差点替代北斗的伽利略瘫痪 背后是中国与美欧暗战

　四大全球导航系统之一的伽利略，陷入全面“拉闸”状态。作为伽利略项目曾经的参与方与投资方，中国用北斗系统再次证明了自力更生在核心技术领域的重要性，有些东西是等不了、靠不住、要不来的。

　　北斗系统的故事，值得我们细细品味，“北斗人”的精神，值得与每一位有志于为祖国突破尖端科技贡献力量的朋友共勉。在此，我们重刊一篇讲述北斗故事的深度特稿。

　　第二枚战斧导弹，沿着第一枚炸开的缺口精准打击——解放军被震惊了。

　　那一年，GPS一战成名。

　　1990年的海湾战争。美军的导航卫星还只有15颗，每天只能提供15小时的服务。一切都还不成熟。

　　当时的国防部长理查德·切尼却很有底气：“伊拉克绝对不会想到，在没有任何地形特征的情况下，我军能够胜利地横穿西部沙漠。”

　　一个新名词诞生了：“外科手术式打击”。战争的结果已经载入史册，那是一场高科技之战。想象一下，数十架轰炸机、投弹数百吨才能完成的水坝轰炸任务，变成只需要2枚导弹在数百公里外突袭发射，甚至第二枚可以通过第一枚炸开的大坝缺口钻进去。

　　GPS为数百架美军战机提供精确导航，大大提高了美军F-16和B-52战机的攻击精度，隐身战机和巡航导弹几乎也全部依靠GPS来选择最佳的隐蔽进攻路线。海湾战争后，第一次世界大战前后诞生的陆基无线电导航系统，被首先取代为GPS卫星定位导航系统。

　　当时，被新闻报道震撼的人们都想问，GPS怎么来的？

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　　搁置十年

　　1957年10月4日，苏联成功发射了人类历史上第一颗人造卫星“斯普特一号”，两个人密切关注着这件人类历史上的大事。这是两个物理学家，他们在实验室中发现，这颗卫星的频率出现了偏移，经研究原来是相对运动引起的多普勒频移效应。他们又研究发现，在地面上架设多部接收机，就可以根据接收到的信号的不同频差推算出这个卫星的具体位置。

　　那如果反过来呢？五角大楼想知道，如何在茫茫大海中找到军舰的位置。好像有思路了。

　　1958年2月1日，成功发射了“探险者一号”卫星。1958年5月17日，毛泽东豪迈宣布“我们也要搞人造卫星”。当时的毛泽东可能并不知道，GPS系统的前身，也就是美军的子午仪卫星定位系统，已经在那一年开始研制。

　　1970年4月12日，“两弹一星”工程中的“一星”终于迎来了成功发射，东方红乐曲响彻太空。这时定位导航卫星已经进入了决策层的视野。因为1958-1964年间，海军和空军分别制定并实施了全球定位计划Tinmation和621-B，此后又被国防部合二为一。

　　1978年美军开始实施GPS计划，中国科学家也没有停止过对中国的定位导航卫星的论证。但按当时中国的经济和技术条件，想搞一套GPS还是遥远的梦想。

　　能不能尽量用较少的卫星资源建立中国自己的“GPS”？后来获得“两弹一星”功勋的陈芳允院士，提出了双星定位方案，并在1989年演示成功，实现了地面目标利用两颗卫星快速定位、通信和定时一体化。

　　但由于种种原因，陈芳允的计划还是被搁置了。演示成功的那一年，的第一颗GPS工作卫星发射成功。也是在那一年，被5年前国庆阅兵式上“我国首台亿次巨型机银河-I”的彩车震撼，放弃北大选择国防科大的王飞雪，步入了大学校园。

　　第二年，海湾战争爆发了，也把中国人打醒了，被搁置十年的双星定位方案马上启动。

　　GPS这类系统方案中，第一个要解决的问题就是：卫星该采用低、中、高哪种轨道？如果采用低轨道，发射成本比较低，精度比较高，但若覆盖全球的话则需要200颗卫星，这样浩大的工程，连也负担不起。

　　如果采用高轨道，理论上三颗卫星就能覆盖全球，但定位精度会很低，而且高轨道卫星的发射难度大。

　　采用了24颗卫星中轨道的折中方案。而中国当时的国情是既没钱也没经验，在起步阶段选择了只在高轨道发射两颗星，静止在中国上空为中国服务。空间中三个坐标才能定位，北斗一代在双星定位方案中有个高度仪，用户需要自测高程，并将结果作为第三个坐标。真是够节省的！

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　　仓库实验

　　1995年，还在读博士的王飞雪，听到一个消息。正在前进中的北斗一代系统建设遇到了瓶颈问题——信号快速捕获，国内十几家单位、几十位知名专家10年没能攻破。

　　“为什么不可以另辟蹊径？”王飞雪和几个同伴夜以继日的奋战了好多天，写出一个新算法，红着眼睛交给导师也是系主任庄钊文。庄钊文在计算验证后眼前一亮，但他知道，事情不简单。各种质疑声不绝于耳。“这是事关国家安全和经济发展战略的重大科研项目，岂是儿戏？”“这个难题别人耗费10年功夫也没有攻克，几个年轻人能行？”不少专家甚至认为这是一个“根本不可能实现”的方案。

　　庄钊文带着这几个年轻人去找一位老先生。老先生跟这几个年轻人说，你们还需要用实验来证明你们在纸笔当中得出的这个结论。

　　这几个年轻人拿着4万尝试经费和一台台式计算机，找了一个十平方米的仓库改造成实验室。整整3年，他们一无所获，但没有放弃。“因为很难，我很兴奋，一心想搞清楚。”王飞雪说，“最初的电路板模型大如门板，光芯片就有192块，后来芯片压缩到63块，改成了3块小板。”

　　三年后的一天，他们像往常一样打开设备，调试等待，突然间有人说你看你看上面有一个信号，所有人把头都凑在这个小小的屏幕前，他们不相信自己的眼睛，于是重新做了一次实验，信号如约而至，几个小伙子抱在一起跳啊、笑啊、哭啊。

　　系主任庄钊文又带着王飞雪和几个同学去找那位老先生。老先生召集20多个专家开了一次论证会，当看到显示器上脉冲闪耀，信号捕捉成功的一刻，在场的专家们一起起身鼓掌。

　　这位老先生正是陈芳允。作为中国卫星(23.180, 0.08, 0.35%)测量控制技术奠基人，陈芳允当时是中国北斗一代系统的总设计师。而王飞雪，现在是国防科大卫星导航定位技术工程研究中心主任。

　　用不到GPS系统1/3的时间和1/4的经费，中国在2004年建成了北斗一代，成为继美、俄之后，世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。这只是第一步。

　　北斗一代只是“北斗导航试验系统”，虽然达到了设计指标，但其定位精度自然远远比不过GPS，前面说了，原因主要在于只有两颗高轨道卫星的节省。在GPS的反衬下，中国北斗一代因性能不强而受到诟病。

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　　初显身手

　　汶川县城的通信全部中断了。

　　2008年5月12日下午14点28分，汶川发生了里氏8.0级地震，由于震中受灾极其严重，通信、电力、交通全部都被破坏殆尽，抗震救灾指挥部完全无法与震中取得联系。

　　13日12时，总站值班监控屏幕上，一个红点跳入值班人员眼帘，“灾区有人使用北斗了！”随着一声惊叫，大家的眼光聚焦到灾区的电子地图上，只见这个红点沿着马尔康、黑水的317国道急进汶川。“这是哪支部队？”卫星导航定位指控中心工作人员欣喜之后发出疑问。

　　“北斗一号”卫星定位导航系统虽然具备双向通信功能，但出于保密的原因，指控中心只能“看”到信号，不能解读定位终端发射信息的内容。

　　最后查到，这确实是一支武警救援部队奉命前往灾区。随即，一条条信息涌入指挥大厅的屏幕上：“我支队已于11时以摩托化向成都方向机动”、“美英法等国游客被困卧龙人员安全”、“卧龙特区请求空投帐篷和药品”……

　　14日，总站受命派出北斗导航应急分队，携带近千台用户机紧急奔赴灾区，迅速架起军队抗震救灾指挥部与灾区一线各级指挥机构的沟通桥梁，实现了抗震救灾的顺畅指挥。之后，安装在唐家山堰塞湖的北斗水文监测系统，不断传回最新水情数据，为排险提供可靠决策依据；加装在抗震救灾直升机上的北斗装备，有效解决了山区复杂环境下航迹监视、通信联络等问题，提高了飞行安全系数。