北斗衛(wèi)星導(dǎo)航：中國被美國GPS卡脖子后的華麗趕超

網(wǎng)絡(luò)時代，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性已不言而喻。發(fā)生于1993年，被國人稱為中國現(xiàn)代外交史上“三大屈辱事件”之一的“銀河號事件”，就是我們受制于美國的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，使得該事件成為中國人的一個恥辱。

1993年7月7日，中國遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司廣州公司的集裝箱貨輪銀河號從天津新港出發(fā)，預(yù)計行程27天，于8月3日抵達(dá)波斯灣，將船上600多個集裝箱的貨物交付中東客戶。

7月23日，美國突然宣稱已掌握銀河號上載有運(yùn)往伊朗的違禁化學(xué)品的確切證據(jù)，要求中國采取措施或讓美國方面登船檢查，否則將依其國內(nèi)法制裁中國。

銀河號是已注冊的可進(jìn)行正常國際貿(mào)易的遠(yuǎn)洋貨輪，當(dāng)時也正處于印度洋公海，自然不會答應(yīng)美方的無理要求。在遭到拒絕后，美國立刻關(guān)閉了銀河號所在海域的GPS定位系統(tǒng)，讓銀河號完全失去方向。

沒有了GPS，銀河號只能依靠慣性定位走走停停，美方則不斷地派遣軍艦、直升機(jī)甚至戰(zhàn)斗機(jī)對銀河號進(jìn)行近距離跟蹤監(jiān)視，同時向周邊國家港口派出軍艦，阻止銀河號停港。

我國與美國多次交涉無果，只得于8月28日派出以外交部國際司副司長沙祖康為組長的檢查團(tuán)一行16人登上銀河號，會同美國和沙特檢查人員對銀河號上628個集裝箱逐一進(jìn)行檢查。

9月4日下午，仍未查出違禁化學(xué)品的美國人不得不在《調(diào)查報告》上簽字，此后也賠償了因此給銀河號造成的損失1042萬美元。

到4號這天，銀河號已在海上漂了57天。所以事情雖然得到解決，中方人員卻沒有勝利的喜悅，沙祖康則連用17個“窩囊”來表達(dá)當(dāng)時的感受。

這位被稱為中國“外交三寶”之一、有著超強(qiáng)談判能力的聯(lián)合國前副秘書長都有如此感受，難怪“銀河號事件”會被網(wǎng)友稱為“三大屈辱”之一。

一個主權(quán)國家的貨輪，在公海上無端被美國逼停并被迫接受檢查，只是因為國家不夠強(qiáng)大，沒有航母、軍艦護(hù)航嗎？

不盡然，還有一個重要原因，就是高度依賴GPS對船舶進(jìn)行精準(zhǔn)定位的現(xiàn)代航海設(shè)備，在沒有了GPS以后，根本無法完成航行。

后來發(fā)生的另一件事，讓中國更加明白擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性。

1996年臺海局勢緊張，解放軍在東海海域的軍演中發(fā)射了3枚導(dǎo)彈。結(jié)果除了第一枚導(dǎo)彈命中目標(biāo)，其它2枚突然無法實現(xiàn)目標(biāo)追蹤，最終偏離軌道，落到原定地點之外。

事后有分析稱，導(dǎo)彈未能擊中目標(biāo)，極有可能是GPS突然中斷造成的。

無獨有偶，2008年，俄羅斯和格魯吉亞發(fā)生沖突，部分投入戰(zhàn)區(qū)的俄軍車輛GPS信號丟失。

從以上事件能看出，掌握在美國人手中的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，成為它打壓其他國家的一個重要手段，在你需要的關(guān)鍵時刻給你關(guān)停，迫你就范。

多起事件讓中國意識到擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要性，否則莫說高精度的GPS軍碼美國不給用，就連精度低的民碼，美國不也說停就停？完全控制在美國軍方手中的GPS，對中國來說是絕對靠不住的。

意識到衛(wèi)星定位系統(tǒng)重要性的不只有中國，還有歐盟。

上世紀(jì)90年代末，時任法國總統(tǒng)希拉克曾說：

“沒有‘伽利略’，歐洲將不可避免地成為美國的附庸，首先是科學(xué)和技術(shù)，其次是工業(yè)和經(jīng)濟(jì)。”

“伽利略”，是當(dāng)時歐盟正在籌備的衛(wèi)星導(dǎo)航計劃。

可是伽利略投資巨大，歐盟財政很難負(fù)擔(dān)，便邀請對衛(wèi)星導(dǎo)航也有迫切需求的中國加入。雙方一拍即合，很快簽署合作協(xié)議。

按協(xié)議約定，中方將注入2億歐元。中方很快給伽利略投入第一筆資金7000萬歐元。這對于90年代的中國來說，無疑是一筆巨款，由此能看出中方合作的誠意和對衛(wèi)星導(dǎo)航的迫切。

就在我們對擁有“伽利略”的未來充滿憧憬時，美國又出現(xiàn)了——中國和歐盟的合作讓它感到很不安，認(rèn)為這將削弱其對歐洲各國的控制。

來自美國的壓力很快讓歐盟妥協(xié)。

不能主動撕毀協(xié)議，歐盟就不斷給中方制造困難——

先是規(guī)定中國等其他非歐盟參與國只能使用伽利略系統(tǒng)的非加密信號，接著又取消了中方在該計劃中的表決權(quán)，之后更是加變本加厲地以知識產(chǎn)權(quán)為理由，把中國企業(yè)踢出競標(biāo)。

一系列操作，讓已經(jīng)拿出巨款的中國，待遇還不如后來加入的印度和日本。

至此，中國也才明白，與其出錢出力落不到好，還不如全力投入研究出自己說了算的導(dǎo)航系統(tǒng)。于是就有了今天的“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航”。

1994年，第一代北斗一號工程開始研制。按照中科院陳芳允院士提出的“雙星定位”思路，就是把地球的中心當(dāng)作一個虛擬的衛(wèi)星，只要再發(fā)射兩顆靜止軌道衛(wèi)星，配合精確測定的地面站坐標(biāo)，就能實現(xiàn)衛(wèi)星定位。

2000年，我國發(fā)射了兩顆靜止軌道衛(wèi)星，北斗一號建成并投入使用。

2004年，北斗二號工程投入建設(shè)，到2012年年底完成14顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)。

2009年，北斗三號系統(tǒng)投入建設(shè)，于2020年6月建成。

到2023年12月，我國已成功發(fā)射58顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，服務(wù)于全球200多個國家和地區(qū)的用戶。

截至2020年，中國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值已突破4000億元。預(yù)估到2025年，中國北斗產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到1萬億元。

上面簡單概括了我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展歷程，這其中包含了太多人的心血和汗水，也有很多令人振奮的亮點。

比如在北斗二號的研制中，我國就已突破原子鐘這一關(guān)鍵器件的國外壟斷。

原子鐘是一種計時裝置，精度可達(dá)到每2000萬年僅誤差1秒，普通人用不到，但對于科學(xué)研究和國防建設(shè)來說有重大意義。

舉個例子。

建造跨海大橋時，多臺起重機(jī)在上千米的作業(yè)面同時吊裝箱梁，就要保證它們在起落的時間上分毫不差，否則時間上相差毫厘，對接精度就可能出現(xiàn)很大偏差。而北斗系統(tǒng)授時的星載原子鐘，同步精度性可達(dá)到納秒級（一納秒為一秒的十億分之一），完全勝任此項工作。

北斗二號立項之初，中國原子鐘技術(shù)非常薄弱，產(chǎn)品需要從瑞士進(jìn)口，不僅價格昂貴，核心技術(shù)還掌握在別人手中，這導(dǎo)致中國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在巨大安全隱患。

因此，中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、中國航天科技集團(tuán)中國空間技術(shù)研究院、中國航天科工集團(tuán)二院203所等單位聯(lián)合，對星載銣原子鐘一系列關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)。

經(jīng)過反復(fù)摸索、仿真、驗證、調(diào)試，2005年，國產(chǎn)星載銣原子鐘工程化初樣鑒定機(jī)交付。北斗二號用上了國產(chǎn)原子鐘，其性能與進(jìn)口相當(dāng)，能夠達(dá)到百萬年相差一秒的精度。

北斗系統(tǒng)工程副總設(shè)計師、北斗三號工程衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師謝軍曾這樣評價國產(chǎn)星載銣原子鐘：“時至今日，經(jīng)過大量衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)的檢驗測試，可以說，國產(chǎn)的原子鐘已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。”

在北斗二號研發(fā)過程中，還出現(xiàn)了一個小插曲。

前面說過，中國當(dāng)時被歐盟排擠出伽利略計劃。當(dāng)時除了美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)，其他有衛(wèi)星導(dǎo)航的國家并不多，尚不存在爭奪頻率資源的問題。

及至北斗二號和伽利略建設(shè)的時候，導(dǎo)航頻段爭奪戰(zhàn)就進(jìn)入白熱化狀態(tài)了。

為此，國際電聯(lián)規(guī)定，一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)向國際電聯(lián)提出占用某頻段的申請后，應(yīng)在7年內(nèi)有衛(wèi)星實際使用該頻段，否則申請視為無效。

這個規(guī)定看似公平，實際上是為發(fā)達(dá)國家量身定做的。美國、俄羅斯等發(fā)達(dá)國家的衛(wèi)星導(dǎo)航起步早，已經(jīng)把最好的無線電頻段給占了，那些連航天技術(shù)都沒有的小國，衛(wèi)星都發(fā)射不了，還談什么頻段？

而中國和歐盟剛開始建設(shè)，也都有實際需求，但剩余的可用頻段十分緊張，好用的頻率已經(jīng)不多了，如果想用，就必須爭分奪秒地抓緊研制，爭取在歐盟之前讓衛(wèi)星上空。

國際電聯(lián)公布的中國申請日期為2000年4月17日，結(jié)果到2007年4月14日，北斗二號系統(tǒng)第一顆衛(wèi)星提前發(fā)射并成功入軌。

但入軌還不是終點，還得接收到衛(wèi)星信號。4月17日，多家研發(fā)單位聚集在接收機(jī)前焦急等待。終于，接收屏幕上出現(xiàn)一道亮光，這是北斗二號首星傳來的導(dǎo)航信號。此時，距離申請失效的最后期限，只剩下不到4個小時。頻段保住了。

對于中國的舉動，歐盟并不服氣。

歐盟的申請時間為2000年6月4日，雖然晚于中國，但歐盟卻于2005年12月28日率先發(fā)射了試驗衛(wèi)星并傳回信號。因此歐盟認(rèn)為他們有優(yōu)先使用權(quán)。

其實，中國衛(wèi)星發(fā)射晚于歐盟，并不是技術(shù)不行，而是之前在伽利略的研制上耽誤了時間。另外，根據(jù)國際電聯(lián)申請頻率第二條規(guī)定“如果多方申請同一頻率，各方需要協(xié)調(diào)”。因此中方認(rèn)為自己仍有權(quán)占據(jù)這一頻段。

雙方爭持一段時間后，戲劇化的結(jié)局來了。

爆發(fā)于2008年10月的全球債務(wù)危機(jī)，讓歐盟財政困難，伽利略系統(tǒng)的研制隨即陷入停滯狀態(tài)。

到2012年底，伽利略只發(fā)射了6顆衛(wèi)星，而北斗二號已經(jīng)發(fā)射了16顆，并開始為亞太區(qū)提供定位服務(wù)。在這種情況下，歐盟意識到繼續(xù)爭執(zhí)已無意義，雙方最終在2015年達(dá)成了頻率共用協(xié)議。

頻段爭奪戰(zhàn)之后，中國在北斗三號系統(tǒng)的研發(fā)上又進(jìn)了一步——使用了全球最先進(jìn)的“星間鏈路”機(jī)制。

之前的衛(wèi)星導(dǎo)航往往需要地面控制站的配合，成本高，建設(shè)難度大，要實現(xiàn)全球覆蓋就更難了。

而“星間鏈路”可以做到衛(wèi)星之間互相通信，大大彌補(bǔ)了缺乏地面站的短板。

誠然，今天的北斗系統(tǒng)在部分性能上，例如西半球定位精度，還不如GPS，但這種落后更多的是起步晚、黃金頻率被占用、市場小、地面監(jiān)測站不足等客觀因素造成的。

與此同時，北斗系統(tǒng)在許多方面，已經(jīng)把GPS甩在身后。例如，GPS使用雙頻信號，單向接收，而中國北斗系統(tǒng)是三頻信號，雙向接收。GPS沒有短報文通信收發(fā)功能，北斗系統(tǒng)則支持短報文收發(fā)。

對于這項功能，“北斗女神”徐穎曾有一個比喻：

“假設(shè)一個人流落荒島，如果只有GPS，他知道自己在什么位置，卻無法通知別人來救援；如果用的是北斗，他既知道自己在哪，還能把位置發(fā)送到方圓幾十、幾百甚至上千公里之外。”

實際上，初代北斗系統(tǒng)就具備了區(qū)域短報文功能。這項功能在汶川大地震救援中發(fā)揮了很大的作用，救援部隊利用短報文發(fā)出來自災(zāi)區(qū)的第一條信息。

后續(xù)的北斗系統(tǒng)進(jìn)一步加強(qiáng)了這項功能，從只可以發(fā)送120個漢字，提高到現(xiàn)在的1 200個漢字，還可以發(fā)送圖片信息。

基于這項功能的便利性，北斗用戶甚至進(jìn)行了許多應(yīng)用層面的再創(chuàng)新：有漁民以短報文互通漁情，提高捕魚效率；甚至還有漁民把它當(dāng)成了閑暇時打發(fā)時光的聊天軟件。

當(dāng)然，不只是漁業(yè)，北斗導(dǎo)航的應(yīng)用幾乎涉及各個領(lǐng)域，在交通、農(nóng)林漁、防災(zāi)救災(zāi)、公共安全、電力、金融、建筑以及可穿戴設(shè)備等諸多方面都有廣泛應(yīng)用。

目前，中國正在醞釀下一代衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)。到2035年，我們將完成下一代北斗系統(tǒng)的組網(wǎng)工作，初步構(gòu)建高精度、高智能、高安全、高效益、基準(zhǔn)統(tǒng)一、覆蓋天空地海的時空信息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施。

新一代系統(tǒng)將會在導(dǎo)航、星基增強(qiáng)、精密定位、星間鏈路等方面進(jìn)一步提升能力，更好地融入國家網(wǎng)絡(luò)信息體系。屆時，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將只是這個體系的組成部分之一，我們將真正做到無處不在的導(dǎo)航定位。

衛(wèi)星導(dǎo)航，這項由美國開創(chuàng)出的前沿技術(shù)，終將迎來新的領(lǐng)軍者，中國北斗的未來必將更加閃耀。