中国北斗

编者按：

卫星导航的诞生，改变了世界。中国北斗人凭着“自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越”的北斗精神，攻克了具有世界领先水平的新一代导航信号技术，实现了卫星小型化等一系列颠覆性创新，创造了卫星导航新奇迹。“中国的北斗，世界的北斗”，既是大国情怀，也是北斗卫星导航建设的初衷。本刊从山东文艺出版社《中国北斗》一书中节选了部分章节，以此向每一位北斗人致敬。

带着“向导”的导弹

在充满未知的地球上，如何准确找到自己的位置和前行方向，是科学家矢志不移的追求之一，时刻牵动着他们敏锐的神经。

1957年10月4日，人类第一颗人造地球卫星在苏联的拜科努尔航天发射中心升空，开启了人类的太空时代。

人类首颗卫星升空的第二年，即1958年，美国海军率先开启了卫星定位研究，经过数年卓有成效的探索，建成了人类第一个卫星定位系统——子午仪卫星定位系统。虽然定位时间长，不能连续导航，也难以修正电离层延迟误差，但它在人类定位技术史上无疑具有革命性的意义。针对它的缺陷，美国海军也提出新计划，试验了星载原子钟，拟为海军舰艇尤其是核潜艇提供低动态的二维定位服务。与此同时，美国空军提出“621B计划”，准备以伪随机码作为基础的测距原理，为空军提供高动态三维服务。1973年，美国五角大楼将海空军的方案合二为一，建立国防导航卫星系统，这是GPS（Global Positioning System）的雏形。此后不久，美国国防导航卫星系统更名为全球定位系统，即GPS。从20世纪70年代末到80年代中期，美国先后发射11颗试验卫星，充分验证了地面接收机、地面跟踪网络和GPS卫星定位能力的可靠性。1989年2月，第一颗GPS工作卫星成功发射，GPS开始组网。此后短短两年间，美国共发射了9颗GPS卫星，可谓争分夺秒，紧锣密鼓。

经历了20世纪50年代的朝鲜战争和自20世纪50年代持续至70年代的越南战争后，面对数字惊人的人员伤亡，美军对短兵相接、相互渗透的作战模式产生了恐惧，开始探索新的作战模式。随着信息技术的出现及不断成熟，美国提出了“精确战”概念。

“精确战”是指依靠信息技术的支持，运用精确制导武器系统，对敌人实行精确打击的作战模式。它可在多维空间和不同时间，以多种方式对敌人实施全方位立体打击，进而达到作战目的。它具有作战距离远、重点打击精确、作战节奏快、作战效益高、附带伤亡小、作战可控性强的特点。

“精确战”的实现，需要信息技术尤其是卫星导航定位技术的支撑。

1990年8月，海湾战争爆发。1991年初，美国发起了代号为“沙漠风暴”的军事行动。这场行动几乎是在美军部署完成第一个GPS基本星座的同一时间爆发的。就在行动实施前的16个月里，美军先后发射了10颗导航卫星，与在轨的数颗超期服役试验卫星，共同组成了一个庞大的GPS星座，为整个海湾战区提供全天候二维（经度、纬度）和每天19小时的三维（经度、纬度、高度）导航定位服务。

当时美军的导航卫星为防区外发射的空对地导弹提供精确制导，在高密度空袭中，为几百架飞机提供精确导航，提高了战斗机和轰炸机的攻击精度，隐身飞机和巡航导弹几乎全靠GPS来选择隐蔽的进攻路线。同时，它还为在沙漠中行军的部队提供了精确定位服务和方向指引。虽然此时GPS卫星在战争中应用有限，但它却向世人展示了巨大的潜在军事价值，尤其是“战斧”巡航导弹的威力，更是让人目瞪口呆。

时任伊拉克总统萨达姆耗费近10年时间，苦心经营了一座深入地下数十米、富丽堂皇的地下总统府。战争爆发后，美军实施“斩首行动”，从战舰上发射的两枚“战斧”巡航导弹，在GPS引导下飞行2000多公里，一前一后精确通过直径不到2米的位于沙漠腹地的地下总统府地面换气窗，一举摧毁了萨达姆的地下宫殿。

两枚“战斧”巡航导弹，飞行2000多公里，全部命中直径不到2米的目标！还有什么比它更精准？

由此，“战斧”被人们称为“带着‘向导’的导弹”。

这场战争，也被军事理论家们称为“精确战的源头与象征”。

高科技领域的“新宠”

第一次海湾战争结束后，它的最高导演和指挥者——美国总统老布什，向国会发表国情咨文演讲，在讲到这场战争时，他挥手在空中画了一个圆，然后微昂着头，迎接台下的掌声和欢呼声。

军事观察家们把老布什画圆的手势称为“开启世界卫星导航时代的经典手势”。它不仅意味着向美军发出了加紧GPS建设的号令，还标志着导航“战国时代”的到来。

美国五角大楼闻令而动，更加积极地推进全球卫星导航系统建设。1991年7月，美国GPS卫星全部使用新一代技术，将定位精度提高到粗码精度100米、精码精度10米。1993年12月，GPS具备初步作战能力。1994年3月，美国预定的24颗卫星全部发射完毕。1995年4月，美国宣布GPS具备完全作战能力。

此后，美国为保持在世界导航技术领域的绝对优势，按照“部署一代、改进一代、研发一代”的战略，坚持以每代间隔10年的速度，紧锣密鼓地对GPS进行更新换代。1997年，美国开始新一代导航卫星发射，到2004年，共有12颗新一代导航卫星升空，民用GPS的定位精度达到6.2米的实用化水平。2005年到2009年，美国共发射8颗GPS升级版卫星，信号强度增加4倍，定位精度达到分米级。2010年至2014年，美国发射了12颗新一代GPS卫星，定位精度再次提升，系统整体性能进一步增强。

1993年，俄罗斯局势稍有好转，当叶利钦政府能够腾出精力重新审视美军GPS建设情况及其在第一次海湾战争中的表现时，竟被老布什那个在空中画圆的手势惊出一身冷汗。俄罗斯紧急调拨数十亿美元，陆续向太空发射数十颗导航卫星，建成了覆盖全球的格罗纳斯导航定位系统。

欧盟于1999年首次公布了伽利略导航定位系统建设计划。伽利略计划由欧盟国家投资35亿欧元，同时联合日本、以色列、乌克兰、印度、摩洛哥、韩国、阿根廷、巴西、墨西哥、挪威、智利、马来西亚、加拿大、澳大利亚等国家共同建设。伽利略导航定位系统是欧洲自主的、独立的全球卫星导航系统，提供高精度、高可靠性的定位服务，有着覆盖全球的导航和定位功能。

我们的近邻日本和印度，前者建立了覆盖本土及周边的准天顶导航定位系统，后者也研制建设了区域导航系统。因为在他们看来，卫星导航定位系统是国家崛起的重器，亦是大国标志之一。

卫星导航，已成为全世界高科技领域的“新宠”。

“双星定位系统”

卫星导航方兴未艾之际，正值中国改革开放初期。一些有着敏锐目光的科技工作者认识到，卫星导航技术在社会各领域有着巨大的应用价值和广阔的发展前景。中国作为世界第一人口大国，如果使这一技术惠及民众，不仅能造福本国百姓，也是对世界人民的重要贡献。

1983年，以中国航天测控技术创始人之一、国家“863计划”倡议人之一、“两弹一星功勋奖章”获得者陈芳允教授为代表的老一辈航天科学家，为中国卫星导航找到了一条科学的道路——“双星定位系统”。

1958年，美国启动了世界上第一个卫星定位系统“子午仪卫星定位系统”建设工程。这一信息宛如一颗陨石掉进了陈芳允等航天专家的脑海，激起层层波澜，他们从那时起就开始对新兴的卫星导航技术进行跟踪研究。

虽然中国航天事业刚刚起步，但在航天专家们的倡导下，国家很快制定了代号为“灯塔计划”的卫星导航方案，并将其写入“七五”计划。但当时的经济条件、技术力量和生产条件都不成熟。因此，直到20世纪70年代末80年代初，“灯塔计划”仍没有进入工程实施阶段。

陈芳允认为，中国卫星导航计划之所以出现迟滞，是因为没有找到适合中国国情的卫星导航发展之路。况且，卫星导航定位技术不仅技术要求高、工程难度大，还是个吞金熔银的“时尚游戏”，像美国建设GPS那样，动辄投入数十亿乃至上百亿美元，这对当时的中国来说，无疑是天文数字。须知，1980年中国的GDP总量仅有4587.6亿元。建设卫星导航系统这样的“时尚游戏”，中国人显然玩不起。

但玩不起就不玩了吗？

当然要玩。卫星导航系统影响着世界的未来，国家再穷，也要玩。

怎样才能让中国在世界导航定位技术领域既“玩得起”又“玩得像”呢？陈芳允、沈荣骏、孙家栋等我国老一辈航天科学家在苦苦思索这个问题，并相互交流探讨。陈芳允把大家的讨论成果予以总结提炼，于1983年首次提出了“双星定位系统”的设想，并在世界上首次设计了系统的通信功能，让系统不仅像GPS那样能让人知道“我在哪里”，还能告诉别人“我需要什么”。

沈荣骏教授对陈芳允的“双星定位”构想非常支持。

那年，沈荣骏、孙家栋等一行人出国考察。他们先后出访了巴西、加拿大，接着来到美国。一天，他们在高通公司参观时，意外发现该公司用两颗静地轨道卫星建立的导航系统，为汽车、轮船等交通工具提供的导航服务效果非常好。沈荣骏、孙家栋都认为“双星定位系统”工程建设简单，经费需求相对较少，而技术起点高、创新亮点多，符合中国国情。

回国后，沈荣骏立刻与陈芳允进行交流，并安排了项目专款，在北京跟踪与通信技术研究所设立了“双星定位”总体论证和试验演示项目。为此，研究所很快成立了以刘志逵为组长，何平江、王莉、曹绍鹿等为组员的“双星定位系统”验证小组。

1989年9月4日凌晨，“双星定位系统”首次星地对接演示，成功收到卫星信号，定位精度与美国第一代GPS的定位精度非常接近。

“生命线要攥在自己手里”

1983年9月1日清晨，苏联库页岛上空一声巨响，因导航系统故障误入该国领空的韩国007号客机，被苏联战机击落，机上的机组人员和200多名乘客无一生还，酿成“007空难”。

人们在震惊之余，都在心里祈祷，但愿此类悲剧再也不要重演，并寄希望于美国正在兴建的GPS。而美国政府也似乎非常乐于助人，时任总统里根在新闻发布会上向世界宣布：GPS一旦建成，将向全世界免费开放，让人类共同使用。

一时间，美国GPS成为世人眼里的“活雷锋”。就在“007空难”发生一年多后的1985年4月15至18日，美国在华盛顿举办了“GPS全球定位系统国际运用研讨会”，盛邀世界各国专家前来学习研讨GPS的功能及应用。

我国测绘领域专家卜庆君也在受邀之列。卜庆君上大学时学的是天文学专业，专业与岗位的敏感让他很早就开始关注GPS，对它的用途了如指掌。接到美国邀请后，卜庆君脑海里跳出了一连串的问号：从来对高新技术捂得死紧的美国，为何突然如此慷慨？他们背后的意图是什么？

带着这些问号，卜庆君登上飞往美国的航班，走进了研讨会会场。果然，美方人员带着一脸豪情介绍完GPS的用途和前景后，便毫不隐讳地对来自世界各国的专家说：“我们的GPS编码分为军用和民用两种。在特殊情况下，为了保证我们国家的安全，我们军方会采取三种措施应对紧急状况：第一，降低对方的导航精度;第二，随时变换编码;第三，进行区域性管理。”也就是说，通过以上三种方式，美方可以限制国内外用户对GPS的使用。

听了这话，卜庆君心里像打翻了五味瓶，很不是滋味。虽然人家的GPS让全世界共享，可要是这世界上只有GPS这一家导航，无论是哪个国家用了，把它装到飞机、轮船、火箭上，都如同自己的身体装上了别人的眼睛，终究不是长久之计。要是眼睛哪天累了，或是不高兴了，把上下眼皮一合，身体不就抓瞎了吗？

无论是身体，还是眼睛，只有是自己的，才能自主可控，才靠谱，才不心慌！

回国后，卜庆君向上级呈送了一份报告，建议对于GPS的发展和应用要跟踪研究，与此同时，要发展中国自己的卫星导航系统。几天后，卜庆君在一个国内学术研讨会上，听到了陈芳允做的学术报告，当听到“利用两颗卫星就可以解决地面定位问题”时，他那张自参加了美国研讨会后就一直阴沉着的脸，第一次露出了喜悦的笑容。

但那时，由于历史条件的局限，人们对中国是否发展卫星导航定位事业，出现了“两少”“两多”的态度——赞赏的少，支持的少;提疑问的多，泼凉水的多。