俄羅斯格洛納斯系統（GLONASS）一並入列全球四大衛星導航系統。不僅如此，北斗系統的建設實踐還走出了在區域快速形成服務能力、逐步擴展為全球服務的中國特色發展路徑，豐富了世界衛星導航事業的發展模式。
北斗開啟全球化、產業化、市場化新征程
2020年7月31日，習近平主席向世界宣布北斗三號全球衛星導航系統正式開通服務。這標誌著北斗系統工程“三步走”發展戰略圓滿收官，中國成為世界上第三個獨立擁有全球衛星導航系統的國家。北斗事業也隨之邁入服務全球、造福人類的新時代，開啟了全球化、產業化、市場化的新征程。
北斗系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，其中空間段就是最受矚目的衛星星座。與全球其它衛星導航系統相比，北斗系統空間段首創採用三種軌道衛星構成的混合星座，包括地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星。《北斗衛星導航系統建設與發展》報告顯示，目前，北斗系統在軌服務衛星共計45顆，包括北斗二號衛星15顆和北斗三號衛星30顆。北斗系統建成開通一年來，健康狀態良好、在軌運行穩定、性能穩中有升，持續滿足全球用戶需求。
穩定運行一年以來，北斗系統提供導航定位和通信數傳兩大類、七種服務。包括：面向全球範圍，提供定位導航授時﹙RNSS﹚、全球短報文通信（GSMC）和國際搜救（SAR）三種服務；在中國及周邊地區，提供星基增強（SBAS）、地基增強（GAS）、精密單點定位（PPP）和區域短報文通信（RSMC）四種服務。
其中，短報文通信是北斗系統將導航與通信能力創新融合形成的一項“獨門絕技”。有了這一技術，北斗的用戶與用戶、用戶與中心控制系統間可以實現雙向簡短數字報文通信。2008年汶川大地震期間，在其它通訊方式紛紛失效的情況下，只有北斗系統以短報文形式與指揮中心保持著聯繫。
6月2日，在廣州港南沙四期工程實船聯合調試現場，北斗導航無人駕駛智能導引車在運輸集裝箱（圖：新華社）
如今，北斗三號區域短報文服務正在為中國及周邊地區用戶提供服務，最大單次報文長度達14,000比特，約1,000個漢字。在全球短報文服務方面，北斗系統通過14顆MEO衛星，可為全球用戶提供試用服務，最大單次報文長度560比特，約40個漢字。
北斗系統還有一項“看家本領”，即具有返向鏈路的確認功能，好比信息的“已讀”等回執功能。這一功能在國際搜索救援服務中大有用處，堪稱“希望之光”。如果一艘漁船在海洋作業中遇險了，船上的搜救終端在觸水後會自動把搜救信號發到衛星上，衛星再把這些信息轉發到地面系統，地面系統從而快速計算出遇險者的位置，組織附近力量展開救援。這一過程其實對在漁船上等待救援的人們來說是痛苦的，有時甚至是絕望的。因為這只是一種單向報警系統，求救信息發出後，求救者並不知道信息是否發送成功，更不能確定救援隊伍會來，只能茫然無助地等待。
北斗改變了這種傳統格局，它實現了搜救過程中的雙向通信。當地面系統收到求救信息後，可以通過北斗特色的星間鏈路，利用可見衛星將回執信息以及地面救援力量的準備情況等信息返向發送給求救者，並且這些信息還可以對不同用戶進行差異化定義。“信息已收到”，“救援隊伍準備完畢，正在趕來”，“救援隊伍即將到達”⋯⋯這一條條回執信息，可以幫助提振求救者在等待過程中的信心，增強他們的生還信念。
在符合國際標準的基礎上，北斗系統與其他衛星導航系統共同組成了全球中軌搜救系統。北斗6顆MEO衛星及其搜救載荷在軌測試已經完成，可提供北斗特色B2b返向鏈路確認功能，為全球用戶提供遇險報警服務。
目前，北斗系統服務由北斗二號系統和北斗三號系統共同提供，今年後將平穩過渡至以北斗三號系統為主的“後北斗”時代。按照規劃，到2035年前中國將建成以北斗系統為核心的更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時（PNT）體系。PNT體系將實現由深空到深海的立體服務覆蓋，實現分米級高精度定位能力以及全球完好性服務能力；同時在供給側與需求側同步發力，打通PNT能力生成鏈條，讓PNT真正好用又能用好。這一體系已經完成了初步論證，也開展了關鍵技術攻關和研究工作。屆時，全球用戶將更好地共享新時代北斗系統的科技紅利。
北斗應用將向更寬範圍、更高水平、更高層次邁進
人類之所以發明和建設衛星導航系統，是為了更加精準快速地掌握時間和空間信息。如果一個國家無法獲取時間和空間信息，或是不能自主掌握這些信息而全部由他方來提供，就好像一個人失去了眼睛和耳朵，又猶如一座城市斷水斷電成了孤島，將面臨巨大的安全威脅。尤其基於全球數字化發展日益加快，時空信息、定位導航服務已成為關乎國計民生的重要新型基礎設施。
在此背景下，北斗系統是中國著眼於國家安全和經濟社會發展需要，自主建設運行的全球衛星導航系統，也是為全球用戶提供全天候全天時高精度定位、導航和授時服務的國家重大時空基礎設施。北斗衛星導航與位置服務產業鏈大體可分為：包括基礎器件、基礎軟件、基礎數據等產品的上游，包括各類終端集成產品和系統集成產品研製、生產及銷售等環節的中游，以及基於各種技術和產品的應用及運營服務環節的下游。
有別於“先建後用”的一般思路，北斗系統從一開始就採取了邊建設系統邊推動應用的發展策略以及“政府搭台、企業唱戲”的運營模式。整個北斗系統的全面推動應用大約始於2009年，在業界看來，“北斗的應用只受想像力的限制”。
在北京，安裝在智能物流車上的綜合感知系統能接收北斗衛星的信號，隨時糾正自己的位置和路線，定位精度達到厘米級，保障了精準送貨。在上海，藉助北斗系統，公交站台上的顯示屏可以動態預告下一班車的實時運行情況，預報誤差小於15秒。在廣州，60多個小學、近1.7萬名學生領取到了搭載北斗定位芯片和室內定位系統模塊的“平安校園智能手表”。在武漢，垃圾桶內裝上了支持北斗系統的芯片，終端能夠自動探測垃圾桶裡的垃圾存放量，精準解決垃圾桶漫溢難題。
北斗信號遠在天邊，北斗應用卻近在眼前。今日的北斗，已全面服務於交通運輸、公共安全、救災減災、農林牧漁等行業，融入電力、金融、通信等基礎設施。
裝有北斗導航系統的棉花精量播種機在新疆生產建設兵團第一師二團播種（圖：中新社）
據《2021中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》顯示，在基礎產品方面 ，截至2020年底，國產北斗兼容型芯片及模塊銷量達到億級規模，季度出貨量突破1,000萬片。在交通運輸領域，2020年，超700萬輛道路營運車輛已安裝使用北斗系統；約350架通用飛行器使用北斗系統，佔比12%，並首次應用於運輸航空器。在農林漁業領域，基於北斗系統的農機自動駕駛系統超過4.5萬台套，基於北斗系統的農機作業監管平台和物聯網平台為40萬餘台套農機設備提供服務。在減災救災方面，江蘇、貴州、四川等地利用北斗系統進行24小時實時監測，多次成功預警山體滑坡等地質災害。在大眾應用領域，包括華為、蘋果等國內外主流智能手機廠商均支持北斗；2021年一季度申請入網支持北斗定位的智能手機款型達到79%。
另一方面，各相關行業領域也開始主動跨界進入北斗產業，相繼成立了專門的北斗機構或企業，積極探索開拓以北斗技術為賦能手段的應用場景，推進本行業的北斗應用。下一步，隨著北斗+5G兩大基礎設施的彼此增強、相互賦能，促進融技術、融終端、融平台、融數據、融服務發展，北斗系統的應用模式將會更加豐富。
伴隨“北斗＋”和“＋北斗”生態範疇的日益擴大，北斗應用深刻改變了人們的生產生活方式，產生了顯著的經濟和社會效益。2020年，中國衛星導航與位置服務產業總體產值增速繼續加快，達到4,033億元人民幣，較2019年增長約16.9％，圓滿完成“十三五”目標。預計到“十四五”末期，中國衛星導航位置與服務總體產值還將翻一番，突破萬億元大關，全球市場份額翻一番，北斗產業化將向更寬範圍、更高水平、更高層次邁進。
目前，北斗產業化發展已入列國家“十四五”時期的建設重點，工信部、國家發改委、交通運輸部等相關部委紛紛出台了北斗專項發展規劃，明確北斗系統的五年發展計劃，進一步推動北斗產業高質量發展。
放眼國際，北斗系統的建設與發展始終秉持開放合作、資源共享的原則，為世界衛星導航事業發展貢獻著中國智慧。截至目前，北斗基礎產品已出口至120餘個國家和地區，面向億級以上用戶提供服務。基於北斗的土地確權、精準農業、智慧港口等服務，已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等地成功應用，不斷服務當地經濟社會發展。
北斗閃耀，澤沐八方。正如習近平主席所強調，北斗系統造福中國人民，也造福世界各國人民。未來，北斗應用將更加精彩，北斗之光亦愈發絢爛！
（作者係中科院研究員）
本文發表於《紫荊》雜誌2021年10月號
編輯：梁詩穎
校對：魏小旋、李博揚
監製：連振海
