导航卫星的“大星座”来了，遥感和通信卫星的“大星座”还会远吗？

北京时间7月31日10时48分，习近平主席在人民大会堂宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。 从此，中国自己的卫星导航系统终于以完整的姿态向全球用户提供服务。 但北斗系统的意义，还远不止于此。中国的“大星座”现在提到卫星，我们的第一反应就是“人造地球卫星”。但在航天时代的早期，卫星更多地是一个天文学概念——月球是地球的卫星，苏联的“斯普特尼克1号”也可以看做地球的卫星，只不过是人造的而已。 那个时候，人造卫星的数量稀少，并且各自为战，每颗卫星单独工作，卫星之间基本没有关联。 但这还不够，远远不够。 卫星导航的概念是颠覆性的，人类终于有可能实现真正自由的远行，不依赖罗盘磁针，不依赖日月星辰，不必在人迹罕至的深山老林建设定位电台。 卫星星座是“由两颗或两颗以上卫星，为实现共同任务目标所组成的卫星系统”。 导航星座，则是卫星星座这个概念最直接的应用。

北斗三号星座 | 图片来源：中国航天科技集团有限公司 卫星星座能完成单星无能为力的任务，也能通过系统层面的设计令“各自为战”的单星联合起来，达到更高的效能。但是，想建设优秀的卫星星座，还要面临诸多挑战。 比如：星座的设计要满足任务需求，并在此基础上的尽可能降低成本，实现总体最优；星座的发射组网需要合适且可靠的运载火箭，并且要有足够的能力完成快速组网，时间拖得太长就会出现收官星尚未发射，首发星却即将退役的窘境。 星座的建成并不是完事大吉，在轨运营同样要求甚高：既要求地面有实时的全面管控能力，又要求星座能够在无人照料的情况下自主运营；既要保证每颗卫星在寿命内可靠运行，又要在发生意外故障时及时调度，确保服务不中断、星座不掉线。 当星座内卫星的寿命即将耗尽之时，还需要吐故纳新，安排新一代卫星来接班，同时不能让失效的老旧卫星干扰星座运行。 如此种种，考验的是航天人的系统工程水平，更是国家的综合国力。 而北斗三号星座的成功，证明了中国航天系统工程能力的卓越，也宣示着中国已经有足够的能力建设并运营大型空间系统。 导航卫星的“大星座”来了，遥感和通信卫星的“大星座”还会远吗？导航系统的“合纵连横”世界上总共有四个能提供全球服务的卫星导航定位体系：美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗和欧洲伽利略。美国率先完成，俄罗斯紧随其后，中国是第三个建成的，而更早上马的欧洲伽利略系统至今仍然在等待后续的完全运行能力（FOC）组网星。 与曾经期待加入的伽利略系统相比，我们的北斗后发而先至，甚至完成了从区域有源双星定位，到区域无源定位，再到全球覆盖的三步走战略。 再看欧洲，左手握着能够一箭四星的阿丽亚娜-5运载火箭，右手握着中国曾经不掌握的星载原子钟等先进技术，头上顶着一众老牌资本主义强国的光环，怎么说也不会比我们的进度慢。

阿丽亚娜-5火箭一箭四星发射伽利略卫星 | 图片来源：Stephane Corvaja @ESA 但谁让伽利略的“大脑”决策混乱不堪呢？有人想往东，有人想往西，走两步退三步，总在原地打转转。 这大概就是“体制问题”吧。 当然，伽利略系统诞生的原因还是欧洲希望摆脱对美国GPS系统的依赖，这确实是一个很现实的问题。 借助首发优势和当年强大的软硬件实力，美国的GPS设备从上世纪90年代开始在全世界倾销。对GPS的依赖意味着美国成为了其他国家的“导航之神”，可以仅凭自己的好恶决定他人“生死”。1999年印巴冲突期间，美国就曾经对冲突区域关闭过GPS信号，令印度的战斗机和制导武器大受影响。

GPS卫星发展历史 | 图片来源：洛克希德·马丁公司 因此，就算是美国的盟友，就算是美国羽翼下的北约组织成员，欧洲诸国依然要发展自己的导航星座。 盟友尚且有防人之心，更何况是被美国长期敌视的中国。 再看俄罗斯，尽管在苏联时期已经开始建设格洛纳斯（GLONASS）系统，但限于电子工业水平，早期卫星寿命普遍偏短，实际工作时间只有一到两年。在苏联解体后，俄罗斯虽然一度完成了GLONASS的组网，但星座的运营长期举步维艰，俄军甚至曾需要依靠GPS接收机。

  GLONASS卫星发展历史 | 图片来源：俄联邦航天局 对于北斗系统，俄罗斯同样存在着自己的期待。俄联邦中央机械制造研究所定位导航授时信息分析中心（GLONASS-IAC）作为官方机构，就一直在关注着GLONASS与北斗的协同效果。根据他们发布的实时监测数据来看，如果同时应用北斗和GLONASS，则导航卫星的可见数量与星座的位置精度因子（PDOP值）都将有显著提升。

北斗+GLONASS的卫星可见数量（颜色越浅越好） | 图片来源：GLONASS-IAC，由作者制图

  北斗+GLONASS的PDOP值（颜色越浅越好） | 图片来源：GLONASS-IAC，由作者制图 四大全球导航卫星系统的发展史，正是一部“合纵连横”的斗争史：美国起步最早，技术最先进，就希望一统全球，不遗余力干扰阻碍其他国家发展；俄罗斯紧随其后，但先天不足，只能惨淡经营，向美欧进口元器件不顺，因此有意与中国进行合作；欧洲技术先进，想摆脱美国依赖症，奈何人心不齐，各怀鬼胎，更陷于反华政治，断供中国，结果自己项目一拖再拖，贻笑后人。 只有中国，底子最薄，基础最差，必须从零起步；曾相信世界美好，但终于为人所欺；于是坚定信心，举全国之力，400多家单位、30多万科技人才，26年奋斗，终成大器。 在北斗正式启用的今天，曾经爱答不理的主动上门，曾经自以为是的只有自惭形秽，一贯心术不正的再想发号施令，就要认真听一听中国的声音。独立自主是法宝如今，在除苹果以外的绝大部分智能手机上，定位芯片都能同时接收四大全球导航卫星系统的信号，卫星定位设备也在向多系统兼容方向快速发展。可以说，在和平时期，不同导航系统间的合作是可以实现共赢的。 但是，合作的底气是独立自主。 尤其是在美国全力聒噪“中美脱钩”，并且用实际行动在这条道路上狂奔不已的今天。它们肆意挑起贸易战，芯片全面断供华为，甚至许多中国著名高校都上了“实体清单”。 重压之下，自然也会有不同的声音。 或曰“中国跟美国硬碰硬是‘战狼小粉红’，被美国一卡脖子就完蛋，应该身段柔软，膝盖打弯，否则死路一条”。 或曰“国产竞争不过外国，‘碍国者’要用国货是闭关锁国，其心可诛”。 或曰“中国竟敢宣传自己‘世界先进’，这是给中国威胁论递刀子，忽悠大众”。 如此种种，相信各位读者在这几年或多或少读到过。 在北斗系统建成的日子里，笔者不止一次想到过这样的问题：北斗起步的时候，我们只能实现二维定位，连高程都测不了，而且还要主动发射信号暴露目标。如果当时我们继续使用更好用的GPS，今天会怎么样？ 那是真正的“不堪设想”。 “老王家自己养猪，所以他家的餐馆猪肉一定比别人家的猪肉好吃？” 这到不一定，尤其是在老王自己养猪技术生疏的时候，自家的猪肉可能就是没别人家的好吃。于是老王不养了，只买全村唯一养猪能手张三家的猪。 但有一天，张三嫉妒老王餐馆生意红火，突然不卖老王猪肉了，结果老王的餐馆只好关门大吉。 这就是独立自主的意义。 习近平主席说，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。 而对于真正自主研发的技术与产品，我们应当给予足够的保护与支持，毕竟没有人一生下来就能拳打泰森，也没有人能够只吃最后一个馒头就吃饱。 如果是在小国，它们的市场太小撑不起一个产业的良性循环，也给不了自己的后起之秀足够的发展空间，最终被现有的行业巨头控制。而中国的市场之大，足够撑起关键产业的全产业链，融入“内循环”。 这是中国坚持独立自主的资本和底气。 北斗系统的成功，正是独立自主道路的成功，也能够给深陷技术封锁领域的科研人员带来足够的信心——依靠祖国，依靠努力，只要自己不投降，最终一定能打破封锁，实现技术突围。 不要在意碰壁的苍蝇，冢中的枯骨，摇曳的残烛，它们的结局只会是吹灯拔蜡，徒留一地灯灰。 要做的，是敢于斗争，敢于胜利。

中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席仪式，宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。| 图片来源：李响 @新华社