本文摘要：原标题：差点替代了北斗，把中国踢出局的伽利略竟然中断了！背后是中国与美国、欧洲的暗战四大全球导航系统之一的伽利略，陷于全面“拉闸”状态。

原标题：差点替代了北斗，把中国踢出局的伽利略竟然中断了！背后是中国与美国、欧洲的暗战四大全球导航系统之一的伽利略，陷于全面“拉闸”状态。作为伽利略项目曾多次的参与方与投资方，中国用北斗系统再度证明了自力更生在核心技术领域的重要性，有些东西是等没法、靠不住、要不出的。北斗系统的故事，有一点我们细细品味，“北斗人”的精神，有一点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，我们重刊一篇描写北斗故事的深度特稿。文|大包本文转载自微信公众号“科工力量”（ID：guanchacaijing），原文亮相于2018年12月29日，标题为《天上这些星星，是中国人竣工》，不代表瞭望台智库观点。第二枚战斧导弹，沿着第一枚炸出的缺口精准压制——解放军被愤慨了。那一年，GPS一战崭露头角。

1990年的海湾战争。美军的导航系统卫星还只有15颗，每天不能获取15小时的服务。一切都还不成熟期。当时的美国国防部长理查德·切尼却很有底气：“伊拉克意味著会想起，在没任何地形特征的情况下，我军需要胜利地穿过西部沙漠。

”一个新名词问世了：“外科手术式压制”。战争的结果早已载入史册，那是一场高科技之战。想象一下，数十架轰炸机、投弹数百吨才能已完成的水坝空袭任务，变为只必须2枚导弹在数百公里外突袭升空，甚至第二枚可以通过第一枚炸出的大坝缺口钻进去。

GPS为数百架美军战机获取准确导航系统，大大提高了美军F-16和B-52战机的反击精度，伪装战机和巡航导弹完全也全部依赖GPS来自由选择最佳的隐密反攻路线。海湾战争后，第一次世界大战前后问世的陆基无线电导航系统，被美国首先代替为GPS卫星定位导航系统。当时，被新闻报道震惊的人们都想问，GPS怎么来的？不了了之十年1957年10月4日，苏联顺利升空了人类历史上第一颗人造卫星“斯普特一号”，两个美国人紧密注目着这件人类历史上的大事。

这是两个物理学家，他们在实验室中找到，这颗卫星的频率经常出现了位移，经研究原本是相对运动引发的多普勒频移效应。他们又研究找到，在地面上架设多部接收机，就可以根据接管到的信号的有所不同频差推算这个卫星的具体位置。那如果反过来呢？五角大楼想要告诉，如何在茫茫大海中寻找军舰的方位。

样子有思路了。1958年2月1日，美国顺利升空了“探险者一号”卫星。1958年5月17日，毛泽东豪放宣告“我们也要做人造卫星”。

当时的毛泽东有可能并不知道，GPS系统的前身，也就是美军的子午仪卫星定位系统，早已在那一年开始研制。1970年4月12日，“两弹一星”工程中的“一星”再一步入了顺利升空，东方红乐曲呼喊太空。这时定位导航卫星早已转入了决策层的视野。

因为1958-1964年间，美国海军和美国空军分别制订并实行了全球定位计划Tinmation和621-B，此后又被美国国防部合二为一。1978年美军开始实行GPS计划，中国科学家也没暂停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，想要做一套GPS还是很远的梦想。能无法尽可能用较多的卫星资源创建中国自己的“GPS”？后来取得“两弹一星”功勋的陈芳允院士，明确提出了双星定位方案，并在1989年展示顺利，构建了地面目标利用两颗卫星较慢定位、通信和定点一体化。但由于种种原因，陈芳允的计划还是被不了了之了。

展示顺利的那一年，美国的第一颗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”的彩车震惊，退出北大自由选择国防科大的王飞雪，步入了大学校园。

第二年，海湾战争愈演愈烈了，也把中国人打醒了，被不了了之十年的双星定位方案立刻启动。GPS这类系统方案中，第一个要解决问题的问题就是：卫星该使用较低、中、低哪种轨道？如果使用较低轨道，升空成本较为较低，精度较为低，但若覆盖面积全球的话则必须200颗卫星，这样庞大的工程，连美国也开销不起。如果使用低轨道，理论上三颗卫星就能覆盖面积全球，但定位精度不会很低，而且低轨道卫星的升空可玩性大。

美国使用了24颗卫星中轨道的折衷方案。而中国当时的国情是既借钱也没有经验，在跟上阶段自由选择了只在低轨道升空两颗星，惯性在中国海面为中国服务。

空间中三个座标才能定位，北斗一代在双星定位方案中有个高度仪，用户必须自测高程，并将结果作为第三个座标。感叹够节省的！仓库实验1995年，还在读博士的王飞雪，听见一个消息。正在行进中的北斗一代系统建设遇上了瓶颈问题——信号较慢捕捉，国内十几家单位、几十位著名专家10年未能攻陷。

“为什么不可以另辟蹊径？”王飞雪和几个同伴夜以继日的力战了好多天，写一个新的算法，红着眼睛转交导师也是系主任庄钊文。庄钊文在计算出来检验后眼前一亮，但他告诉，事情不简单。各种批评声不绝于耳。“这是事关国家安全性和经济发展战略的根本性科研项目，忘是儿戏？”“这个难题别人花费10年功夫也没攻下，几个年轻人能行？”不少专家甚至指出这是一个“显然不有可能构建”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道，你们还必须用实验来证明你们在纸笔当中得出结论的这个结论。这几个年轻人拿着4万尝试经费和一台台式计算机，去找了一个十平方米的仓库改建成实验室。整整3年，他们一无所获，但没退出。

“因为很难，我很激动，一心想搞清楚。”王飞雪说道，“最初的电路板模型大如门板，光芯片就有192块，后来芯片传输到63块，改为了3块小板。

”三年后的一天，他们像整天一样关上设备，调试等候，突然间有人说道你看你看上面有一个信号，所有人脖子都卯在这个小小的屏幕前，他们不坚信自己的眼睛，于是新的做到了一次实验，信号应允而至，几个小伙子抱着在一起跳跃啊、大笑啊、大哭啊。系主任庄钊文又带着王飞雪和几个同学去找那位老先生。老先生开会20多个专家进了一次论证会，当看见显示器上脉冲闪亮，信号捕猎顺利的一刻，到场的专家们一起抱住起立。

这位老先生正是陈芳允。作为中国卫星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系统定位技术工程研究中心主任。

用将近GPS系统1/3的时间和1/4的经费，中国在2004年竣工了北斗一代，沦为继美、俄之后，世界上第三个享有自律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”，虽然超过了设计指标，但其定位精度大自然相比之下比不过GPS，前面说道了，原因主要在于只有两颗低轨道卫星的节省。

在GPS的反衬下，中国北斗一代因性能较强而受到诟病。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，汶川再次发生了里氏8.0级地震，由于震央灾情极为相当严重，通信、电力、交通全部都被毁坏只剩，抗震救灾指挥部几乎无法与震央取得联系。

13日12时，总站当值监控屏幕上，一个白点跳进值班人员眼帘，“灾区有人用于北斗了！”随着一声惊叫，大家的眼光探讨到灾区的电子地图上，不见这个白点沿着马尔康、黑水的317国道分路汶川。“这是哪支部队？”卫星导航系统定位指控中心工作人员伤心之后收到疑惑。“北斗一号”卫星定位导航系统虽然不具备双向通信功能，但出于保密的原因，指控中心不能“看”到信号，无法理解定位终端升空信息的内容。

最后坎到，这显然是一支武警救援部队受命前往灾区。旋即，一条条信息涌进指挥官大厅的屏幕上：“我支队月底11时以摩托化向成都方向机动”、“美英法等国游客受困卧龙人员安全性”、“卧龙特区催促空投帐篷和药品”……14日，总站奉命派遣北斗导航应急分队，装载将近千台用户机应急赶赴灾区，很快架起军队抗震救灾指挥部与灾区一线各级指挥机构的交流桥梁，构建了抗震救灾的流畅指挥官。之后，加装在唐家山堰塞湖的北斗水文监测系统，大大传到近期水情数据，为排险获取可信决策依据；安装在抗震救灾直升机上的北斗装备，有效地解决问题了山区简单环境下航迹监控、通信联络等问题，提升了飞行中安全系数。

这就是北斗的首次顺利应用于的故事。北斗一代，因为比不过GPS和海事卫星被大骂得最少的一代，在地震时却充分发挥出有了不不受地面影响的优势。由于美国的作法是定位和通信卫星各司其职，所以GPS不具备北斗这样的通信功能。北斗一代的大部分信道资源必需让出定位数据的传输，所以通信上无法语音，不能短信，可没想到，真派上了大用场。

就是这个在骂声中茁壮一起的北斗一代，沦为了救援指挥官部队和前线救援人员最能干的通信助手，最大限度地确保了“72小时黄金救治时间”的有效地利用，突显了北斗服务民生的技术优势。“伽利略”姻缘1983年，韩国客机因导航系统故障误闯苏联领空被击毁，美国政府开始推崇卫星导航系统的民用性，时任总统里根要求对外开放GPS给民众用于，GPS由军方专用变成军民共用。1996年，时任美国总统克林顿公布《国家GPS政策》，允诺免费持续对民用对外开放GPS标准定位服务；希望各国引进用于GPS，鼓舞GPS民用设备制造商、应用于开发商和电子货币服务商转入民用市场。

随着2000年GPS被载入《美国法典》，GPS军民两用性获得了法律形式的证实。早期，GPS系统在所有的民用信号上放了阻碍。后来为应付俄罗斯/苏联的格洛纳斯系统挑战，中止了这个阻碍，定位精度就获得很大提升。

但是，GPS对外开放的只是民码，定位精度依然比美国军方用于的军码劣了十倍。天下没免费的午餐，美国为什么要免费获取GPS服务？一个很最重要的原因是，要收费，在技术上做到将近。

GPS是单向通信体制，只管发信号，是谁在接管并用于这些信号却不知情，也就无法收费。美国索性“免费”获取服务，再行通过收费的产品，派生出有一个可观的国际性产业，既能使美国自身涉及的高科技公司获益，又输入了强劲的国家软实力。虽然美国政府在GPS有所不同发展阶段施行了一系列国家政策，但是其核心思想有恒定的特性：确保GPS全球领先地位，提供军事和经济效益。但是美国随时可以暂停GPS民码服务、减少阻碍、乃至获取欺诈位置服务信息。

如果别的国家的军事系统上加装美国GPS，就受制于人，在关键时刻可能会造成灾难性的后果。这事情还真为再次发生过。1999年印巴Kaigil战争期间，美国必要关闭了印巴战区的所有GPS服务，造成双方倚赖GPS的设备无法用于，给双方导致巨大损失。

所以不仅是中国，美国的盟友也想要做一套自己的系统。法国前总统希拉克曾感叹地说道：“没自己的卫星导航系统，欧洲将不可避免地出美国的附庸。”尽管美国重复劝说，欧洲还是铁了心要做自己的伽利略系统。一天，科技部国家遥测中心副主任张国成回家时，儿子回答他伽利略计划是怎么回事。

张国成乘机做到了次“科普”，儿子这下才告诉，原本代表中方在中欧伽利略计划技术合作协议上签署的人就是他的父亲。4年前，欧盟委员会副主席德帕拉西奥在和时任国家总理朱镕基会谈时回应，青睐中国参予伽利略计划。

中国和欧盟都期望合作研发自己的卫星导航系统定位系统，而比较独立国家于美国的GPS技术。在后来的谈判中双方一拍即合，中国拿走2亿欧元“会员”。

但中国确实的“入会费”只不过没有那么多。根据协议，中国第一阶段投放7000万欧元，其中只有500万欧元是缴纳外汇，相等于“入会费”，另外6500万欧元将以实物形式缴纳。

也就是说，科技部将拨款经费，由国内的科研生产单位来分担项目，展开设备研制等。这为中国的机构和企业谋求到了相当大的利益，在艰苦的谈判之后，欧盟也不作了妥协。

愿重新加入伽利略计划的中国，将自己的“北斗”定位为区域导航系统。但事情却起了变化。

转入2005年，欧洲政治开始改向，之前“亲华”的德国总理施罗德黯然隐退，由来自亲美政治家默克尔兼任德国新的总理，而法国也转入了领导人交错的时代，希拉克的影响力渐渐上升，内亲美的萨科齐于2007年开始兼任法国总统。在伽利略计划的财政和利益分配上，欧盟也开始排斥中国，将中国关进了“伽利略”核心决策的大门之外。

中国对“伽利略”的影响，甚至比不上没为信号扩充系统缴纳一分钱的日本和印度。再加中国不有可能拒绝接受国防上与日本、印度用于完全相同的系统，于是中国开始把注意力移往到沉寂数年的“北斗”系统上。频率之争法国前总统希拉克说道过，伽利略是为了防止欧洲沦落美国“技术附庸”的系统。他后来又说道，可事情怎么发展出了这样，再行这样下去，欧盟将陷于不受中国制约的境地。

这戏剧性的变化，要从频率资源想起。在卫星导航系统建设初始阶段，频率资源比较较为丰沛，建设时间较早于的GPS系统和GLONASS系统不不存在频率资源的冲突问题。到了北斗系统和“伽利略”系统建设的时候，频率争夺战就非常明显了。根据国际电信联盟“再行潘顿得”的规定，哪一个国家需要再行把这颗卫星升空上去，并且卫星向上升空这个频率的信号，以后这个频率资源就是他的了。

这就不可避免地遇上了卫星轨道和频率争夺战的问题。再行潘顿得的原则，似乎是发达国家为自己的利益设计的，奇特公平，只不过就不给发展中国家机会。但人算不如天算，欧洲经常出现了经济危机，“伽利略”系统资金链折断了。

当时“伽利略”系统提早申请人了频率资源，并发射卫星攻占了轨位。但是卫星并没通车，只是占到了轨道但没有占到频率。

“频率是国家战略资源，要像保卫国土一样保卫频率资源。”北斗频率设计与国际协商首席专家谭述森说道。经过简单的频率设计与周密的阻碍建模计算出来，创造性地明确提出了卫星导航系统频谱共用与兼容性评估准则。

经过与几十个国家300多次艰难的谈判，“北斗”再一谋求到了系统发展所必须的宝贵频率资源。2007年4月17日，是北斗系统申报的频率资源的最后期限，拒绝北斗试验星必需提早升空。卫星升空一般来说只有延后，没提早。

为了争夺战这个战略资源，经过各个部门的通力协作，截至4月14日长征三号甲火箭已完成所有打算工作，在西昌卫星发射中心举起等候升空。然而4月14日凌晨4点07分，现场又找到新的问题，火箭有一个连接器没按照规定开裂，如果三分钟内无法解决问题这个问题的话，对火箭、卫星甚至发射场都会是灭顶之灾。当时的升空指挥员在一分钟内下了7道指令，4点11分的时候，火箭带着北斗试验星顺利升空。

4月14日升空北斗试验星，4月15日卫星构建变轨，4月16日始向上发送到信号，在距离4月17日北斗申请人的频率资源过热前24个小时内，中国月落成了北斗申报的频率资源。但这颗卫星转入轨道旋即，遭遇大功率简单电磁干扰，信号接管成功率严重不足50%。要是不解决问题，将要组网的10多颗卫星升空计划将无限期延期。

要在小小的卫星上减少抗干扰设备，打造出电磁盾牌，“只不过把一头大象放进一个小冰箱。”这个问题，后来又是王飞雪团队解决问题的，他而立了军令状，在3个月内，拿走了具备极强抗干扰能力的卫星载荷，将我国北斗卫星抗干扰能力整整提升了1000倍。时任我国卫星导航系统工程总设计师孙家栋院士感叹：“你们是李云龙式的科研团队，关键时刻勇于亮剑，亮剑成败！”中国北斗二代把轨道和频率都占到上了，由于频率覆盖面积问题，除非中国事前表示同意，否则“伽利略”常规公共服务信号之后无法用作军事目的。

这就是希拉克那句话的缘由了。而在谈判桌的背后，可不只是谋求先行升空那么非常简单，背后是中国攻下一个个核心技术，绕过欧美专利的实力。曾经参与中美、中俄、中欧等国际谈判的王飞雪说道：“实力，你必需拿走自己的看家本领，让世界看见你的实力。”自律高效率肖恩·康纳利的《偷天陷阱》里，两个大盗利用两地时间不统一来盗取巨款。

时间就是金钱。授时，是北斗卫星导航系统除了导航系统定位服务外，另一个最重要功能。跨海大桥、海底隧道，许多台起重机一起合作，以致于上千米的作业面，时间上差点，就失之毫厘谬以千里。

北斗授时的实时精度早已到了纳秒级，比用电缆连一起做“同步控制”的电信号传输延时还要小的多，感叹做了“心有灵犀”，分毫不差。卫星要有低平稳的时间基准信号，必须星载原子钟，这是导航系统卫星的“心脏”。

在建设北斗之前，中国原子钟技术十分脆弱，原子钟产品仅有靠进口。进口钟不仅价格昂贵，而且关键技术掌控在别人手里，将使北斗系统潜入极大安全隐患。

“我们自己的导航系统卫星一定要用我们自己研制的原子钟！”北斗系统总师、“两弹一星”元勋孙家栋说道。原子钟工作原理牵涉到量子力学、电学、热学以及光学等学科，指标拒绝非常严苛。中科院武汉物理与数学研究所、航天科技集团空间技术研究院、航天科工集团二院203所等单位对星载有铷原子钟一系列关键技术积极开展研制成功。

这是一项十分“煮人”的工作，为了确保24小时不间断地测试，科研人员常常是白天调试，晚上看著在测试仪器前，仔细观察数据，一测量就是一整夜。在日夜兼程展开调试的阶段，大家就像上了发条的“钟”一样连轴转。

“三天三夜不合眼，那种上眼皮如同堕了铅的感觉大家一开始很不适应环境，有了第二回、第三回后大家都习以为常了。”大家作梦常常不会梦到原子钟试运行的情景：如何接线、如何搭乘电路、示波器上如何表明，如同现实的工作场景一般。有时，技术人员一唤醒来，立马沦落下了在办公室里的行军床，急忙将梦中的情境记录下来，检验、调试，后遗症多日的问题居然解决问题了。2005年，203所交付给了我国首批两台星载有铷原子钟工程化初样检验机，标志着我国原子钟自主化迈进一大步。

2007年，跟上了为争夺战频率资源提早升空的北斗试验星，我国自律研制的星载有铷原子钟上天服役。如今，我国已在国产北斗芯片、模块、天线等关键技术方面获得全面突破，已掌控卫星导航系统芯片核心技术自律知识产权，北斗芯片迈入40纳米新时代。尤其值得一提的是，第16颗北斗卫星开始，首次用于中国生产的“龙芯”中央处理器（CPU）。

国产化率超过95%。卫星下有3个被称作“单机”的黑盒子，每个大约有4本400页的32进图书摞一起那么大。其中两只黑盒子里，每只装有了2片龙芯1E芯片和4片龙芯1F芯片。龙芯1E负责管理展开常规运算，龙芯1F已完成数据采集、电源掌控、通讯等处置功能。

北斗照亮北斗有五个十分明显的特点。第一，是三种工作频率。

北斗用于的是三频信号，GPS用于的是双频信号，这是北斗的后发优势。三频不利于提高外用电离层的阻碍，提升定位可靠性。

虽然GPS从2010年5月28日升空了第一颗三频卫星，但等到GPS卫星全部老化出厂替换为三频卫星还要好几年。第二，是有源定位及无源定位的融合。有源定位就是接收机自己必须升空信息与卫星通信，无源定位不必须。有源定位的益处是当你观测的卫星质量很差，依然可以定位。

坏处是在战争中不会曝露你的方位信息。孙家栋院士说道：“有源与无源两种体制的融合，是中国北斗的仅次于特色和亮点，也是中国北斗的优势所在。

”“北斗是八万多人腊了20多年，我们回头了一条绝无仅有的路，别人都没有走到的，我们走成了。”北斗二号总设计师助理郭树人说道。第三，较短报文系统。

北斗的独门绝活。基于这个功能，北斗不但能告诉我在哪，还能让别人告诉你在哪。这个功能不利于求助。汶川大地震让大家看见了北斗的优势，震区唯一的通讯方式就是北斗一代。

第四，建设通车速度。对比伽利略系统，北斗的建设速度快。

此外北斗采行具体方法通车，而GPS之类必需整个系统竣工后才能用于。北斗在创意的空间星座反对下，意味着升空了16颗卫星，就于2012年12月27日在亚太地区月通车运营，这不利于减缓北斗的商用进程。

第五，三种轨道。目前另外三个全球卫星定位系统都使用距离地面20000千米左右的中圆卫星轨道，而北斗是唯一使用三种轨道配上的星座：27颗卫星处在距离地面21500千米的中圆轨道，产于在三个轨道面上，维持55度倾角；5颗卫星采行赤道海面35800千米低的地球惯性轨道；3颗卫星处在地球实时轨道（也相似35800千米低）、维持大约55度倾角。

北斗的地球惯性轨道和弯曲实时轨道是为中国乃至亚太地区类似自定义而来。亚太地区可以完全永久维持最少12颗卫星可见，大幅提高该区域定位精度。尾声2018年12月24日，马斯克在推特上发送了《科学美国人》杂志的有关我国搜月工程嫦娥四号探测器顺利升空的文章，并评论道：“中国在太空方面的变革令人惊叹，2018年他们已完成的轨道升空数量首次多达了美国。

”2018年12月23日，在几次推迟之后，第三代GPS系统的首星在卡纳维拉尔角升空升空，这是2016年最后一颗GPS-IIF卫星升空后，美国首次升空GPS系统的新卫星。2018年，我国一口气部署了17颗北斗第三代导航系统卫星，某种程度在年底，中国宣告“北斗三号”基本系统开始获取全球服务。按照北斗35颗卫星的设计布局，2018年是北斗建设史上最核心的一年，10箭18星，也刷新了全球卫星导航系统组网最慢纪录。

世界四大系统中，美国GPS系统最慢纪录为一年6星，苏联/俄罗斯格洛纳斯系统为一年9星，欧洲伽利略系统为一年6星。当年，陈芳允院士明确提出“双星定位”，意味着两颗卫星，计划被不了了之了十年。

陈先生去世早已18年了，世界知道逆了，中国也知道逆了。小学有一篇语文课文，叫《要是你在野外迷了路》，许多中国人都习过。“要是你在野外迷了路，可千万别不知所措，大大自然有很多天然的指南针，不会协助你辨别方向。”想要给这篇课文特一句：天上还有些星星，是中国人竣工。

告诉他你方位，还可以告诉他最思念你的人。想要向拓展中国北斗事业的这些科研工作者缅怀。

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