↑↑↑北斗最終星成功發射！ 「北斗星座」閃耀著上海的智慧光芒

3月23日上午，最後一顆北斗三號全球連網衛星成功發射。

從2009年發射到今天第30顆衛星的發射，北斗三號系統的建成標誌著我國自1980年代以來一直在探索的，針對我國國情發展衛星導航系統的「三步驟」發展戰略取得了成功。

目前，北斗衛星共有24顆在中地球軌道上運行，3顆在地球靜止軌道上運行，3顆在傾斜地球同步軌道上運行。幾乎每一顆閃耀在天空中的北斗衛星都凝聚著上海科研人員的辛勤付出和卓越貢獻。

“一顆星星彼此相連，所有的星星也彼此相連。”

讓衛星也“與天空對話”

中國科學院浦東張江北斗導航衛星研發團隊已完成北斗三號系統12顆衛星的研發與發射。該團隊將於2018年建成北斗導航系統基礎系統並提供全球服務，並於2020年完成整個系統的建設，為中國北斗全球衛星導航系統的建設提供新的解決方案。

今年，這支團隊成立僅十週年，成員平均年齡僅三十出頭，堪稱航太領域的新生力量。正是這股「實力雄厚」的力量，為穩定領先的衛星研發注入了更多創新靈感。在北斗三號的研發過程中，他們完成了數百項衛星應用關鍵技術研究計畫​​。

▲研究人員正在對北斗三號衛星進行精密測量（圖片由中國科學院微衛星創新研究所提供）

航空航太領域有一條不成文的規定，每顆恆星上使用的新技術通常不會超過 30%，但這個團隊在第一顆測試恆星上使用的新技術卻接近 80%。

這支年輕的團隊秉持創新精神，大膽嘗試從整體上革新衛星設計理念和管理模式。他們運用框架面板結構、獨立星敏感器定位、高功能密度整合電子架構等技術，打造了“中國科學院導航衛星專用平台”，有效提升了衛星的適應性和可擴展性。

他們提出了一種獨創的「功能鏈」設計理念，旨在最大限度地優化和整合衛星內部資源。他們用一台高效能計算機取代了原先用於控制的20多台計算機，這在顯著降低成本的同時，提高了功能密度。

更值得一提的是，他們在星間鏈路技術方面取得了突破，實現了“一星連接、星對星連接”，使衛星能夠“在空中相互對話”，解決了限制北斗全球網絡發展的瓶頸。

▲北斗三號正在發射場進行最終組裝（圖片由中國科學院微衛星創新研究所提供）

繼首顆試驗衛星之後，該團隊在後續北斗三號全球聯網衛星的研製過程中，又在衛星自主診斷和恢復技術方面取得了突破，使衛星具備了「自診斷和自恢復」能力。衛星無需地面幹預即可進行自主健康診斷、故障隔離和恢復，大大提高了衛星的可用性。

此外，北斗三號還首次採用了大功率氮化鎵基固態放大器，有效提高了信號質量；突破了高精度時頻無縫切換技術，為實現全球系統信號的高連續性奠定了基礎；採用了國產龍芯+FLASH架構，填補了國內航天處理器的空白，實現了所有核心器件的國產化，帶動了整個產業鏈的發展。

在目睹最後一顆北斗三號全球網路衛星成功發射入軌的同時，這支隊伍開啟了新的旅程。根據我國導航戰略需求，2035年將建成更普及、更加一體化、更智慧化的定位、導航和授時一體化系統。他們將繼續為下一代導航衛星而奮鬥。

打造北斗強大的“心臟”

需要6萬年才會出現1秒的誤差。

時間和空間位置資訊是國家重要的戰略資源。取得衛星位置資訊和衛星上的精確時間資訊是導航衛星的兩個核心參數－十億分之一秒（1奈秒）的時間差會導致0.3公尺的距離誤差。

為了實現分米級和厘米級的導航定位精度，北斗衛星必須擁有強大可靠的「心臟」——星載原子鐘，以及清晰敏銳的「大腦」——資訊處理系統。

2002年，中國科學院上海天文台在多年地面主動式氫原子鐘研發的基礎上，啟動了被動式星載氫原子鐘的研究。 2015年，由此天文台研發完成的我國首顆星載氫原子鐘隨新一代北斗導航衛星發射升空。

▲北斗三號空間氫原子鐘原型模型（圖片由上海天文台提供）

過去五年裡，伴隨北斗衛星進入太空的氫鐘的性能不斷提高，其組件、原料和核心技術都實現了完全自主控制。這次，上海天文台提供的氫鐘跟著「最終之星」進入太空。它的精準度已達到每天誤差小於1奈秒，相當於600萬年誤差1秒。它是目前天空中表現最佳的原子鐘之一。

就在北斗系統即將結束之際，上海天文台的科研人員研發出了更輕的北斗「心臟」：他們成功地將氫鐘的重量從23公斤減至13公斤。今年底前，將有三台氫鐘交付用戶，用於明年北斗網路衛星的運作。

▲上海天文台的科研人員正在測試正在研發中的氫鐘（圖片由上海天文台提供）

除了強大的“心臟”，還需要敏銳的“大腦”。上海天文台為北斗系統研發了“最強大的大腦”，能夠即時糾錯並擁有多重備份，從而實現“快速、準確、穩定”的定位要求。

為了打造“最強大的大腦”，中國科學院上海天文台資訊處理系統技術總監胡曉功帶領團隊經歷了“從科學家到工程師”的痛苦轉變。

當試圖將牛頓和愛因斯坦留下的用於計算自然天體的公式應用於人造天體（例如繞地衛星）的軌道計算時，他們遇到了太多意想不到的情況。他們克服了各種不利條件，在世界上首次提出並實施了「區域監測網+星間鏈路」的星地聯合精密定軌技術。他們還專門設計了一種演算法，最終實現了北斗三號的精密定位性能指標。

為了進一步計算北斗系統的精準度，上海天文台也發展了一種特殊的雷射「天尺」－中國首個可移動式全天候衛星雷射測距系統，最大測距範圍達38,800公里，並已成功應用於北斗衛星公分級精度的雷射測距。這些都為我國北斗衛星導航實現全球服務做出了不可取代的關鍵貢獻。

地基加固

讓定位服務像網路一樣便利

如果說微星研究院和上海天文台都在努力建立北斗導航系統，那麼上海高科技公司千尋定位則利用雲端運算、大數據處理和自身精湛的演算法，將「北鬥訊號」轉化為像使用行動網路一樣便捷的服務體驗。

千尋定位在過去五年為全球衛星導航領域打造的新系統實現了公分級定位、毫米級感測和奈秒授時。截至 2019 年，該系統的高精度服務可以涵蓋除無人居住地區以外的全國大部分地區。

▲千迅定位系統展示的農用植物保護無人機作業展示圖。定位精度達到公分級，可有效減少農藥噴灑量（圖片由千迅定位提供）。

「北斗已完成全球網路建設。我們將於年內同步推出全球增強型服務，整個鏈路將支援北斗三號的最新訊號。」千尋定位CEO陳金培表示，公司兩款核心產品目前均支援最新訊號。

自2019年3月起，千尋定位公司以自主研發的「千龍」時空伺服器取代了北斗衛星地面增強站的核心設備，以提升包括北斗三號在內的所有衛星導航公共服務訊號的處理能力。替換工作已接近尾聲。

隨著北斗全球網衛星的成功發射，陳金培認為更廣闊的市場即將出現。 “未來三年，北斗將加快定位步伐，服務超過1億用戶。”

過去五年，千尋定位與全球主流晶片廠商及產業夥伴攜手合作，將北斗高精度定位技術與5G、人工智慧結合，應用於自動駕駛、產業升級、測繪、智慧城市、公共服務等領域，推動北斗應用落地。預計今年將有六款搭載北斗高精度定位技術的自動駕駛車型正式量產上市。

▲千尋定位系統場景示範圖。未來，每輛車都將被賦予精確的時間和空間標籤，以便更好地實現車路協同（圖片由千尋定位提供）。

北斗導航開啟了一個極為廣闊的世界。 2019年，千尋定位發起「北斗智慧創客」競賽，開放相關技術平台，讓許多創新企業與個人參與高精準定位能力的應用開發。結果顯示，40%的參賽者出生於1995年以後，70%的參賽者年齡在35歲以下。

6月23日是北斗系統全球連網的最後一天，也是北斗導航應用新時代的開始之日。

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