北斗往事:1994年立項、今年收網 曾讓美國6元甩賣GPS芯片

6月23日9時43分,西昌衛星發射中心,由中國自主研制的長征三號乙運載火箭,成功發射第55顆北斗導航衛星,這也是北斗三號組網部署的最后一顆衛星,衛星發射成功后,北斗全球定位系統組網衛星部署圓滿收官。

“北斗”在中國傳統文化中,占據了太重要的位置,道家、儒家都有專門的經典和命名以及典故,而且還與“天命”相應,那些個“腳踏七星”的王侯將相們更是對此篤信不已。在民間,北斗七星也是十二生肖的重要參考,《春秋運斗樞》曰:“樞星散為龍、馬,旋星散為虎,機星散為狗,摧星散為蛇,玉衡散為雞、兔、鼠,闔陽散為羊、牛,搖光散為猴猿。

種種典故,都是中國人對于北斗的一種情懷,寄托于傳統,更寄托于精神世界。

而北斗七星,最重要的“確定方位”這一功能,便是來自于最初的“經驗定位”,能夠直觀但不精確的獲得方位。

滄海桑田,如今“北斗”衛星部署成功,讓古人寄托于心的“北斗”終于名實相副,尤為難得的是今天的“北斗”全球定位系統終于改變了中國在衛星定位方面多年以來受制于人的局面,真正讓國人有勇氣喊出“我們的征途是星辰大海”了。

一次偶然的發現

1957年10月4日,人類歷史上第一顆人造地球衛星,在蘇聯發射成功,這顆取名為“衛星-1”的發射,標志著人類走出地球,邁向太空,展開了進入太空探索的第一步。

蘇聯衛星成功發射,引起了美國的極大震撼。在美國的計劃中,應該是美國的衛星率先升空。在美國馬里蘭州的霍普金斯大學,由美國國防部、美國海軍、國家導彈防御局、國家安全局及國家情報局等聯合組建的物理實驗室中,兩個科學家對衛星-1展開了連續的跟蹤和監控,在對衛星-1的無線電發報機信號的追蹤過程中,他們發現了一個蘇聯人忽略掉的物理現象——多普勒頻移,蘇聯人不相信外太空和地球一樣,無線電傳輸同樣適用于多普勒效應。

人造地球衛星圍繞地球運轉存在一定的規律,這就影響到衛星發射的無線電頻率,衛星離地球越近,無線電信號就越強,傳遞的內容就會越清晰;衛星離地球越遠,則無線電信號越弱,傳遞的內容就會越斷斷續續。

根據“多普勒頻移”,可以計算出人造衛星的運行軌道,也就可以計算出衛星的方位、速度以及高度等在軌運行的實時參數,簡而言之,他們可以通過多普勒頻移,確定衛星的實時位置。

不久之后,美國向外界公布了蘇聯衛星的運行軌道,這一數據,作為衛星設計及發射的國家,蘇聯也未能精確計算出來。

11月3日,蘇聯第二顆衛星——衛星-2號進入太空,這顆體積更大、重量更大、空間更大、攜帶無線電發報機功率更大的衛星,還搭載了一條狗一同進入太空。通過對衛星-2號的跟蹤與監控,蘇聯人自己也驗證了外太空中多普勒頻移的存在。

1958年2月1日,美國在匆忙中將自己的第一顆人造衛星探險者1號(Explorer-1)發射升空,他們在知道利用多普勒頻移可以計算出衛星軌道、速度及方位之后,在探險者1號衛星上,增加了一個無線電信號功能:導航——衛星通過無線電將攜帶的各種實驗設備所獲得的科學數據下傳到地面站,并對地面站提供定位信標的功能。

美國人通過對蘇聯的兩顆衛星、自己的一顆衛星持續的跟蹤、監控,并在自己的探索者1號衛星上試驗后,再一次證實了外太空多普勒頻移的存在,更為重要的是,地球—衛星之間存在的多普勒頻移,可以更大范圍的應用在定位信標上,而不僅僅是對固定的地面監測站。

1958年3月,一項“公交導航系統”的實驗性項目,在物理實驗室開展起來。原理就是既然通過地球上固定的點,可以計算出衛星的軌道、速度及方位,那么通過衛星,也可以計算出地球上某一個信標的軌道、速度及方位。

沒有人能想到,全球定位系統的起源,竟是美國人監控蘇聯衛星而發軔的。

1968年,美國軍方的第一代衛星導航系統正式運行投入使用,這個名為國防導航衛星系統(Defense Navigation Satellite System,DNSS)的項目,成為了美國乃至全球衛星導航方面第一次最為偉大的嘗試,這一嘗試,拉開了衛星定位及導航的序幕。

這項僅僅局限于軍方導航定位的系統,使用面太過于狹隘,民用部門強烈要求擴大使用范圍,畢竟,精確定位和導航,大家都需要的嘛。而處于冷戰高峰時期的美蘇,都不會吝嗇在這方面的投資,軍備競賽、太空爭霸的大背景下,美國從上至下都覺得美國十分需要導航衛星系統的存在。

為了達到阻嚇、威懾及通達順暢的目的,美國決心投資更大的資金來打造全球性的衛星導航系統。

1973年,這一年的勞工節,被確定在9月7日。美國國防部召開了一次由12名(軍方)各部門人員構成的內部會議,在五角大樓正式提出組建一個全球性的衛星導航系統——Navstar,即授時和測距導航衛星(Navigation Signal Timing and Ranging),為方便引用及推廣,又將之稱為全球定位系統(Global Positioning System,GPS)。

這是美國航空航天史上,繼阿波羅計劃、航天飛機計劃之后,第三大空間探測及應用計劃,在GPS的徽章上,刻著“Master of Space”——太空主人。今天,阿波羅計劃已經停下來60余年,隨著2011年3月9日,發現者號航天飛機執行最后一次飛行計劃之后,美國便宣布永久停止航天飛機的飛行,三大計劃中,只剩下GPS還在持續的、深刻的影響著世界。

一個偉大的發明

GPS的厲害之處在于,它可以根據運行在特定軌道上的衛星之間相互數據的組合,精確地測定地球上任何一個能接收到衛星信號的點的位置和時間。首先GPS是一個定位系統,測定這個點位置的時候,可以精確地確定事物點的經度、緯度以及高度。其次,它還是一個精確的“授時系統”,可以精確的確定該事物點即時的時間,而且這個時間誤差在民用終端上,可以達到1s以內,而GPS本身的授時精度,誤差在30ns以內。

(某一GPS民用終端的數據)

基于準確的經度、緯度及高度,再加上精準的授時,任一可接受到GPS衛星信號的事物點,都被準確的記錄下來,而且幾乎是即時完成,固定點幾乎就很容易被定位及找到,移動點幾乎在其移動軌跡上被找到,而且還能實時的生成3維地圖。

這是一個偉大的發明,真正地讓地球上每一個事物點之間有了準確的聯系信息,讓每一個靜止的或者移動的物體,有了可以被捕獲的方式及手段,而且還能與其他信號源產生聯系,甚至共享實時數據。

但是,GPS在設計之初只是為軍方服務的,直到1973年9月才由美國國會通過,改為“軍民兩用”性質。

民用信號為SPS(Standard Positioning Service,標準定位服務),這一信號可由公眾自由的使用。由于GPS誕生的特殊背景,美國擔心GPS被國外敵對勢力利用,甚至被恐怖組織利用,進行非法的報復等行為,美國保留限制GPS信號強度、甚至關閉GPS信號的權利。GPS在提供給非軍事用戶的信號精度,進行了一定的限制,在這一公開信號中,美國加入了SA碼(Selective Availability)的干擾源,以降低GPS功能的精度。

(GPS關閉SA干擾前后的精度示意圖)

2000年4月28日,克林頓政府簽署命令,解除對SPS的SA碼干擾,使SPS的精度,從之前的100米-300米,直接提升到1米-20米,人們才能真正的享受到GPS帶來的便利。

軍用信號為PPS (Precise Positioning System,精確定位系統),這一信號,只有授權的使用者具備有解碼設備、密碼及特殊信號接收機才能使用,一般情況下,獲得授權的只有美國政府、軍方及其盟友的特殊機構,才能獲得使用PPS的授權。PPS信號是整個GPS系統中最優質的部分,它能達到GPS對外宣稱的厘米級定位。

為了保障PPS信號不被干擾,美國對GPS系統加入了AS(Anti-Spoofing,反電子欺騙技術)技術,通過對PPS信號進行加密處理,防止對PPS信號進行電子干擾和非特許用戶對精碼進行解碼。

GPS有著高精度(精確鎖定)、全天候(任何時候)、高效率(快速響應)這些無可比擬的特點,在位置定位上達到10米以下的精度,時間誤差不大于0.1s,授時精度小于30ns,可以在幾秒到十幾秒的時間里確定事物準確的位置及時間。

1989年2月14日,第一顆GPS工作衛星發射成功,標志著GPS系統第二代衛星開始投入組網并運營,這一階段的衛星稱為BLOCK II和BLOCK IIA,之后,美國在1989年發射了9顆這一型號的衛星,也就是這個時候,由伊拉克入侵科威特引發的第一次海灣戰爭爆發。

海灣戰爭,打醒了蘇聯人,更打醒了中國人。

1989年11月,美國將在軌的GPS衛星停止工作,時間是兩個星期,在這期間,美國對GPS系統進行進行高頻抖動技術試驗,之后恢復工作。1990年3月25日到8月29日,美國再次對GPS系統進行了高頻抖動技術試驗,同時對SPS信號進行SA干擾,進而將星歷精度降低。

1991年8月,海灣戰爭爆發,這場前后僅38天的戰爭,成為世界戰爭史上的一個新的開端,基于這場戰場,無論是參戰的美國,還是深陷阿富汗泥潭的蘇聯,還是東亞的大國中國,都從二戰思維中驚醒,開始思考新環境下的戰爭形態。

海灣戰爭是第二次世界大戰結束后現代化程度最高的戰爭,廣泛使用了20世紀80年代末90年代初最先進的高技術武器裝備。戰爭節奏快、烈度高、立體性強。戰爭表明,掌握電磁空間的控制權,對取得戰爭勝利具有重大意義;戰略空襲已成為戰爭的獨立階段,空中戰役的時間占整個戰爭的十分之一,對戰爭進程影響很大;在地面戰斗中,實施戰役欺騙、加強海空協同、實施大縱深迂回包圍、重點打擊對方重兵集團,對迅速達成戰役目的起了重要作用;傳統的作戰方式,如構筑堅固的地下掩體和人防工事,大量布設水雷、地雷和開展心理戰等,在現代條件下仍未失去其意義;高技術武器裝備雖然在戰爭中發揮了巨大威力,但如果沒有可靠的技術保障和后勤保障,則難以充分發揮作用。

最最最讓夢中人驚醒的,則是三位一體的作戰方式。GPS在戰爭中的作用,進一步刺激了中國的科學家們。

因為沒錢,差點泡湯的“北斗”

1983年9月1日,一架大韓民國編號為007的客機,搭乘乘客及機組人員工269人,從紐約起飛,在經過蘇聯邊境時,出現了偏離航線的情況,誤入了蘇聯薩哈林及莫涅龍島的禁飛區,蘇聯在發出警告沒有收到回應的情況下,在客機即將飛離蘇聯領空時,蘇聯發射導彈將其擊落,269人無一生還。

之后,里根總統簽署總統令,開放發展了十年的GPS系統供民用。此時,GPS系統第一期投入使用,在原有衛星的基礎上,GPS系統發射了7顆BLOCK I的試驗衛星,并通過研制各種用途的接收機用于GPS系統的功能。最終的實驗數據表明,GPS系統的定位精度遠遠超過設計標準,SPS信號在不加入SA干擾的情況下,其精度就可達14米。

這對于地球上每一個有志于研究衛星定位導航的國家來說,即興奮,又是挑戰。

這一年,北京跟蹤與通信技術研究所所長、國家“兩彈一星”科學家陳芳允與合作者們提出了一個有別于GPS系統的定位理論——“雙星定位通信系統”,即通過兩顆地球靜止軌道衛星實現區域性快速導航定位并兼有通信功能的定位方式。

1985年4月15日,GPS全球定位系統國際運用研討會在華盛頓召開,中國受邀參加出席本次會議的是后來成為解放軍少將的卜慶君。

會上,美國向所有與會者表明立場:

“在特殊情況下,為了保證國家安全,軍方會采取三種措施應對緊急狀況:第一,降低對方的導航精度;第二,隨時變換編碼;第三,進行區域性管理。”

也就是說,美國對GPS系統有絕對的控制力,美國可以決定必要時關閉特定區域、特定國家、特定用戶的GPS信號,或者更改這些特定用戶的編碼,進行差別化、可選擇性管理,不讓他們利用GPS。同時,針對自用的GPS信號,加入更為復雜的密碼保護,使特定人群難以對GPS進行干擾和攻擊。

這些特殊情況的存在,意味著地球上的每一個靜止的或運動的事物點,只要美國愿意,隨時可以精準的定位到你在哪里,然后,找到你,進而,攻擊你。

三天后,會議結束,卜慶君回到北京,寫了一份報告,報告中,卜慶軍闡述了兩個重要觀點:

一、要跟蹤、研究、應用GPS;

二、要著手建立我國自己的衛星定位系統。

5個月后,全國動力法測地學術會議在南京召開,卜慶軍出席,在和陳芳允的同事劉志奎研究員進行溝通后,卜慶軍連夜拜訪了陳芳允,就基于“雙星定位通信理論”搭建中國自己的衛星定位系統進行了深入的交流。

這一年年底,北京跟蹤與通信技術研究所成立了以劉志奎研究員為首的5人論證小組,目的是論證雙星定位通信體制能否可行并發展成為衛星導航系統。

第二年2月,卜慶軍再次遞交了一份名為《建議研究用兩顆星解決定位的問題》的報告,報告闡述了基于陳芳允提出的“雙星定位通信理論”構建中國無線導航系統的觀點。

1986年3月,是中國現代科學發展史上最為重要的一個年份,其重要程度,甚至與“兩彈一星”相媲美。

那就是在這一年,形成了共和國歷史上最為規模龐大的一個科研產業化的計劃——“863計劃”。

同年11月,“863計劃”成型。同時,“雙星快速定位通信系統”技術方案形成,之后進入到了三年的探索時期。

與其說是探索,不如說是缺錢。

這次論證會,專門成立了“提出戰術技術指標和使用要求小組”,并針對性的列出了17個重點子項目(課題)來進行重點攻關,分屬不同的小組和負責人來領導。

1989年6月,雙星快速定位通信系統召開了最后一次論證會,由于沒有資金來建造新的衛星進行試驗,項目組只能申請在軌的衛星(一說是報廢衛星)來進行測試,測試衛星是東方紅二號甲通信衛星,在8月到9月的連續測試中,設立在北京的測試點獲得20-30米的定位精度,這一精度與美國的GPS為被SA干擾前的精度相近,試驗取得了一定的成功,這為后來北斗項目的最終立項奠定了堅實的數據及理論基礎。

11月,項目鑒定會在北京召開,劉志奎研究員代表課題組作報告,這一報告標志著北斗項目理論基礎及試驗基礎得到認可,并最終得以實施打下了最為牢固的基石。

但是,由于國內與國際時局的變化,這一項目,硬生生的被推遲了。

首先,反對者們認為美國有GPS,俄羅斯有格洛納斯,中國沒必要發展衛星導航系統,與他們合作就可以了。

(2008年12月25日,俄羅斯拜科努爾發射場,Proton-M型火箭搭載一顆格洛納斯衛星發射。)

其次,這是一個燒錢的項目,GPS到第二代組網完成,前后投資高達300億美元。而格洛納斯更是因為資金原因,一度停止更新衛星,只能提供區域性服務,在最為窘迫的時候,甚至不能維持基本所需的24顆在軌衛星。那么中國的導航系統又要花多少錢呢?

簡單點說就是,中國沒錢搞這個東西。

第三,歐洲也在獨立開發導航系統,這樣的話,完全可以選擇與他們合作開發,分擔風險和資金壓力。后來證明,與歐洲合作就是癡人說夢,花了2億多歐元,買回來“獨立發展”的教訓。

在衛星導航系統這件事上,再一次證明了“造不如買、買不如租、租不如送”的路線是必然會失敗的。

海灣戰爭,只是打醒了中國人,但是還沒有一件事,一件屈辱的事情來再一次刺激中國人,但是這樣的事情,很快就來了,而且還是接二連三的來。

國際事件的刺痛

“銀河號事件”是第一件刺激中國人的事情。

1993年7月23日,美國單方面宣稱,駛往伊朗阿巴斯港的中國籍“銀河號”貨船載有制造化學武器的前置化學品(具體是硫二甘醇和亞硫酰氯),要求中國政府立即采取禁止措施,否則美國將按照其國內法制裁中國。

8月1日起,美方派遣在附近巡游的航空母艦戰斗群的驅逐艦、飛機對“銀河”號近距離跟蹤和低空偵察、拍照,這無疑是對中方主權最為破格的挑戰,也擾亂了銀河號的正常航行。

8月3日,美方又對中國提出無理要求(中方只有選擇權的那種):

中國政府命令該船返航回出發港;或者由美方登船檢查貨物,以查明船上是否存在上述的違禁品;或者銀河號停留在某個點,“聽憑發落”。

同時,美國還向該船計劃停靠港口所在國(沙特)施加壓力,阻止進港卸貨。

當天,中方對銀河號發出命令,將船只停泊在霍爾木茲海峽以東附近的公海海域。中方對美方提出的質疑進行認真的、全面的查驗,銀河號運往伊朗的24個集裝箱,主要是文具、五金和機械零件,并無禁運物品。

8月4日,中方對美國發出通告,銀河號并不存在美方所說的化學品,為保留一點尊嚴,中方提出讓第三國派出檢查人員,登船對銀河號查驗。

美方對此置之不理,繼續堅持要求中方選擇并執行美方提出的三個要求之一。

隨后,美國將銀河號的GPS信號中斷,銀河號被迫在公海漂泊長達22天,而且在沒有導航的情況下,銀河號的既定航線被迫改變,在這樣下去勢必要將卸貨時間一再延誤,為避免更大的損失,中方再次提出由第三國派遣人員登船查驗的建議,不過與之前的有所不同,允許美方一并派人隨同登船,也就是說由第三方變成“三方登船”——這可能是當時環境下最大的讓步了。

更為可恨的是,這期間美國海軍61號巡洋艦給銀河號發過一份傳真,傳真內容是:

“只要你們提出要求,我們會隨時為你們提供蔬菜、淡水和燃料。”這不就是赤裸裸的對待犯人的施舍么。

在傳真的結尾還有一句:“希望你們從什么地方來,回到什么地方去。”這不就是是赤裸裸的威脅恐嚇么?

8月26日,有中國、沙特、美國三方在沙特達曼港談判,并達成協議:

一、審閱銀河號的貨運清單,找出運往伊朗的貨物進行外觀檢查;

二、對美方有疑問的貨箱,可卸下進行開箱檢查;

三、檢查結束后,由中、美、沙三方共同在檢查結果上簽字,并公諸于眾。

27日,以中國外交部國際司副司長沙祖康為組長的檢查團一行16人登上銀河號,看望船員們。

28日,沙特7人、美方10人的檢查組與中方一道,登上了銀河號開始查驗。

30日晚10時30分,最后一箱貨物檢查結束;31日,所有的液體化學物品的檢查化驗結果也出來了,依然沒能找出硫二甘醇和亞硫酰氯的蹤跡。

美方馬上就出爾反爾,對26號簽署的協議拒不執行,并又一次提出無理要求,對銀河號進行二次檢查,并將檢查范圍擴大為對整個銀河號所載貨物,包括非運往伊朗的第三方國家的貨物。

這是對中國主權的擴大化打擊,在國際貿易中,貨輪代表的是發出國,所載貨物代表的是發出國與發往國的貿易主權,在國際貿易中,無論什么環境下,主權國家是不能擅自認為的對第三國貨物進行染指的,這種在國際法允許下的國際貿易,實質上代表的是國家主權。

為盡快查清事實,中方同意了美方的又一次無理要求。

9月4日,第二次檢查結束,銀河號所載的782個集裝箱全部檢查完畢,仍舊沒有發現禁運品。下午一點左右,中、沙、美三方在檢查完銀河輪全部貨物的報告上簽字,共同確認銀河輪沒有運載硫二甘醇和亞硫酰氯。

銀河號事件,是美國一手炮制、為污化國際貿易中中國的國家形象而發起的一起嚴重侵犯中國主權的事件。

他們用“一塊錢買來的情報”,污蔑中國籍貨輪載有禁運品,并派出軍機、軍艦進行跟蹤、偵查和拍照,而且還發出侮辱性的傳真、切斷銀河號的GPS導航信號,導致銀河號的漂流,而且最終拒絕道歉,這是最為典型的霸權主義和強權政治。

中國,是該醒醒了。

1994年1月10日,國家批準北斗一號工程立項,北斗終于在提出設想后十余年得以立項。

立項后,馬上緊隨而來的危機,加快了北斗的步伐。

1996年,第三次臺海危機爆發,美國為給當年3月23日舉行的臺灣地區領導人選舉助威,直接插手中國內政事務。

3月8日,中國宣布舉行為期半個月的“聯合九六”實彈演習,同一天,美方宣布部署在日本橫須賀港的獨立號航空母艦戰斗群駛入臺灣東北海域,同時宣布加派尼米茲號航空母艦戰斗群前往臺灣東部海域,預定3月11日與獨立號航空母艦戰斗群會合,并悍然駛入中國臺灣海峽,戰爭一觸即發。

演習開始,中國發射四枚東方15短程地對地彈道導彈,掠過臺灣海峽,直接命中目標,同一時間,美國宙斯盾級驅逐艦碉堡山號在屏東東港小琉球島附近檢測到這四枚命中預定目標的導彈。

演習當天零時整,中方從永安分別試射兩枚東風15導彈,落在高雄外海西南30至150海里處;一時整,從南平發射一枚東風15導彈,落在基隆外海29海里處。

是的,落點在30-150海里的兩枚彈道導彈,實際上是偏離目標了,而稍后發射的那枚,命中預定目標。偏離預定目標的兩枚,在軍事迷中,一直有一個說法是美國在GPS信號上做了手腳,導致導彈制導失效。

這一事件連同銀河號事件,告訴了所有中國人一個最真實的事實:

美國在中國處于戰時狀態下,肯定會關閉中國所使用的GPS信號,無論交戰對方是美國或者是其他任何國家(或地區)。

2001年4月1日,一起震驚中外的事件,在美國單方面挑釁下再次發生,這就是“南海撞機事件”。

當天早上8時55分,隸屬于美國海軍航空兵空中偵查第一“全球觀察者”中隊的一架EP-3型BuNo 156511號偵察機在中國海南島東南70海里(110公里)的執行“PR32”偵查任務,這一海域靠近中國根據聯合國海洋法公約主張擁有主權的200海里(約370公里)專屬經濟區,中國對這一區域擁有絕對的領海、領空主權。

中國發現美國一架偵察機飛抵中國海南島東南海域上空執行偵察任務后,派出兩架殲-8 II殲擊機進行合法監視并喊話,這個時候,美國偵察機實際上已經在中國領空附近,連續飛行偵查六個多小時。

9時7分,在海南島東南104公里處,美國軍機突然轉向,其左翼先同王偉駕駛的殲8-II型81192號戰斗機相撞,撞擊造成解放軍飛機墜毀,駕駛員王偉少校跳傘后下落不明,最終確定壯烈犧牲。美國軍機則因碰撞導致整流罩脫落,一只發動機撞毀,無法返航。

9時33分,美國軍機隨后在未經中國許可的情況下進入中國領土,降落在海南陵水機場。

4月2日、3日,就任美國總統才三個月的小布什連續發表講話,聲稱這一事件可能破壞兩國建立卓有成效關系的期望。同時,派遣3艘驅逐艦在中國南海附近游弋,其態度不言而喻。

4月11日,美國駐華大使普理赫向中國外交部長唐家璇遞交了關于美國軍用偵察機撞毀中國軍用飛機的致歉信,這封致歉信,美國前前后后改了六次,這可能是中國當時能做的最大的爭取。

隨后,中方同意釋放24名美國機組人員,并于4月12日回國。

7月3日,經拆卸后的美國軍用偵察機由租用的俄羅斯安-124運輸機運離中國,并于次日抵達夏威夷。

而美國對于中國犧牲人員的賠償,是一個沒有任何誠意的數字:34567.89美元。

這是一起美國單方面發起對中國進行軍事偵查行動、在未經中國許可下進入中國專屬經濟區、領空對中國進行軍事偵查,并在撞毀中國戰機,造成中國方面機毀人亡后,悍然進入中國領土并降落的事件。這一事件,是對中國主權最為嚴重的侵犯。

王偉烈士跳傘后,中國調動了超過10萬人次進行了連續數天的搜尋,最后沒有找到。

反觀1999年3月27日,南聯盟擊落美國隱形轟炸機F-117后,其飛行員澤爾科跳傘后,依靠GPS信號,在南聯盟首都貝爾格萊特附近40公里的農田里、南聯盟軍隊的眼皮子底下被救走,前來營救的,僅僅是一架美軍A-10攻擊機與三架MH-60G直升機,他們依靠的就是GPS定位導航系統,精確的將澤爾科找到并救出。

如果,中國的單兵均攜帶有不受干擾的衛星導航定位裝置,那么,王偉他極有可能不會犧牲,但是,彼時的中國并沒有。

以銀河號為代表的民用領域、以東方15代表的軍用領域,南海撞機代表的(戰時)士兵營救,衛星導航定位系統的作用,體現的淋漓盡致。

中國的導航命脈,捏在了美國手里面,沒有自己的衛星導航定位系統,隨時受制于人,小到商旅往來,大到滅國戰爭,在精確制導的海空天三位一體的戰爭中,衛星定位系統的重要程度,不亞于人的存在。

打醒了,還要再刺激下,這是在“企鵝的傷口上撒了辣椒醬”。

走出第一步

2000 年 10 月 31 日, “北斗導航”衛星 01 星發射, 11 月 6 日成功定點于 140°E; 2000 年 12 月 21 日, “北斗導航”衛星 02 星發射, 12 月 26 日成功定點于 80°E。

由陳芳允院士提出、卜慶軍連續奔走遞交報告,一拖再拖的中國衛星導航系統,從“雙星定位通信系統”轉變的北斗系統,終于在1號衛星及2號衛星定軌后終于出現雛形。經過在軌性能測試后,項目組終于確定性能參數滿足研制任務要求,可以利用兩顆衛星構成的“雙星定位通信系統”進行導航定位。

這是北斗走出的第一步,北斗一號開始初步的實施組網并提供服務,隨著2003年5月25日北斗-3號衛星的發射并定點于110.5°E作為備用,北斗一號的雙星定位基本形態確定:

由兩顆靜止軌道衛星與一顆備用衛星、地面控制中心與北斗用戶終端三部分組成。

雖然北斗一號的服務范圍很小,僅局限于國內,而且精度也只有20-100米,授時精度60ns,但是其擁有的120個字的短信功能,成為了一大亮點。

最為重要的是,北斗一號的發射成功,使我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛星導航系統的國家。

2004年8月31號,北斗二號正式立項,北斗二號并不是北斗一號的延續,而是全新設計的導航系統,為此專門向國際電聯申請了專屬頻段。

中國人用了用8年的時間,從2007年4月14日第一顆北斗導航衛星 (M1)從西昌衛星發射中心被“長征三號甲”運載火箭送入太空。到2012年10月15日最后一顆衛星發射成功,北斗二號建成了由16顆衛星和32個地面站天地協同組網運行的區域導航系統。

并于2012年12月27日起正式提供服務,服務范圍涵蓋亞太大部分地區,南緯55度到北緯55度、東經55度到東經180度為一般服務范圍,服務內容包括導航、定位、授時和短報文通信服務。服務方式分為開放服務和授權服務。其中開放服務是在服務區免費提供定位、測速、授時服務;授權服務則是向授權用戶提供更安全與更高精度的定位、測速、授時、通信服務以及系統完好性信息。相比于北斗一號,北斗二號提供的服務不僅是區域范圍擴大,最重要的是精度得到了進一步提升:

定位精度優于20米,授時精度為50納秒,測速精度0.2米/秒。

在2009年4月15日,第二顆北斗二號衛星入網,北斗二號開始提供服務,這一年年底,北斗三號衛星導航系統正式立項。

2015年03月30日,首顆北斗三號試驗衛星入軌,前后共發射了五顆此類衛星。

2017年11月5日,北斗三號首顆組網衛星發射入軌,2018年12月27日,北斗三號正式向“一帶一路”國家和地區及全球提供基本導航服務。

2019年12月16日,我國以“一箭雙星”方式成功發射第52、53顆北斗導航衛星。至此,北斗三號全球系統所有中圓地球軌道衛星全部發射完畢,標志著北斗三號全球系統核心星座部署完成。

今年6月23日,第55顆北斗導航衛星成功發射,北斗三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。

北斗三號提供的服務,在全球范圍內,定位精度優于10米,測速精度優于0.2米/秒,授時精度優于20納秒;在亞太地區,定位精度優于5米,測速精度優于0.1米/秒,授時精度優于10納秒。

北斗系統是全球在軌的四大導航系統(不含日本天頂星系統)中,唯一采用三種軌道衛星組成混合導航星座,其他三大系統均以單一軌道衛星部署。其中北斗二號采用了5顆地球同步軌道衛星(geosynchronous orbit,GEO)、5顆傾斜地球同步軌道衛星(Inclined GeoSynchronous Orbit,IGSO)及4顆中地球軌道(Medium Earth Orbit,MEO)的中高軌混合星座組成。北斗三號由3顆地球同步軌道衛星(geosynchronous orbit,GEO)、3顆傾斜地球同步軌道衛星(Inclined GeoSynchronous Orbit,IGSO)及24顆中地球軌道(Medium Earth Orbit,MEO)的中高軌混合星座組成,其中備用衛星6顆,工作衛星24顆。

從1994年立項,2020年首星入軌到2020年組網完成,北斗在20年的時間里,發射了59顆衛星,在這世界衛星發射史上都是罕見的。

北斗取得的進步和成就。立足國內,服務亞太,拓展全球的“三步走”的戰略道路已經從“夢想成希望”變為“夢想成真”。在追夢的過程中,實際上北斗處處受制、處處為難。

過了九九八十一難

“一次次被逼到絕境,又一次次爬起來。”

這句話是總設計師楊慧面對采訪時說的,這句話,也是對北斗系統最真實的反映。

首先,頻段方面,根據國際電信聯盟的規則,衛星運行的軌道和信號頻率在使用前必須提前申請,且必須在申請通過后的7年內完成衛星發射入軌和信號接收,否則相關資源會被回收。而且還有“先申請、先獲得,先發射、先占有”的規定。

2000年4月18日,中國申請的頻段獲得通過。國際電信聯盟分配了E1(1590MHz)、E2(1561MHz)、E6(1269MHz)和E5B(1207MHz)四個波段給北斗衛星導航系統,這與伽利略定位系統使用或計劃使用的部分波段存在重合。

這意味著在接下來的7年里,衛星必須發射升空并傳回可接收的信號,北斗一號首星的發射,還是半年多以后的時,申請作為頻段載體的北斗二號還沒有正式立項。

留給中國人的時間不多了,有可能是國家相關部門或高層覺得北斗無法完成這樣的任務,在北斗一號第三顆星發射成功,開始提供服務之后,選擇了與歐盟合作,共同推進歐洲版的GPS——伽利略計劃。

2003年10月30日,中歐首腦第六次高峰會議期間,歐洲共同體15個成員國依次與中國簽署了“中華人民共和國與歐洲共同體及其成員國關于民用全球衛星導航(伽利略計劃)合作協議”——這被專家稱為中歐“伽利略計劃”合作的政治協議。“伽利略計劃”成為有史以來中歐雙方最大的科技合作項目。“伽利略計劃”的目的是要在2008年建立一個覆蓋全球的衛星無線導航系統——稱為伽利略系統。該系統將是世界上第一個基于民用的全球衛星導航定位系統,它由30顆中軌道衛星組成,可直接為用戶提供誤差不超過10米的全球定位服務。

雙方向好,本身是件大好事,歐洲當時的反美反戰情緒很高,中國的北斗也遇到了瓶頸,雙方抱團,打破美國GPS一家獨大的局面,對雙方都是利好,何樂而不為呢?

根據預估,伽利略計劃的資金投入為33億歐元,按照15+1的方式,中國應該出資約2.3億歐元,首期出資5000萬歐元。

是的,中國是老好人,老老實實的將2.3億歐元打給了歐洲,但是,中國的工作人員,連伽利略計劃的核心,都不能接觸,也就是說,中國是出錢的冤大頭,技術是不可能讓你碰的,而且剛開始的伽利略計劃的確進展神速,在2005年12月28日就發射了第一顆實驗衛星,一度讓中國人看到了希望。

但是,2006年年中,為伽利略系統注資的政府社會資本共同體瓦解,歐盟委員會決定將伽利略系統國有化。早期,伽利略系統被看作是一個政府財政參與的私營項目,項目主管積極邀請中國加入,這樣在短期內可以獲得中國的投資,而且中國的確將約定資金打入到計劃中去,從長遠看還能在中國的定位授時市場獲得獨特優勢。

然而,隨著歐盟委員會將伽利略計劃收歸國有,出于對歐美關系以及對安全與技術獨立的考量,中國實際上被伽利略系統排除在核心層之外。11月,中國被踢出伽利略計劃,中國之前的投資也沒有得到任何回報。

12月,中國重啟被耽擱了3年多的北斗系統,并搶在歐盟之前,率先在2007年先后發射了北斗一號的最后一顆替代星,和北斗二號首星。北斗二號首星發射時間是2007年4月14日,從變軌到入軌到定點,已經是4月16日晚8時,這個時候,監控大廳接收到了衛星信號從兩萬公里外的太空傳回的信號并成功解析,此時向國際電聯申請的頻段失效僅剩4小時。

借此,中國獲得了國際電聯劃分給中國的北斗二號系統的頻段,這部分頻段,正是與伽利略計劃頻段重疊的部分黃金優質頻段。

花錢買來的教訓,才是真正的教訓,如果注資伽利略計劃是決策失敗的話,那么,衛星導航系統的授時功能用到的原子鐘,則是中國尖端科技突破的又一個典型例子。

北斗一號時,中國采用的授時原子鐘是瑞士進口的。原子鐘這個東西,當時僅有美國、俄羅斯和歐盟(僅瑞士)有,美國是不可能出口原子鐘給中國的,俄羅斯方面,連自己的格洛納斯都搞不定,哪還有其他資源來出口給中國,那么,中國的授時原子鐘,只能向歐洲求助。

瑞士,雖然標稱自己是永久中立國,但實際上,仍舊受到地緣政治和美歐各方的壓力,北斗二號立項后,中國試圖繼續向瑞士進口原子鐘,結果瑞士不予出口。原因是北斗一號采用的是有源定位,只能民用,軍用價值不大,而且北斗一號的實驗意義更多一些。但是到了北斗二號,中國改為了無源定位,這意味著跟GPS一樣,是軍民兩用的產品了。那么,瑞士作為《瓦森納協議》的締約方之一,絕對不能出口高精尖產品給中國用于可能軍用的用途產品。

原子鐘進口渠道徹底斷開,中國只能自己解決,而中國在衛星搭載授時原子鐘方面,技術幾乎為空白。

兩年,用了足足兩年的時間,中國航天科工集團二院203所便突破了銣原子鐘,之后,上海天文臺自主研發了星載氫原子鐘。也就是說,中國不同的部門,自主研發了不同的星載原子鐘,而且精度比歐盟進口的還要高。

北斗的突破,其實不只是單個器件的突破,而是整個系統和整個系統之下的產業鏈,甚至包括運載火箭。

北斗三號衛星使用壽命,從北斗二號的8年增至10年以上,其部件全部實現國產化,其中被限制進口的原子鐘,性能更是得到極大的升級,精度已經達到1000萬年差1秒,并且還有兩套不同類型的原子鐘可供選擇。運力方面,2017年底發射1箭2星,2018年發射9箭17星,2019年發射6箭8星,2020年發射3箭3星……不到3年時間,30顆衛星發射升空,完成組網。

在重復一下前文中的一句話:美國在中國處于戰時狀態下,肯定會關閉中國所使用的GPS信號,無論交戰對方是美國或者是其他任何國家(或地區)。而北斗則完全由中國控制,與美國沒有半點關系。

其實在擴大一點說,美國和中國作戰時,雙方一定會互相攻擊對方的衛星導航系統,要相信:

“前事不忘,后事之師。”

我們更要清楚兩個事實:

一、美國、俄羅斯、中國是全球擁有衛星導航系統的獨立主權國家。

二、美國、俄羅斯、中國是全球進行過反衛星導彈實驗的獨立主權國家。

無論從民用角度,還是軍用角度來看,北斗之于中國,GPS之于美國,是同等性質的,不僅要搞,而且要搞好。

北斗的發展,也證實了兩件事:

一是“市場換技術”的國際合作,注定是要失敗的。中國拿著真金白銀投資歐洲的伽利略計劃,卻最終一無所獲被掃地出門,甚至在發展北斗二號的時候,原子鐘這樣的部件被限制出口,無論多好的關系,多大的利潤,在國際政治面前,都是一張廢紙,不給你就是不給你,你有了再說有了的話,要給你也行,落后主流兩代要不要,不要,那就沒有。

二是獨立自主才能發展好。原子鐘不是不能突破,最終還不是突破了?還一下子解決了兩種不同設計、同一功能的原子鐘,成本高低先不說,至少是先解決了有無,再討論優劣的問題吧。何況,自家的東西就是香,無論怎么樣,想怎么用就怎么用,今天我的43星/44星用氫原子鐘,明天52星/53星就換成升級后的銣原子鐘。

浩瀚星空,北斗指路。古人借助北斗七星,找尋方位和星座。今人利用北斗衛星,進行現代社會的各種往來。我們看到北斗,才去分辨銀河。而今,借助北斗,踏上星辰大海的征途。

哦,對了,抖個機靈,央視曾經報道,GPS定位芯片,最高賣給我們是1000元/片,到北斗出來后,降為6元/片。

壯哉我北斗,讓資本主義無法再收割市場羊毛。【責任編輯/鄒琳】

參考資料:

1、安居香山 輯.《緯書集成》.石家莊:河北人民出版社,1994.12.

2、劉進軍 著.《為了地球領導權:人造衛星》. 北京:航空工業出版社. 2012.7.

3、(瑞士)讓-馬利·佐格著.《GPS衛星導航基礎》. 北京:航空工業出版社,2011.08.

4、何心宇,詹超宇,曾維貞,花麒昌著.《GPS創新應用服務與經營模式探索》. 財團法人資訊工業策進會產業情報研究所,2009.

5、董光亮 等著.《中國深空網:系統設計與關鍵技術》.北京:清華大學出版社, 2016.12.

6、(美)基尼·科恩 著 白華 譯.《戰爭的革命:海灣戰爭的空中力量》.長春:北方婦女兒童出版社,2002.10.

7、機械電子工業部無線通信專業情報網國營第714廠科技情報處編.《從海灣戰爭看現代軍事通信的現狀與發展研討會論文集》. 1991.11.

8、章士平著.《中國海權》.北京:人民日報出版社, 1998.12.

9、鄧書杰,李梅,吳曉莉等編著.《中國歷史大事詳解近代卷:盡顯繁榮(1990-1999)》.長春:吉林文史出版社, 2006.04.

10、朱顯龍著.《目擊臺海危機》.北京:九洲圖書出版社, 2000.06.

11、馮文遠 編著.《衛星武器科技知識》. 沈陽:遼海出版社, 2011.05

12、唐家璇 著.《勁雨煦風》. 北京:世界知識出版社,2009.12.

來源:財經無忌

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