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北斗導航經過的28年

2023-01-04
來源:Ai芯天下
關鍵詞: 北斗 導航 中國航天 GPS

前言:

中國式浪漫,就藏在中國航天器的名字里,北斗也不例外。

[北斗]一詞,來源于[北斗七星]。這一星座,自古以來就為人類指引方向、辨明四季。

北斗從立項到組網完成,用了整整26年,再到超越GPS實現北斗主導,用了28年。

中國對于衛星導航的探索

1970年,[東方紅一號]衛星發射6個月后,中國第一份研制導航衛星的論證報告完成。

當時已做出樣星的導航系統,有著一個生動的代號[燈塔計劃]。

雖然最終因經濟和技術等原因終止,但它卻如同黑夜中的明燈,為北斗衛星積累了寶貴的工程經驗。

1983年,以陳芳允院士為代表的專家學者提出[雙星定位系統],這一設想能以最小星座、最少投入、最短周期實現導航衛星的從無到有。

雙星定位即利用2顆地球同步軌道衛星來測定地面和空中目標。

但當時的中國,是否立即啟動耗資巨大的導航衛星工程,仍有諸多因素需要考慮。

直到上世紀90年代初海灣戰爭打響,美國GPS全球衛星定位系統在戰爭中的成功應用,使中國人深刻意識到,建立衛星導航系統勢在必行。

1994年,中國的衛星導航工程獲批立項,命名[北斗]。

2000年,中國硬生生憑著自主研發成功發射了兩顆衛星上天,組建起了北斗一號系統。

中國成為了除美俄外,世界上第三個獨立擁有全球衛星導航系統的國家。

早期困境逼出來的開創性

在早期研發衛星導航系統的資金上,中國和美國間的差距十倍不止。

當時,美國已在GPS工程上投入了超過200億美元,且每年維護費用高達5億美元;

但當時中國的經濟基礎仍十分薄弱,研發包括航天在內7大領域技術的[863計劃]預算也才區區只有100億人民幣。

在既缺錢又缺技術的情況下,北斗系統被逼出來了自己的開創性。

導航衛星連通[一帶一路]

2000年,北斗一號01星、02星相繼發射成功并實現在軌穩定運行。

2003年5月,備份星北斗一號03星發射成功。

同年12月,北斗一號系統正式開始向國內用戶提供服務。

2000年10月31日,中國自行研制的第一顆導航定位衛星[北斗導航試驗衛星]在西昌衛星發射中心發射成功。

在北斗一號的基礎上,2004年,北斗二號衛星導航系統建設正式啟動。

根據國際規則,衛星導航系統必須向國際電信聯盟(ITU)申請頻率。

由于我國起步較晚,好不容易爭取到頻率資源后,還必須在7年有效期內成功發射導航衛星,否則逾期作廢。

這期間,國產銣原子鐘差點成了邁不過去的坎,而國際合作道路也屢屢受限。

作為北斗衛星的心臟,銣原子鐘直接決定著北斗衛星定位、測速和授時功能的精度。

2007年4月14日4時11分,北斗二號首顆衛星成功發射。

2012年12月27日,在連續成功發射了16顆衛星后,北斗二號系統正式提供區域服務。

2020年6月23日,我國北斗三號全球衛星導航系統最后一顆組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空。

相對于北斗二號,北斗三號還具備[星間鏈路]的功能,可以實現衛星間互聯互通。

這是實現導航星座自主導航的核心,也是提升衛星導航系統自主運行能力的關鍵。

從2017年11月起的32個月內,中國以100%的成功率,成功發射30顆北斗三號組網星和2顆北斗二號備份星。

2020年7月31日,中國向全世界鄭重宣告,中國自主建設、獨立運行的全球衛星導航系統全面建成。

2020年8月3日國務院新聞辦召開的北斗系統建成新聞發布會上,北斗衛星導航系統新聞發言人冉承其介紹了我國衛星導航系統產業化應用所取得的成就:

10年來我國衛星導航與位置服務產業總體產值年均增長20%以上,2019年達到3450億元,2020年有望超過4000億元。

到了2021年,中國衛星導航與位置服務產業總體產值達到約4700億元人民幣。

北斗導航系統每天使用超過千億次

目前,北斗系統已取得重磅進展,超過了GPS主導的國內導航定位使用頻率。

到目前為止,北斗導航的使用次數每天超過2000億次,使用率比美國的GPS系統高30%。

近日在《新時代的中國北斗》白皮書發布會上,中國衛星導航系統管理辦公室稱:

2035年前,中國將建成新一代北斗系統,其中考慮納入低軌衛星,通過高中低軌的星座融合,提供一張覆蓋全球的高精度時空網。

經過長期研討和論證,低軌衛星導航一定會納入到國家層面的導航定位服務體系中來。

截至2022年上半年,中國境內申請入網的智能手機中,有128款支持北斗定位,其出貨量占上半年總出貨量的98%以上。

北斗應用產業也正呈現出如日方升般的高速發展,在2025年其產值規模或將突破1萬億元。

目前,國產北斗基礎產品已出口120余個國家和地區,向億級以上用戶提供服務。

更加迎合中國市場的需要

在如今的北斗衛星導航系統正式運營之前,占據中國市場的主要還是GPS衛星導航系統。

這讓GPS衛星導航系統在長期以來形成了一種壟斷的局面。

GPS衛星導航系統的壟斷,帶給中國的卻是不得不讓中國市場去適應GPS衛星導航系統。

這種不平等的關系,一直持續了十余年,直到北斗衛星導航系統漸漸出現,這才讓GPS衛星導航系統有了一個市場競爭對手。

除了在操作上迎合了國人的習慣,更是持續化在導航中進行了針對改進,使得用戶在導航中的精準度越來越高。

北斗衛星導航系統產業鏈發生連接

北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三大部分組成。

導航用戶段又可以細分為上中下游產業,上游主要包括基礎數據、基礎軟件(電子地圖)和基礎器件。

基礎部件是產業體現中國技術的關鍵環節。

基礎器件(接收機)作為體現國產技術最關鍵的部分,主要由基帶芯片、射頻芯片、板卡、天線等構成;

中游主要包括終端集成和系統集成,是產業發展的重點;

下游的解決方案和運維服務提供眾多行業應用。

①上游核心器件:高精度、國產化需求驅動核心技術演進。

②中游終端和系統:產值占比大,各類終端齊開花,軍民市場各不同。

③下游解決方案和運維服務:市場化整合為快速發展關鍵。

北斗產業鏈產值重心逐步從中上游向中下游延伸。

北斗與不同產業的融合更加深入

北斗系統不僅帶動衛星導航行業的發展,通過北斗與不同產業的融合,將助力新基建相關目標的達成。

北斗系統可應用于農業、醫藥、金融、交通、軍工等各個領域,與各個產業融合發展,較大程度提升工作效率,在災情監測等特殊領域將發揮核心優勢。

5G、物聯網推動北斗加速推廣,助力萬物聯網。

在5G商用的推動下,[5G+北斗]將成為重要基礎設施,發揮機器和網絡環境的智能優勢,最終實現廣域和全球智能協同控制。

在車聯網領域,北斗的定位和授時功能幫助完成精準時間信息和位置信息感知。

結尾:

時至今日,距離銀河號事件已經過去了二十八年,從那時起誕生的北斗,也已經成為立足于中國,服務全球用戶的衛星導航系統。

在市場經濟主導的商業環境,用戶會對能改善新技術,圍繞北斗建立起規模數千億的產業鏈生態。

這些反過來再次成為了更多新技術發展的土壤,下一代衛星定位技術革命的端倪,或許就能從其中誕生。

部分資料參考:雷鋒網:《北斗導航二十八年:封鎖、突圍、全面主導》,中國新聞周刊:《北斗考慮納入低軌衛星》,南方網:《從北斗七星到北斗導航,成為“世界的北斗”要走多少步?》,全球檔案館:《從‘北斗’到北斗衛星導航系統的蛻變》

     


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