↑↑↑北斗终星成功发射！“北斗星座”闪耀着上海的智慧光芒

3月23日上午，最后一颗北斗三号全球联网卫星成功发射。

从2009年发射到今天第30颗卫星的发射，北斗三号系统的建成标志着我国自3世纪1980年代以来一直在探索的，针对我国国情发展卫星导航系统的“三步走”发展战略取得了成功。

目前，北斗卫星共有24颗在中地球轨道运行，3颗在地球静止轨道运行，3颗在倾斜地球同步轨道运行。几乎每一颗闪耀在天空中的北斗卫星都凝聚着上海科研人员的辛勤付出和卓越贡献。

“一颗星星彼此相连，所有的星星也彼此相连。”

让卫星也“与天空对话”

中国科学院浦东张江北斗导航卫星研制团队已完成北斗三号系统12颗卫星的研制和发射。该团队将于2018年建成北斗导航系统基础系统并提供全球服务，并于2020年完成整个系统的建设，为中国北斗全球卫星导航系统的建设提供新的解决方案。

今年，这支团队成立仅十周年，成员平均年龄仅三十出头，堪称航天领域的新生力量。正是这股“实力雄厚”的力量，为稳定领先的卫星研发注入了更多创新灵感。在北斗三号的研发过程中，他们完成了数百项卫星应用关键技术研究项目。

▲研究人员正在对北斗三号卫星进行精密测量（图片由中国科学院微卫星创新研究所提供）

航空航天领域有一条不成文的规定，即每颗恒星上使用的新技术通常不会超过 30%，但这个团队在第一颗测试恒星上使用的新技术却接近 80%。

这支年轻的团队秉持创新精神，大胆尝试从整体上革新卫星设计理念和管理模式。他们运用框架面板结构、独立星敏感器定位、高功能密度集成电子架构等技术，打造了“中国科学院导航卫星专用平台”，有效提升了卫星的适应性和可扩展性。

他们提出了一种独创的“功能链”设计理念，旨在最大限度地优化和整合卫星内部资源。他们用一台高性能计算机取代了原先用于控制的20多台计算机，这在显著降低成本的同时，提高了功能密度。

更值得一提的是，他们在星间链路技术方面取得了突破，实现了“一星连接、星对星连接”，使卫星能够“在空中相互对话”，解决了限制北斗全球网络发展的瓶颈。

▲北斗三号正在发射场进行最终组装（图片由中国科学院微卫星创新研究所提供）

继首颗试验卫星之后，该团队在后续北斗三号全球联网卫星的研制过程中，又在卫星自主诊断和恢复技术方面取得了突破，使卫星具备了“自诊断和自恢复”能力。卫星无需地面干预即可进行自主健康诊断、故障隔离和恢复，大大提高了卫星的可用性。

此外，北斗三号还首次采用了大功率氮化镓基固态放大器，有效提高了信号质量；突破了高精度时频无缝切换技术，为实现全球系统信号的高连续性奠定了基础；采用了国产龙芯+FLASH架构，填补了国内航天处理器的空白，实现了所有核心器件的国产化，带动了整个产业链的发展。

在目睹最后一颗北斗三号全球网络卫星成功发射入轨的同时，这支队伍开启了新的征程。根据我国导航战略需求，到2035年将建成更加普及、更加一体化、更加智能化的定位、导航和授时一体化系统。他们将继续为下一代导航卫星而奋斗。

打造北斗强大的“心脏”

需要6万年才会出现1秒的误差。

时间和空间位置信息是国家重要的战略资源。获取卫星位置信息和卫星上的精确时间信息是导航卫星的两个核心参数——十亿分之一秒（1纳秒）的时间差会导致0.3米的距离误差。

为了实现分米级和厘米级的导航定位精度，北斗卫星必须拥有强大可靠的“心脏”——星载原子钟，以及清晰敏锐的“大脑”——信息处理系统。

2002年，中国科学院上海天文台在多年地面主动式氢原子钟研发的基础上，启动了被动式星载氢原子钟的研究。2015年，由该天文台研制完成的我国首颗星载氢原子钟随新一代北斗导航卫星发射升空。

▲北斗三号空间氢原子钟原型模型（图片由上海天文台提供）

过去五年里，伴随北斗卫星进入太空的氢钟的性能不断提高，其组件、原材料和核心技术都实现了完全自主控制。这一次，上海天文台提供的氢钟跟随“最终之星”进入太空。它的精度已达到每天误差小于1纳秒，相当于600万年误差1秒。它是目前天空中性能最佳的原子钟之一。

就在北斗系统即将结束之际，上海天文台的科研人员研发出了更轻便的北斗“心脏”：他们成功地将氢钟的重量从23公斤减至13公斤。今年年底前，将有三台氢钟交付用户，用于明年北斗网络卫星的运行。

▲上海天文台的科研人员正在测试正在研发中的氢钟（图片由上海天文台提供）

除了强大的“心脏”，还需要敏锐的“大脑”。上海天文台为北斗系统研发了“最强大的大脑”，能够实时纠错并拥有多重备份，从而实现“快速、准确、稳定”的定位要求。

为了打造“最强大的大脑”，中国科学院上海天文台信息处理系统技术总监胡晓功带领团队经历了“从科学家到工程师”的痛苦转变。

当试图将牛顿和爱因斯坦留下的用于计算自然天体的公式应用于人造天体（例如绕地卫星）的轨道计算时，他们遇到了太多意想不到的情况。他们克服了各种不利条件，在世界上首次提出并实施了“区域监测网+星间链路”的星地联合精密定轨技术。他们还专门设计了一种算法，最终实现了北斗三号的精密定位性能指标。

为了进一步计算北斗系统的精度，上海天文台还研制了一种特殊的激光“天尺”——中国首个可移动式全天候卫星激光测距系统，最大测距范围达38,800公里，并已成功应用于北斗卫星厘米级精度的激光测距。这些都为我国北斗卫星导航实现全球服务做出了不可替代的关键贡献。

基础加固

让定位服务像互联网一样便捷

如果微星研究院和上海天文台都在努力建设北斗导航系统，那么上海高科技公司千寻定位则利用云计算、大数据处理和自身精湛的算法，将“北斗信号”转化为像使用移动互联网一样便捷的服务体验。

千寻定位在过去五年中为全球卫星导航领域打造的新系统实现了厘米级定位、毫米级传感和纳秒级授时。截至 2019 年，该系统的高精度服务可以覆盖除无人居住地区以外的全国大部分地区。

▲千迅定位系统展示的农用植物保护无人机作业演示图。定位精度达到厘米级，可有效减少农药喷洒量（图片由千迅定位提供）。

“北斗已完成全球网络建设。我们将于年内同步推出全球增强型服务，整个链路将支持北斗三号的最新信号。”千寻定位CEO陈金培表示，公司两款核心产品目前均支持最新信号。

自2019年3月起，千寻定位公司用自主研发的“千龙”时空服务器替换了北斗卫星地面增强站的核心设备，以提升包括北斗三号在内的所有卫星导航公共服务信号的处理能力。替换工作已接近尾声。

随着北斗全球网卫星的成功发射，陈金培认为更广阔的市场即将出现。“未来三年，北斗将加快定位步伐，服务超过1亿用户。”

过去五年，千寻定位与全球主流芯片厂商及行业伙伴携手合作，将北斗高精度定位技术与5G、人工智能相结合，应用于自动驾驶、产业升级、测绘、智慧城市、公共服务等领域，推动北斗应用落地。预计今年将有六款搭载北斗高精度定位技术的自动驾驶车型正式量产上市。

▲千寻定位系统场景演示图。未来，每辆车都将被赋予精确的时间和空间标签，以更好地实现车路协同（图片由千寻定位提供）。

北斗导航开启了一个极其广阔的世界。2019年，千寻定位发起“北斗智能创客”大赛，开放相关技术平台，让众多创新企业和个人参与到高精度定位能力的应用开发中。结果显示，40%的参赛者出生于1995年以后，70%的参赛者年龄在35岁以下。

6月23日是北斗系统全球联网的最后一天，也是北斗导航应用新时代的开始之日。

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