11月4日，《新时代的中国北斗》白皮书正式发布，介绍了新时代中国北斗导航系统的发展成就和未来愿景。白皮书指出，北斗三号于2020年7月31日正式开通以来，系统运行连续稳定可靠，在轨30颗卫星运行状态良好，服务性能全面优于设计指标。

　　纵观北斗的前世今生，它的诞生与成长，离不开一代代科研人员的攀登奋斗。不知不觉中，我们生活的方方面面，也随处可见北斗的身影。

　　从北斗七星到北斗导航 

　　我们为什么需要北斗？

　　人们都说，中国式浪漫，就藏在中国航天器的名字里。北斗也不例外。

　　“北斗”一词，来源于“北斗七星”。这一星座，自古以来就为人类指引方向、辨明四季。

　　现代社会对时空信息的需求，更甚于古代。中国的卫星导航系统以“北斗”命名，恰如其分。

　　提及中国人对于卫星导航的探索，可追溯到50多年前。

　　1970年，“东方红一号”卫星发射6个月后，中国第一份研制导航卫星的论证报告完成。当时已做出样星的导航系统，有着一个生动的代号——“灯塔计划”。虽然最终因经济和技术等原因终止，但它却如同黑夜中的明灯，为北斗卫星积累了宝贵的工程经验。

　　1983年，以陈芳允院士为代表的专家学者提出“双星定位系统”，这一设想能以最小星座、最少投入、最短周期实现导航卫星的“从无到有”。

双星定位即利用2颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标。

　　但当时的中国，是否立即启动耗资巨大的导航卫星工程，仍有诸多因素需要考虑。

　　直到上世纪90年代初海湾战争打响，美国GPS全球卫星定位系统在战争中的成功应用，使中国人深刻意识到，建立卫星导航系统势在必行。

　　1994年，中国的卫星导航工程获批立项，命名“北斗”。这个寓意光明和方位的名字，开启了中国航天人上下求索的漫漫征途。

　　与时间赛跑 

　　北斗卫星导航系统全面建成 

　　然而，起步何其艰难。

　　彼时，北斗工程的科研经费、技术基础、人才队伍均十分匮乏。

　　是一步到位全球组网？还是另辟蹊径？

　　最终，“先区域、后全球”的思路被确定下来，“三步走”的北斗之路由此铺开。

　　2000年，北斗一号01星、02星相继发射成功并实现在轨稳定运行。2003年5月，备份星北斗一号03星发射成功。同年12月，北斗一号系统正式开始向国内用户提供服务。

2000年10月31日，中国自行研制的第一颗导航定位卫星“北斗导航试验卫星”在西昌卫星发射中心发射成功。图源：新华社

　　由此，我国成为继美、俄之后第三个建立完整卫星导航系统的国家。

　　现在看来，北斗一号缺点很明显——只有3颗卫星，仅具备初步覆盖中国周边地区的定位能力，定位精度也比较低。

　　但这第一步，是堪称历史性跨越的一大步——

　　北斗一号，“从无到有”。

　　在北斗一号的基础上，2004年，北斗二号卫星导航系统建设正式启动。

　　这是一段与时间赛跑的艰难历程。根据国际规则，卫星导航系统必须向国际电信联盟（ITU）申请频率。由于我国起步较晚，好不容易争取到频率资源后，还必须在7年有效期内成功发射导航卫星，否则“逾期作废”。

　　这期间，国产铷原子钟差点成了迈不过去的坎，而国际合作道路也屡屡受限。作为北斗卫星的“心脏”，铷原子钟直接决定着北斗卫星定位、测速和授时功能的精度。

　　最终，在七年之限到来之前，中国终于攻克这项关键技术！

　　2007年4月14日4时11分，北斗二号首颗卫星成功发射。4月17日20点，卫星发出第一组信号。

　　此时，距离“七年之限”不到4个小时。北斗在最后时刻，守住了宝贵的频段。

2007年4月14日，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将一颗北斗导航卫星送入太空。 图源：新华社

　　2012年12月27日，在连续成功发射了16颗卫星后，北斗二号系统正式提供区域服务。

　　这第二步，从根本上摆脱了中国对国外导航系统的依赖——

　　北斗二号，“从中国走向亚太”。

2020年6月23日，我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。

　　在此之后，从2017年11月起的32个月内，中国以100%的成功率，成功发射30颗北斗三号组网星和2颗北斗二号备份星，以月均一颗星的速度创造了世界导航卫星组网发射的新纪录。

　　相对于北斗二号，北斗三号还具备“星间链路”的功能，可以实现卫星间互联互通。这是实现导航星座自主导航的核心，也是提升卫星导航系统自主运行能力的关键。

　　2020年7月31日，中国向全世界郑重宣告，中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统全面建成。

　　历经30多年的探索实践，我国卫星导航从无到有，从服务中国、服务亚太再到全球组网服务世界，又一次向世界展现了不同凡响的中国力量。

　　定位、授时、短报文 

　　北斗三大功能备受关注 

　　说起北斗的功能，很多人第一时间想到的便是“定位”和“导航”。

　　其实，这两者有区别，定位是告诉你在哪，导航是告诉你怎么去想要去的地方。

　　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，出货量超1.3亿部，占上半年总出货量的98%以上。

　　除了出行导航，北斗定位功能还能用在大型基建工程中。比如，高铁、大桥、机场的建设，以及后期的变形监测等，都需要卫星定位。

港珠澳大桥。图源：新华社

　　授时，则是北斗的另外一个功能。通俗来说，就是给出准确的时间；对一些仪器设备来说，则是进行时间的校准。

　　据清华大学电机工程与应用电子技术系教授谢小荣介绍，北斗卫星上一般搭载3到4台高精度原子钟作为基准时间源。卫星播发的电文中含有轨道坐标和卫星时间，结合接收机的空间坐标，就能够实现授时功能。这一功能已广泛应用于通信、电力、金融等系统。

　　那么，时间基准有多重要？

　　以电网为例，一条100公里的500千伏输电线路，如果两端电压相量测量的时间基准差0.1毫秒，就可能产生27万千瓦的功率差异，相当于30多万户城镇三口之家的平均用电。

　　除此之外，北斗系统还有一招“独门绝技”——短报文通信功能。

　　听到这个功能是不是觉得很熟悉？不久前，华为Mate50系列手机发布，就因“全球首款支持北斗卫星消息的智能手机”这一特点引发关注。

　　简单来说，短报文服务就是用导航卫星“发短信”。对于用户来说，诸如GPS等系统只能接收卫星发出的信号。而北斗的短报文功能可以实现双向通信，只要在服务范围，就能够将“短信”发到卫星上。

中国卫星导航成就博览会上拍摄的北斗三号短报文智能手持机暨整体解决系统。图源：新华社

　　可以说，这个功能在沙漠、远洋、深山、森林等没有网络覆盖的地区，或者是灾害发生、通信受阻时至关重要。

　　正如中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗系统新闻发言人冉承其所说：“有北斗，你就有安全感。”

　　走入寻常百姓家

　　北斗就在我们身边

　　很多人不知道的是，北斗已经在不知不觉间融入了我们的日常生活。

　　比如，现在的智能汽车，也越来越多装载了北斗定位。一些提供自动驾驶功能的汽车，可以依托北斗高精度时空智能服务，精准感知环境，实现安全行驶。

　　根据千寻位置的统计，截至2022年10月，已有21款智能汽车已搭载其高精度定位服务，包括小鹏、上汽、一汽红旗、长城等等，里程数已突破25亿公里。

2021年5月26日，观众在第十二届中国卫星导航成就博览会上参观体验基于北斗卫星导航系统应用的电动车。图源：新华社

　　更准确的定位，甚至能降低高速公路事故发生率。

　　举例来说，四川智慧高速后台管理系统能帮助管理人员精准发布路况信息。据今年8月的数据统计，成宜高速交通事故数量同比下降60%，“零事故”天数从每周0.5天提升到1.8天。

　　除了地上跑的，天上飞的，也少不了精准定位。

　　比如，广东电网用无人机巡检取代了过去的人工巡检，这些无人机通过北斗定位系统，精度提升到厘米级，可以在茫茫高山巡检中不触碰到电网。

　　其实，在广州，包括中海达、海格通信、南方测绘等企业，也在广泛提供北斗定位服务。在贵州、湖南等山区，中海达就曾多次在灾害发生前提前通知当地人群转移。

在第十二届中国卫星导航成就博览会上拍摄的北斗便携式移动应急监测站，此设备目前已经应用到救灾工作中。图源：新华社

　　公安遥感监测、应急通信系统、防灾减灾系统、遥感减灾应用、灾害医疗救援……北斗定位，越来越出现在每个人的身边，并形成了一个全新的产业链。数据显示，2021年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到4690亿元。

装有北斗卫星导航系统的播种机在作业。图源：新华社

　　“北斗的应用只受人类想象力的限制。”

　　首任北斗卫星导航系统总设计师孙家栋院士曾说过这样一句话。

　　11月4日发布的白皮书，还首次规划了2035年前北斗的发展蓝图。到那时，我国将建设技术更先进、功能更强大、服务更优质的新一代北斗系统，建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系，为实现中国式现代化奠定更加坚实的时空设施基础。

　　换句话说，新时代的北斗，将更好服务全球、造福人类。

　　中国北斗，未来可期！

　　话题研究员：王诗堃 郜小平 辜继漫

　　（部分资料来自环球时报、共青团中央、央视新闻、新华社等）