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北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

本文作者:韩永昌 2022-12-25 22:51
导语:“GPS信号弱”,可使用中国北斗。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

网上一直有个段子,如果美国关闭GPS,世界会怎样?

1993年7月23日,波斯湾晴空万里。我国银河号货轮正在执行运输任务,其导航系统正是美国的GPS。美国以船上有违禁品为由,要求银河号停航并接受美国登船检查货物。

而后,美国单方面关闭了银河号的GPS。银河号在公海上迷航,顶着五十度的高温漂泊了数十天。最终美国先后两次登船检查,在确认银河号上并没有违禁品后,飘然离去并拒绝道歉。

银河号事件让我国明白了,没有卫星导航系统,就没有军事能力的独立,被打碎了牙,只能咽肚里。

1994年,国家批准北斗一号工程即刻立项;2000年,北斗一号首颗卫星从大凉山冲向太空;2020年,北斗三号最后一颗卫星在西昌成功发射,北斗导航系统正式组网完成。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

北斗三号最后一颗卫星在西昌成功发射(图源:《北斗》纪录片截图)

而今,高德地图宣布,调用北斗卫星日定位量已超2100亿次,定位时北斗的调用率已超越GPS等其他卫星导航系统。

北斗系统在平均单次定位调用卫星数量、民用定位精度等多个维度超越GPS,正式实现了对于国内导航应用定位的全面主导。银河号事件将不再发生。

北斗从立项到组网完成,用了整整26年,再到超越GPS实现北斗主导,用了28年。28年间,科研人员筚路蓝缕,跋涉山林,个中艰辛,难以言尽。

01科技攻坚,九九八十一难

1994年的中国并不富裕。

当时,美国的GPS已经建设成功,投入超200亿美元。而中国整个“863”计划(包括北斗在内的七大领域)的预算只有100亿人民币。

其中一个细节更真实,北斗导航系统副总设计师谭述森只能与4个人共用一个办公室,这个办公室不足20平方米。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

北斗一号工程立项(图源:《北斗》纪录片截图)

没钱的问题还能解决,更要命的是没技术。1996年,包括美英在内的33个西方国家签署了《瓦森纳协议》,针对以中国为首的发展中国家实施商品和技术的控制清单。

在这种财力匮乏,技术封锁的情况下,中国拿出了经典的三步走战略:第一步建设北斗一号覆盖国内区域,第二步建设北斗二号覆盖亚太区域,第三步建设北斗三号覆盖全球。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

北斗系统三步走战略(图源:《北斗》纪录片截图)

2000年,中国硬生生凭着自主研发成功发射了两颗卫星上天,组建起了北斗一号系统。中国成为了除美俄外,世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家。

北斗一号是开天辟地,北斗二号则是争分夺秒。2004年,北斗二号卫星工程立项,此时面临着一个致命的问题——没有频率。

在太空中,美俄的卫星已经占据了最好的频率和轨道,北斗想要取得合法的轨位,必须向国际电信联盟进行申报。

这个问题并不只困扰着中国。欧盟也正在如火如荼的打造自己的伽利略导航系统,同样需要申报。两大经济体不谋而合,先后向国际电信联盟提出了频率申请。

国际电信联盟给出的回复是,频率还可开放一段,双方先到先得,最晚需在2007年4月17日之前发射卫星,否则自动失效。

彼时中国有钱没技术,而欧盟则有技术,没钱。中国想以花钱买技术的方式与欧盟联手,双方有曾过一次短暂的联姻,但因政治风向等原因而破裂,中国不仅没得到技术,还浪费了宝贵的时间。

这时,距离频率失效仅剩2年,制约北斗二号的关键技术——原子钟——我们仍不能自己制造。

原子钟是卫星用于授时和定位的核心器件,相当于卫星的心脏。中国想要保住来之不易的频率,就必须在两年内自研出国产原子钟。

随后,中科院、航天科技、航天科工,三支队伍在材料、工程等五十多个领域同时攻关,焚膏继晷,终于在频率失效前将国产原子钟造了出来。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

国产原子钟(图源:《北斗》纪录片截图)

2007年4月14日4时,搭载着国产原子钟的北斗二号首颗卫星发射成功。17日20时,地面接收机收到太空传过来的卫星信号,中国成功保住了频率。这一刻,距国际电信联盟规定的截止时间只有不到四小时。

北斗二号首星的成功发射,让中国成功突破了技术封锁,后续的卫星系统建设也开始顺利起来。

2012年,北斗二号14颗卫星完成发射组网。而北斗三号计划,则是在2009年启动,2020年时,完成35颗卫星发射组网。

至此,三步走战略全部完成。北斗导航系统成为了继美俄后第三个成熟的全球卫星系统。

02赶超GPS,北斗屡建奇功

北斗导航系统在建设过程中,便已应用于我国的灾害救援工作。

2008年,汶川地震,举世震惊。通往震中重灾区的通信完全中断,震区内外失去联系。

随后,一支携带北斗终端机的部队,沿着317国道一路急进,进入汶川重灾区,沿途部队将侦测到的灾情以北斗独有的短报文通信技术发给救灾指挥部,打通了震区内外的联络通道。最终在救灾部队援军的接应下,救下了500多名受难群众。彼时凭借的正是北斗一号系统。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

短报文技术(图源:《北斗》纪录片截图)

在后来的四川雅安地震时,北斗二号已组网完成,北斗终端同样第一时间配发给救援部队,进入灾区。北斗在此次抗震救灾中精度更高,覆盖范围更广,累计完成通信和定位服务数十万次,是汶川地震中的3倍。

北斗之所以在抗震救灾中发挥出如此大的作用,主要得益于短报文技术。

短报文技术可以实现用户与北斗卫星之间双向通信,这是北斗导航系统特有的通信技术,美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧洲伽利略等卫星导航并不具备这一功能。

通俗点说,短报文技术类似于手机短信。最初的北斗一号及北斗二号只支持传输120个汉字。但这带有定位与导航信息的120个字,在汶川及雅安地震中发挥了至关重要的作用。

北斗三号建成后,北斗导航系统已经支持传输1000个汉字,还可传输语音和图片。

北斗系统在应急救灾、科考、远洋航运等通信网络无法覆盖的场景中具有极强的应用价值。

以远洋航运为例。据统计,目前全国至少有7万多艘渔船和执法船,正在使用北斗终端,北斗的搜救功能和通讯功能,已经累计救援了1万多人。中国渔民将北斗称为“海上妈祖”。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

渔船使用北斗终端(图源:《北斗》纪录片截图)

北斗导航系统能够提供米级、分米级的精度,通过地面基站校准,甚至能够达到厘米级的精度定位。在亚太地区,北斗系统的信号传输质量与卫星调用数量都有着明显的优势。

北斗的成功也对GPS相关产业带来了冲击,据央视报道,我国进口的GPS定位芯片,价格最高之时可达1000元/片,而北斗建成后,该价格降为6元/片。

随着北斗导航系统应用的逐渐深入,相关场景的配套设备如果不能支持北斗,就会失去大量的市场,这也倒逼着其他国家在相关硬件、软件上应用北斗,进一步催生了一个万亿市场。

03民用爆发,市场为王

如果说北斗在军事、抗灾救援等领域的应用是国家的意志。那北斗在民用领域的推广,则让其成为市场的选择。

在市场应用初期, 北斗官方只做了一个底层操作系统。随着北斗的应用逐渐深入日常生活的方方面面,各行业在北斗的底层操作系统上不断加以开发,让北斗的商业生态逐渐繁盛。

北斗商业化应用始见于手机市场。2013年,IT杂志Laptop Magazine将三星GALAXY Note 3评为"年度综合实力最强的智能手机"。

一个月后,三星宣布该手机国行版的两个型号成为全球首批支持北斗导航系统的智能手机。

彼时北斗二号卫星刚组网完成两年,其商业化价值已然显现。自2012年开始,国内主流手机厂商发布的智能机大多支持北斗导航系统。

2020年,北斗三号宣布组网完成的两个月后,一直因不支持北斗而饱受诟病的苹果也顶不住市场压力,宣布iPhone12将支持北斗定位芯片。

中国凭借着全球最大手机市场的优势,让北斗在手机终端的渗透率飞速提升。

截至2022年上半年,中国境内申请入网的智能手机中,有128款支持北斗定位,其出货量占上半年总出货量的98%以上。

在手机端的应用达到峰值之后,北斗正被市场簇拥着向智能汽车终端渗透。高德地图是北斗系统这一高精尖科技最为典型的应用之一。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

2020年,北斗三号组网成功后,高德地图发布的车道级导航服务,应用北斗导航系统亚米级的高精度定位技术,结合参考站修正信息,经过融合和解算后,实现定位精度从5-10米的道路级,进化到1米以内的车道级别。这是国内首个可完全在智能手机上实现的车道级导航服务。

而高德地图于今年上线的、基于算力实现的“黑科技”红绿灯倒计时功能,其重要的依托之一,同样是北斗系统稳定连续、高效精准的定位能力,籍此为用户智能计算当前路口红灯的倒计时读秒,或者需要等待的轮次数。

在国家北斗办的支持下,如今用户在高德地图最新版本的导航行程回顾、行前语音播报、位置共享报平安等多个服务场景中,都能通过图文、声音等方式感知到北斗系统的存在,这一“国之重器”已广泛服务于人民群众的日常出行。

北斗导航二十八年:封锁、突围、全面主导

其实最早的导航系统非常简陋,并没有车道级导航,更不用说红绿灯倒计时这种进一步的开发。高德地图这一创举,正是基于中国市场对北斗的深化应用,未来也将随着市场需求持续增加而不断更新迭代。

与此同时,北斗系统在其他诸多领域的应用也正逐渐展开。

大到金融、电力安全,小到起床的准时闹钟、快递物流动态,都在依靠北斗保驾护航。而在北斗问世之前,这些服务都依赖于GPS。如果美国关闭GPS服务,其带来的后果远超想象。而今,我们已不必再为此担忧。

今年11月4日,国务院新闻办公室正式发布《新时代的中国北斗》白皮书。北斗导航系统已成为面向全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航与授时服务的重要新型基础设施。

北斗三号在轨30颗卫星运行状态良好,星上300余类、数百万个器部件全部国产,性能优异,实测表明,全球定位精度优于5米,亚太地区性能更好,服务性能全面优于设计指标。

北斗应用产业也正呈现出如日方升般的高速发展,在2025年其产值规模或将突破1万亿元。

04写在最后

诚如中国北斗导航系统管理办公室发文所述,北斗已广泛进入大众消费等民生领域。而高德推出的一系列基于北斗系统的服务,深受广大群众欢迎和喜爱,已成为北斗系统民用领域最典型的应用场景。

目前,国产北斗基础产品已出口120余个国家和地区,向亿级以上用户提供服务。未来随着北斗的应用进一步加深,国内北斗产业也将百尺竿头,再进一步,率先跟北斗高度绑定的企业也将不断受益。

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