網上一直有個段子,如果美國關閉 GPS,世界會怎樣?
1993 年 7 月 23 日,波斯灣晴空萬裡。我國銀河号貨輪正在執行運輸任務,其導航系統正是美國的 GPS。美國以船上有違禁品為由,要求銀河号停航并接受美國登船檢查貨物。
而後,美國單方面關閉了銀河号的 GPS。銀河号在公海上迷航,頂着五十度的高溫漂泊了數十天。
最終美國先後兩次登船檢查,在确認銀河号上并沒有違禁品後,飄然離去并拒絕道歉。
銀河号事件讓我國明白了,沒有衛星導航系統,就沒有軍事能力的獨立,被打碎了牙,隻能咽肚裡。
1994 年,國家批準北鬥一号工程即刻立項;2000 年,北鬥一号首顆衛星從大涼山沖向太空;2020 年,北鬥三号最後一顆衛星在西昌成功發射,北鬥導航系統正式組網完成。
北鬥三号最後一顆衛星在西昌成功發射(圖源:《北鬥》紀錄片截圖)
而今,高德地圖宣布,調用北鬥衛星日定位量已超 2100 億次,定位時北鬥的調用率已超越 GPS 等其他衛星導航系統。
北鬥系統在平均單次定位調用衛星數量、民用定位精度等多個維度超越 GPS,正式實現了對于國内導航應用定位的全面主導。銀河号事件将不再發生。
北鬥從立項到組網完成,用了整整 26 年,再到超越 GPS 實現北鬥主導,用了 28 年。28 年間,科研人員筚路藍縷,跋涉山林,個中艱辛,難以言盡。
01、科技攻堅,九九八十一難
1994 年的中國并不富裕。
當時,美國的 GPS 已經建設成功,投入超 200 億美元,而中國整個 "863" 計劃(包括北鬥在内的七大領域)的預算隻有 100 億人民币。
其中一個細節更真實,北鬥導航系統副總設計師譚述森隻能與 4 個人共用一個辦公室,這個辦公室不足 20 平方米。
北鬥一号工程立項(圖源:《北鬥》紀錄片截圖)
沒錢的問題還能解決,更要命的是沒技術。
1996 年,包括美英在内的 33 個西方國家簽署了《瓦森納協議》,針對以中國為首的發展中國家實施商品和技術的控制清單。
在這種财力匮乏,技術封鎖的情況下,中國拿出了經典的三步走戰略:第一步建設北鬥一号覆蓋國内區域,第二步建設北鬥二号覆蓋亞太區域,第三步建設北鬥三号覆蓋全球。
北鬥系統三步走戰略(圖源:《北鬥》紀錄片截圖)
2000 年,中國硬生生憑着自主研發成功發射了兩顆衛星上天,組建起了北鬥一号系統。
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。
北鬥一号是開天辟地,北鬥二号則是争分奪秒。
2004 年,北鬥二号衛星工程立項,此時面臨着一個緻命的問題——沒有頻率。
在太空中,美俄的衛星已經占據了最好的頻率和軌道,北鬥想要取得合法的軌位,必須向國際電信聯盟進行申報。
這個問題并不隻困擾着中國。歐盟也正在如火如荼的打造自己的伽利略導航系統,同樣需要申報。
兩大經濟體不謀而合,先後向國際電信聯盟提出了頻率申請。
國際電信聯盟給出的回複是,頻率還可開放一段,雙方先到先得,最晚需在 2007 年 4 月 17 日之前發射衛星,否則自動失效。
彼時中國有錢沒技術,而歐盟則有技術,沒錢。
中國想以花錢買技術的方式與歐盟聯手,雙方有曾過一次短暫的聯姻,但因風向等原因而破裂,中國不僅沒得到技術,還浪費了寶貴的時間。
這時,距離頻率失效僅剩 2 年,制約北鬥二号的關鍵技術——原子鐘——我們仍不能自己制造。
原子鐘是衛星用于授時和定位的核心器件,相當于衛星的心髒。中國想要保住來之不易的頻率,就必須在兩年内自研出國産原子鐘。
随後,中科院、航天科技、航天科工,三支隊伍在材料、工程等五十多個領域同時攻關,焚膏繼晷,終于在頻率失效前将國産原子鐘造了出來。
國産原子鐘(圖源:《北鬥》紀錄片截圖)
2007 年 4 月 14 日 4 時,搭載着國産原子鐘的北鬥二号首顆衛星發射成功。
17 日 20 時,地面接收機收到太空傳過來的衛星信号,中國成功保住了頻率。這一刻,距國際電信聯盟規定的截止時間隻有不到四小時。
北鬥二号首星的成功發射,讓中國成功突破了技術封鎖,後續的衛星系統建設也開始順利起來。
2012 年,北鬥二号 14 顆衛星完成發射組網。而北鬥三号計劃,則是在 2009 年啟動,2020 年時,完成 35 顆衛星發射組網。
至此,三步走戰略全部完成。北鬥導航系統成為了繼美俄後第三個成熟的全球衛星系統。
02、趕超 GPS,北鬥屢建奇功
北鬥導航系統在建設過程中,便已應用于我國的災害救援工作。
2008 年,汶川地震,舉世震驚。通往震中重災區的通信完全中斷,震區内外失去聯系。
随後,一支攜帶北鬥終端機的部隊,沿着 317 國道一路急進,進入汶川重災區,沿途部隊将偵測到的災情以北鬥獨有的短報文通信技術發給救災指揮部,打通了震區内外的聯絡通道。
最終在救災部隊援軍的接應下,救下了 500 多名受難群衆。彼時憑借的正是北鬥一号系統。
短報文技術(圖源:《北鬥》紀錄片截圖)
在後來的四川雅安地震時,北鬥二号已組網完成,北鬥終端同樣第一時間配發給救援部隊,進入災區。
北鬥在此次抗震救災中精度更高,覆蓋範圍更廣,累計完成通信和定位服務數十萬次,是汶川地震中的 3 倍。
北鬥之所以在抗震救災中發揮出如此大的作用,主要得益于短報文技術。
短報文技術可以實現用戶與北鬥衛星之間雙向通信,這是北鬥導航系統特有的通信技術,美國 GPS、俄羅斯格羅納斯、歐洲伽利略等衛星導航并不具備這一功能。
通俗點說,短報文技術類似于手機短信。
最初的北鬥一号及北鬥二号隻支持傳輸 120 個漢字。但這帶有定位與導航信息的 120 個字,在汶川及雅安地震中發揮了至關重要的作用。
北鬥三号建成後,北鬥導航系統已經支持傳輸 1000 個漢字,還可傳輸語音和圖片。
北鬥系統在應急救災、科考、遠洋航運等通信網絡無法覆蓋的場景中具有極強的應用價值。
以遠洋航運為例,據統計,目前全國至少有 7 萬多艘漁船和執法船,正在使用北鬥終端,北鬥的搜救功能和通訊功能,已經累計救援了 1 萬多人。中國漁民将北鬥稱為 " 海上媽祖 "。
漁船使用北鬥終端(圖源:《北鬥》紀錄片截圖)
北鬥導航系統能夠提供米級、分米級的精度,通過地面基站校準,甚至能夠達到厘米級的精度定位。
在亞太地區,北鬥系統的信号傳輸質量與衛星調用數量都有着明顯的優勢。
北鬥的成功也對 GPS 相關産業帶來了沖擊,據央視報道,我國進口的 GPS 定位芯片,價格最高之時可達 1000 元 / 片,而北鬥建成後,該價格降為 6 元 / 片。
随着北鬥導航系統應用的逐漸深入,相關場景的配套設備如果不能支持北鬥,就會失去大量的市場,這也倒逼着其他國家在相關硬件、軟件上應用北鬥,進一步催生了一個萬億市場。
03、民用爆發,市場為王
如果說北鬥在軍事、抗災救援等領域的應用是國家的意志。那北鬥在民用領域的推廣,則讓其成為市場的選擇。
在市場應用初期 , 北鬥官方隻做了一個底層操作系統。
随着北鬥的應用逐漸深入日常生活的方方面面,各行業在北鬥的底層操作系統上不斷加以開發,讓北鬥的商業生态逐漸繁盛。
北鬥商業化應用始見于手機市場。2013 年,IT 雜志 Laptop Magazine 将三星 GALAXY Note 3 評為 " 年度綜合實力最強的智能手機 "。
一個月後,三星宣布該手機國行版的兩個型号成為全球首批支持北鬥導航系統的智能手機。
彼時北鬥二号衛星剛組網完成兩年,其商業化價值已然顯現。自 2012 年開始,國内主流手機廠商發布的智能機大多支持北鬥導航系統。
2020 年,北鬥三号宣布組網完成的兩個月後,一直因不支持北鬥而飽受诟病的蘋果也頂不住市場壓力,宣布 iPhone12 将支持北鬥定位芯片。
中國憑借着全球最大手機市場的優勢,讓北鬥在手機終端的滲透率飛速提升。
截至 2022 年上半年,中國境内申請入網的智能手機中,有 128 款支持北鬥定位,其出貨量占上半年總出貨量的 98% 以上。
在手機端的應用達到峰值之後,北鬥正被市場簇擁着向智能汽車終端滲透。
2020 年,北鬥三号組網成功後,高德地圖發布的車道級導航服務,應用北鬥導航系統亞米級的高精度定位技術,結合參考站修正信息,經過融合和解算後,實現定位精度從 5-10 米的道路級,進化到 1 米以内的車道級别。
這是國内首個可完全在智能手機上實現的車道級導航服務。
與此同時,北鬥系統在其他諸多領域的應用也正逐漸展開。大到金融、電力安全,小到起床的準時鬧鐘、快遞物流動态,都在依靠北鬥保駕護航。而在北鬥問世之前,這些服務都依賴于 GPS。
如果美國關閉 GPS 服務,其帶來的後果遠超想象。而今,我們已不必再為此擔憂。
今年 11 月 4 日,國務院新聞辦公室正式發布《新時代的中國北鬥》白皮書。北鬥導航系統已成為面向全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導航與授時服務的重要新型基礎設施。
北鬥三号在軌 30 顆衛星運行狀态良好,星上 300 餘類、數百萬個器部件全部國産,性能優異,實測表明,全球定位精度優于 5 米,亞太地區性能更好,服務性能全面優于設計指标。北鬥應用産業也正呈現出如日方升般的高速發展,在 2025 年其産值規模或将突破 1 萬億元。
04、寫在最後
誠如中國北鬥導航系統管理辦公室發文所述,北鬥已廣泛進入大衆消費等民生領域。
目前,國産北鬥基礎産品已出口 120 餘個國家和地區,向億級以上用戶提供服務。
未來随着北鬥的應用進一步加深,國内北鬥産業也将百尺竿頭,再進一步,率先跟北鬥高度綁定的企業也将不斷受益。