中国用20年造成了北斗系统，研发过程中都遭遇过哪些考验？

2008年5月12日，四川汶川发生了8级大地震，一时间，通讯中断，震中映秀镇音信全无。

20小时后，救援部队突入死亡线，借助北斗系统发出了百字短讯，这是我国的北斗系统首次进入普通民众视线。

如今，在我国东南沿海，下海捕鱼的渔民已经不再单纯使用G PS定位，因为在充满凶险的海面上，只知道经纬度意义不大，而用北斗系统，有危险时是可以相互传讯预警的。

武汉疫情时，北斗标绘了火神山，加快了建设进程。

在上海，北斗为公交车和地铁提供实时到站预报。

在青海，北斗守护藏羚羊迁徙路线，保护野生动物。

当然了，北斗的民用还有很多很多，北斗团队80后博导徐颖曾说：“北斗的应用只受想象力的限制。”

2000年到2020年，从北斗一号的首星发射到北斗三号的末星入轨，已是整整20年。

20年磨一剑，速度远超过了欧洲的伽利略，中国的“剑客们”太提气！

这一剑磨的难不难？

说实话，真不容易！

既然有GPS导航系统可以应用，我国为什么还要研发北斗系统？虽然美国的GPS系统也可以为我所用，但有几件事情的发生，还是让我国下定了决心，一定要研发自己的卫星导航系统。

第一件事情：1990年夏天，美国GPS第8颗卫星发射当日，海湾战争打响，多国部队依靠GPS定位穿越沙漠，伊拉克浑然不知。

仅仅4个月后，伊拉克就接受了停火协议，也就是被美国打垮了。其原因除了美军强大的武器装备外，美国的GPS系统发挥了至关重要的作用。

美军精准制导的导弹都跟长了眼睛一样，可以精准钻入每一个缺口，在这次海湾战争中，伊拉克伤亡10万，美军仅阵亡146人。

事后有军事专家称，海湾战争的胜利也可以说是“GPS”的胜利，这件事也说明了在军事领域有自己的卫星导航系统是多么重要！

第二件事情：1993年的我国货轮“银河号”事件。当时中国一艘货船运载着24个集装箱前往伊朗，在途中，美国切断了货轮的GPS信号。

而这一切的理由只是美国单方面认为“银河号”上装载着硫二甘醇和亚硫酰氯等违禁品。

最终在海上丧失了GPS导航系统的“银河号”只能憋屈地在印度洋上漂流了33天之久。

由此可见，不论是在军事领域，还是在民生领域，卫星定位导航系统都发挥着至关重要的作用。

如果一个国家完全依靠美国的GPS系统，就相当于被人拿捏住了命脉，人家如果给你降低了精度、关闭了区域或更换了通信编码，你就得受制于人！

因此，有了这个对卫星定位导航系统的全新认知之后，俄罗斯建造了格洛纳斯系统，欧盟开始着手建造伽利略系统。

而我国也下定了决心要研发自己的北斗导航系统。

我们的北斗系统在研发过程中经历了哪些考验？第一个考验：建造卫星定位导航系统，想要短期内发射多颗导航卫星太难，怎么办？

要想获取我们在地球上的位置，在太空中至少需要布置几颗导航卫星？

一颗行吗？

当太空中只有一颗导航卫星时，以卫星为中心，我们与卫星的距离为半径，卫星旋转一周，便会得到一个球面，球面上的任何一点都有可能是我们的位置。

很显然，一颗卫星定不准我们的位置。

两颗行吗？

当太空中有两颗导航卫星时，两个球面相交便会得到一个圆周，圆周上任何一点都有可能是我们的位置。

很显然，两颗卫星还是定不准我们的位置。

那三颗能不能行？

当太空中有三颗导航卫星时，三个球面相交便会得到两个点，两点中任何一点也都有可能是我们的位置。

而在这两点之中，仅有一个点是位于地表的，于是便锁定了我们唯一的位置。

所以，要想获取我们在地球上的位置，在太空中至少需要布置至少三颗导航卫星。这就是卫星定位导航的秘密。

实际上，在测量时间的时候，会产生各种误差。为了消除误差，往往还需要第四颗卫星的辅助。

同时为了保证我们随时随地都能接收到四颗以上的导航卫星信号，环绕地球的卫星总数往往远远高于四颗。

美国的GPS和俄罗斯的GLONASS系统，导航卫星的数量都在24颗以上。

然而，在九几年的时候，我们的航天及导航技术还比较落后，想要短期内发射多颗导航卫星，这太难了！

怎么办？

这时候，我们的“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允提出了双星定位系统，即在地面设置一个控制中心，利用地面控制中心，我们可在地球周围“虚拟”出一个球体，并通过控制中心、卫星、用户三者之间的交互，计算得到用户的位置。

2000年的时候，两颗北斗卫星成功入轨，历时6年多的研发，北斗双星的设想终于变成了现实，这便是北斗一号。

北斗一号基本解决了我们导航系统从无到有的问题，实现了北斗导航系统的雏形。

不过，北斗一号的缺陷同样很明显，它的定位精度为20-100米，时间精度为20-100纳秒，与同期GPS的10米和20纳秒相比，精度差距是显而易见的，而且仅支持150个用户同时在线，与全球覆盖的目标还相差甚远。

第二个考验：如何解决精度不够准的问题呢？

解决卫星导航精度问题的关键是原子钟技术。当时，星载原子钟技术仅为欧美少数科技强国掌握，在我国属于技术空白。

北斗一号所用的原子钟是从瑞士进口的，但到了北斗二号时，引进原子钟的合作却被迫中断。

2002年，欧盟提出伽利略卫星计划，此时的我国遭遇技术瓶颈，而欧盟则研发资金不足，于是，双方决定联合研发，共享技术。

然而，欧盟为了抢先获得频率资源，把我们排斥在了项目之外。

所以，北斗二号想顺利完成，我们自己必须争分夺秒地实现原子钟的自主研制。

1997 年，这个重担落在了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员梅刚华的肩上。

梅刚华告诉记者说：“对铷原子钟的寿命、可靠性和卫星环境适应性等，当时我们完全没有设计概念，差不多就是一片空白。”

从那时开始，梅刚华就带领团队一头扎进了星载铷原子钟技术研究工作中，抱着让北斗系统用上最好的原子钟的信念，经过多年的反复设计、试验和改进，梅刚华团队相继突破了星载铷原子钟精度、小型化、寿命、可靠性和卫星环境适应性五大关键技术，研制出了三代星载铷原子钟，使我国星载铷钟技术实现了从无到有，从有到精的跨越。

如今，北斗三号卫星的每颗卫星精度可以达到每天100亿分之五秒。

第三个考验：占据卫星轨道是有时间限制的，如何按时发射完成这么多卫星？

根据国际电信联盟的规则，卫星运行的轨道和信号频率在使用前必须提前申请，且必须在申请通过后的7年内完成卫星发射入轨和信号接收，否则相关资源会被回收。

2000年4月18日，中国的申请获得通过，这意味着在接下来的7年里，卫星以及火箭必须做到万无一失。科学家们夜以继日地反复实验和测试，7年内掌握相关卫星技术，2年内攻克原子钟的难关，甚至仅用10多天完成卫星取出、测试、再到装回等一系列复杂操作，修复了临发射前的突发故障。

2007年4月17日晚八点，当人们成功接收到信号时，距离轨道失效的截止时间仅仅只剩下4个小时。

自2010年起，西昌卫星发射中心变得非常热闹。在不到3年的时间里，将有14颗导航卫星从这里陆续发射升空。2010年发射5颗，2011年发射3颗，2012年发射6颗……

同时，运算和控制等地面配套系统也铺展开来，卫星与地面的调整测试也在同步进行。2012年底，新系统组网成功，这就是北斗二号。

与北斗一号相比，其覆盖范围明显扩大，扩大至亚太地区的大部分区域，定位精度也从20米提升至10米，时间精度达到10纳秒。北斗一号独特的通信功能也被完整继承了下来。

而距离实现全球导航，只差最后一步。

最后一步将是一次全方位的升级，北斗三号卫星使用寿命从8年增至10年以上，其组成部件全部实现中国造，其中原子钟性能持续升级，精度已经达到1000万年差1秒。此时，火箭技术也已不再成为掣肘，一箭双星的发射已经“炉火纯青”。

2017年底发射1箭2星，2018年发射9箭17星，2019年发射6箭8星，2020年发射3箭3星……

随着2020年6月北斗三号最后一颗卫星“吉星”发射成功，这项耗时26年，投入超120亿美元，30万科研人员日夜放奋战的北斗系统正式宣告建成，我们中国终于有了属于自己的卫星导航系统。

从此，无论白天还是黑夜，无论身处地球的任何角落，人们抬头便可以看见5-6颗北斗卫星，全球覆盖的目标终于实现，我们也摆脱了GPS的影响。

总结：

北斗系统是中国之重器，它能如此强大，固然是离不开30万科研人员的日夜奋战，这群“沉默寡言”的知识分子，他们用自己的学识、信念以及坚持为我国造出了自己的卫星导航系统，他们值得我们致以无上崇高的敬意！！！

时代在变，变化的故事太多，但苍穹之下，那些低头造星的人值得被我们永远记住！