北斗導航系統前世今生
李明通就在中國北斗三號衛星導航系統最後一顆全球組網衛星發射前夕，位於美國北卡羅來納州三角研究園的非牟利研究機構「RTI國際」（RTI International，前身為三角研究所），受美國國家標準和技術研究所（NIST）贊助，發表了一份關於全球定位系統（GPS）的研究報告，內容頗為有趣。報告稱，電信業是GPS最大的受益者，產生價值高達約6,859億美元；遠端資訊處理技術排第二，價值3,250億美元；智能手機上的定位服務排名第三，價值2,150億美元。一旦GPS停擺，普通月份每天將造成全球約10億美元的損失，4、5月份的播種季節每天損失可達約15億美元。
這份研究報告固然是在強調美國GPS對全球的重要性，顯示它與現代生活密不可分，創造了巨大的經濟價值，同時也從競爭對手的角度證明了中國自主研發北斗衛星導航系統的前瞻性與正確性，而中國之所以自主研發衛星導航系統，也與美國的刺激不無關係。
美國的雙重刺激
上世紀五十年代，美國約翰．霍普金斯大學應用物理實驗室的科學家通過對蘇聯首顆人造衛星軌道數據的研究，打開了衛星導航時代的大門。1964年，美國率先建成世界第一個衛星導航系統—由6顆衛星構成的「子午儀衛星系統」； 八十年代美國又率先開建了世界第一個全球衛星導航系統—由24顆衛星構成的GPS系統。GPS作為美蘇冷戰的產物，真正顯現出威力是在1990年的海灣戰爭中，此時蘇聯解體已成定局，反而是中國被震撼了。戰前，基於自身作戰經驗考量，中國軍方看好伊拉克陸軍，認為美軍會吃大虧，現實卻是美國空地一體下的摧枯拉朽。縈繞中國軍方心頭的是—將伊拉克軍隊換成中國軍隊會如何？從此中國開始力推國防現代化。配備GPS系統的精確制導武器在戰爭中的表現，給中國軍方留下了深刻印象，開始意識到衛星導航系統的價值。
1993年發生的「銀河號事件」，無疑又一次刺激了中國，再次為中國展示了衛星導航系統的重要性。當年7至9月間，美國以懷疑中國銀河號貨輪向伊朗運送化學武器原料為由，在印度洋公海上攔截該貨輪，要求登船檢查。為此，美國甚至局部關閉了銀河號所在海區的GPS信號，致使銀河號無法確定位置及航向，不得不在印度洋上停了下來，被美國軍艦截停長達三周，最終不得不在沙特阿拉伯海軍基地接受美國登船檢查。事後，美國不僅拒絕賠償損失，也拒絕道歉，極其傲慢地將責任推給了情報錯誤。
就在銀河號事件的次年，中國政府批准了中國科學院院士、「兩彈一星功勳獎章」獲得者陳芳允的「雙星定位系統」方案，正式啟動北斗衛星導航系統建設。所謂的「雙星定位系統」早於1983年由陳芳允與合作者提出，基於三球定位原理，採用兩顆同步衛星進行定位，並同時進行通信。1989年，陳芳允團隊通過通信衛星進行了雙星定位實驗，驗證了雙星定位技術的可行性。
從1989年雙星定位技術獲得驗證到1994年北斗衛星導航系統啟動，時間跨度長達五、六年，最大的原因恐怕並非技術問題而是經費問題，當時的中國太窮了。可以想像，如果沒有海灣戰爭與銀河號事件接踵而來的刺激，北斗衛星導航系統建設的啟動恐怕還會延遲，
北斗一號與「伽利略計劃」
按照中國北斗衛星導航系統「三步走」發展規劃，1994年啟動的北斗衛星導航系統建設屬於第一代，即「北斗衛星導航試驗系統」，通過「雙星定位技術」構建區域性衛星導航系統，實現中國及周邊地區範圍內的定位服務，為正式的、全球性的北斗衛星導航系統探路。
2000年10月和12月，中國在西昌衛星發射中心成功將兩顆北斗導航試驗衛星，即「北斗一號衛星」發射入軌，2003年又發射了一顆備份衛星，從而完成了「北斗衛星導航試驗系統」建設，成為繼美國、俄羅斯後第三個擁有自主衛星導航系統的國家。
北斗衛星導航試驗系統定位精度達到20米，與美國GPS民用版相當；北斗系統的回應時間僅1秒，優於GPS系統；北斗獨有的「短報文」功能在2008年汶川大地震中曾發揮巨大作用，在地震中心汶川縣城與外界通信斷絕時，是軍隊的北斗終端將一線災情第一時間發送到了後方。當然，作為實驗系統，北斗一號缺點也很多，比如覆蓋範圍有限、有源定位在軍事上容易暴露位置、地面主控限制了用戶容量等等，但北斗一號作為實驗系統無疑是成功的。
就在中國北斗衛星導航試驗系統建設的同時，歐盟各國為了減少對美國GPS的依賴，也計劃建設自己的衛星導航系統。1999年，歐盟首次公布了伽利略衛星導航系統計劃，將發射30顆衛星構建一個不同於美國GPS、俄羅斯格洛納斯（GLONLASS）的民用全球定位系統。2003年5月，歐盟和歐洲太空總署正式啟動伽利略衛星導航系統建設。
為了分擔伽利略計劃建設成本，歐盟向中國伸出了橄欖枝，邀請中國加入伽利略衛星導航系統建設。出於「兩條腿走路」方針，2004年中國與歐盟正式簽署協議加入伽利略計劃，成為該計劃第一個非歐盟成員國。根據協定，中國將擁有伽利略系統的部份所有權和全部使用權，並承諾為伽利略計劃出資2.3億歐元，據英國廣播公司（BBC）報道，這大約是伽利略系統預期成本11億歐元的五分之一。
然而，隨着2005年歐洲政治轉向，歐盟對華政策反轉，中國在伽利略計劃中日益受到排擠。中國作為主要投資者之一，不僅在技術上被封鎖，還被排除在伽利略計劃決策機構之外，事實上淪為財務投資者。迫不得已，2006年底中國退出伽利略計劃，轉而全力發展北斗導航系統。時至今日，北斗衛星導航系統已經後來居上，最後一顆全球組網衛星發射在即，而伽利略系統目前投入運行的在軌衛星才22顆，距離30顆的總數還有一定距離。
自力更生終成大器
在2004年加入歐洲伽利略計劃的同時，中國也沒有放棄自研的北斗衛星導航系統，於當年啟動了「三步走」計劃的第二步—到2012年發射16顆衛星，建成覆蓋亞太地區的北斗衛星導航系統，也即第二代北斗衛星導航系統「北斗二號」。
也是從北斗二號開始，北斗衛星導航系統開始由第一代的軍用系統向GPS一樣的軍民兩用系統發展。從2007年4月北斗二號第1顆衛星發射，到2012年12月第16顆衛星入軌，短短五年時間，中國建成了覆蓋亞太大部份地區的第二代北斗衛星導航系統，攻克了以導航衛星總體技術、高精度星載原子鐘等為代表的多項關鍵技術。
2009年，第二代北斗導航系統尚未建成，中國就啟動了第三代北斗衛星導航系統即「北斗三號」建設，從覆蓋亞太地區的區域衛星導航系統進入全球組網時代，建立由30顆衛星組成的全球衛星導航系統。按原定計劃，中國將在2014年發射第一顆實驗衛星，2020年前完成組網，但因故2015年才發射第一顆實驗衛星，2017年底才發射北斗三號第一顆導航衛星開始全球組網。
憑藉技術上的厚積薄發，從2018年開始，中國第三代北斗導航體系建設全面提速，僅2018年一年之內就發射了18顆北斗導航衛星，其中前16顆都採用了一箭雙星方式發射。2019年，中國又發射了9顆北斗導航衛星，距離完成全球組網僅剩兩顆。2020年3月，倒數第二顆北斗導航衛星成功入軌；上周二（6月23日），最後一顆北斗導航衛星在因突發技術問題推遲七天後成功發射，進入在軌測試階段。北斗衛星導航系統全球組網開始讀秒。
在進行北斗衛星導航系統硬體建設的同時，中國也全力推進北斗導航生態體系的建設。一方面力推北斗衛星導航標準國際化，目前北斗系統已經被國際民用航空組織（ICAO）、國際海事組織以及世界通信標準組織3GPP等接受並納入其標準體系，是繼美國GPS、俄羅斯GLONLASS之後第三個國際海事組織認可的世界無線電導航系統。也就是說，北斗導航系統在全球組網的同時，已經走出了國門，得到了世界的認可。
另一方面，中國大力發展北斗導航產業，形成了一個初具規模的北斗導航產業集群。據統計，截至2019年底，中國衛星導航專利累計申請超過七萬宗，位居世界第一；2018年中國北斗導航產業總產值達3,016億元人民幣，是2008年285億元人民幣的十倍以上，預計到2025年產值還將翻一倍達6,400億元人民幣。更為難得的是，北斗整個產業鏈已全部打通，晶片、板卡、天線、終端、軟體和服務等，中國企業已經建立了自主生態鏈。對於普通人而言，目前所使用的手機基本已經全部支援北斗導航系統，且所能搜到的北斗導航衛星與GPS導航衛星數量相差無幾。
誠如「RTI國際」研究報告所說，美國GPS系統停擺世界會損失慘重，但現在有了「Plan B」—中國的北斗衛星導航系統。在歐洲伽利略衛星導航系統狀況百出、俄羅斯GLONLASS每況愈下的今天，可與美國GPS系統匹敵的唯有中國北斗衛星導航系統。
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上文節錄自第220期《香港01》周報（2020年6月29日）《北斗導航系統前世今生》。
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