探秘中国北斗导航卫星:最高机密到民用历时20年

2011年06月20日13:48 | 中国发展门户网 www.chinagate.cn | 给编辑写信 字号:T|T
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北斗应用:近千亿元的大蛋糕

同世界其他大国一样,卫星导航等许多高新技术往往源于军事,最先用于国防,而最终将主要在民用领域显示其市场价值。中国北斗系统建成以后年产值可达近千亿元,但要在已经被GPS垄断的市场后来居上,则并非易事

美国GPS系统的研发始于1973年,而卫星导航技术引起广泛关注,则要到近二十年以后的海湾战争中。当时,美国的飞机、导弹、水面舰艇等依靠GPS这一撒手锏,发动起一场各军兵种集团作战的战争,向全世界诠释了现代战争的内涵和规则。

随着GPS向民用开放,它所蕴藏的巨大商机被发掘。近年来,中国的卫星导航产业发展迅速,但95%的应用都是建立在美国GPS之上。“如果一旦国际关系生变异或发生战事,殃及中美关系,美国关闭覆盖中国区域的GPS信号,后果将不堪设想。”总参谋部测绘局局长袁树友少将对《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》说。

这早有先例可循,北斗卫星导航定位系统发起人之一、国防科工委原副主任沈荣骏院士告诉《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》,1996年台湾海峡局势紧张的时候,中国军队开展了一次大规模军事演习,在关键时候,发现GPS信号忽然中断。经过专家调查分析,结论是人为造成的信号中断。

“他们干扰你一下,在你的上空加一颗卫星让你打不准,或者让你根本就收不到信号,这是可以做到的。”中科院院士杨元喜对《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》说。他进一步指出,中国在这方面的安全隐患非常明显,“我们的电力部门用的是GPS,我们的银行体系、交通体系、电力部门、网络部门、Email用的全是GPS,只要美国人稍微做一点手脚,我们的系统就可能全部瘫痪。更不用说是战略武器,只要人家把时间稍微调整一点,我们的武器就可能同步不起来,会造成巨大失误。”

《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》记者走访的诸多专家,几乎都强调一点:事关国家核心利益的战略部门如军事、金融、交通、电力等部门,一定要用中国自己的北斗系统。

军用带动民用

大约从2004年开始,北斗系统逐步在中国军事部门推广使用。其中一个最典型的例子,是前几年的一次反恐行动,即在喀什地区清剿一个恐怖训练营。“新疆军区领导说,他们当时靠的是两个工具,一个直升机,另一个就是北斗。那个地方地形很复杂,这两样法宝帮助他们解决了问题。”中国卫星导航应用管理中心副主任杨宝峰告诉《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》。

据杨宝峰介绍,目前,北斗系统应用于军队武器,通过该系统提高这些武器的精度。此外,北斗还广泛应用于边防巡逻当中。“比如新疆的边防团,他们出去巡逻别的可以不带,但北斗必须带。通过北斗系统,指挥所可以随时监测掌控情况。”

虽然中国军队越来越多地使用北斗系统,但尚未达至“强制使用”阶段。“因为我们有些装备是从国外进口的,原来的系统就带有GPS。今后,会逐渐从限制过渡到限制、禁止。”杨宝峰说。

但他也指出,研发能够兼容各种系统的用户机将是一个趋势,“我们不完全排除GPS、格洛纳斯,或者伽利略在中国的应用,因为每个系统都有它本身的弱项。所以,我们计划研发一种兼容的用户机,既能接收北斗的信号,又能接收其他系统的信号,这对我们来讲也是一个非常好的应用方式。但我们也要强调独立自主性,即在GPS出问题的时候,我们的北斗不受干扰。”

与其他系统的应用功能相比,北斗一个最具特色的优势是它的短报文通信功能。也就是说,使用GPS可以确定自己的位置,但不能把自己的信息传达出去,而北斗系统通过独有的短信功能,可以向有关方面传达信息。“比如在战争中,通过这一功能,我们不仅知道自己的位置,还能向友邻和上级报告我们的位置和时间校准等数值。用我们测绘的语言来讲,就是时间基准和空间基准的问题,这对作战来讲是非常重要的。”总参测绘局袁树友局长说。

民用市场亟待拓展

2003年,北斗系统应用主管部门上报国务院和中央军委,建议批准北斗系统向民用领域提供服务。

“军队和国防应用的数量相对于系统的民用数量来讲,简直是小巫见大巫。北斗全球系统建成之后,民用将占据北斗系统用户总量的95%以上。”北斗系统总工程师孙家栋院士告诉《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》。

据中国卫星导航应用管理中心常务副主任赵康宁介绍,目前,北斗的用户以集团用户为主。除了国防部门以外,渔政、水文测报、交通运输监控和森林防火部门是北斗的主要用户。在这些部门里,北斗系统的使用占到30%左右。

因为北斗的特点,尤其是其短报文通信的功能,特别得到渔政、水文监测和森林防火部门的青睐。“现在南海、东海等渔政部门主动放弃了GPS,而全部改用北斗了。为什么不用GPS呢?GPS只能告诉你所在位置的经纬度,而在海洋里,光知道经纬度意义不大,周围都是海。但如果使用北斗,如果有台风,渔政部门就可以通知所有渔民;而如果一艘孤独的渔船在茫茫大海上出现危险,也可以通过北斗发短信求助,渔政系统可以立即告诉你离你最近的渔船在什么地方,最快的救援需要多长时间等等。”赵康宁说。

由此可见,北斗系统的优越性在抢险救灾时尤其突出。事实上,普通百姓第一次听闻北斗系统的名字,多是在2008年汶川地震期间。当时,在基础设施损坏、通信中断的情况下,中国卫星导航应用管理中心为救援部队紧急配备了一千多台“北斗一号”终端机,实现了各点位之间、点位与指挥部之间的直线联络,为指挥救灾发挥了重要作用。赵康宁首率救灾小分队跑遍北川、绵竹,“北斗短信快报”使成千上万人获救,至今他一直感慨万千!

除了导航、通信以外,北斗的一个重要功能是授时。在军事领域,联合攻击炸弹之所以能够精确地打击目标,是因为其通过卫星定位和高精度授时来对目标进行多维锁定。而在民用领域,精度授时的概念则对金融和电力部门尤其重要。

“我打个比方:假如我们借美国2000亿美元,应该今天的零点之前还,但如果我们在零点零一秒还,一天的利息会是一个庞大的数字,差一秒即损失很多钱。”杨元喜院士如此形容精度授时的意义。

而在电力部门,“假如电力传输设备运行时间不同步,轻则运行设备失控,影响正常输供,重则造成整个地区电网瘫痪。”国智恒电力管理科技公司董事长吕建光告诉《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》记者,“而且,由于时间不同步,很难及时排查事故原因。”

目前,中国电力行业接收GPS授时信号是免费的,GPS授时终端价格低廉,然而,“免费午餐”意味着美国不承诺对任何应用所产生的问题负责。2007年,曾有某省电网公司对其负责区域的电网GPS授时设备进行检查,发现设备完好率不足60%。为了解决这个问题,中国卫星导航定位应用管理中心牵头,联合相关企业自主研发了一个“北斗电力全网时间同步管理系统”,这一研究成果正在国家电力电网中推广应用。

少年北斗的烦恼

在2007年2月北斗二代的论证会上,专家论证认为北斗系统建成以后,年产值可达到500亿元。然而,在被GPS垄断的民用市场,北斗的推广必然是一个缓慢的过程,急需破解产业困局。

“在全球四大卫星导航定位系统中,北斗系统的建设经历曲折,但扎实稳健,有着自己“三步走”的发展战略。首先解决中国卫星导航定位系统的有无问题;然后是完善系统功能,扩大工作区域;最后建成中国特色的全球卫星导航定位系统。但是相比较而言,北斗系统还很年轻,有很多路要走。”总参测绘局局长袁树友局长坦而言之。

国防科工委原副主任沈荣骏院士告诉《中国开云网页版-开云(中国)官方在线登录周刊》,北斗卫星导航试验系统在1994年立项时,系统的设计最大用户量为80万。而自2003年12月15日,第一代北斗导航定位系统建成并正式开通运行以来,累计用户数量刚突破7万,这个数字还不到设计容量的十分之一。

整体用户数量少是困扰北斗系统应用的主要原因之一。“在全球四大卫星导航定位系统中,北斗系统的建设急需破解产业困局。”总参测绘局局长袁树友少将表示。

相当一部分人埋怨北斗系统的终端价格昂贵,而GPS终端物美价廉。事实上,GPS的终端之所以越来越便宜,就是因为用户数量不断上升推动GPS的产业化。

“上世纪90年代中期,李嘉诚先生的儿子李泽楷先生专程从国外带过来送给我们GPS车载终端,索尼牌的,价格高得不得了,按当时的汇率计算,一台要5万元左右。按照现在的物价计算,我们能买多少台北斗啊?”沈荣骏说,“现在为什么GPS终端便宜了?用户多了嘛!现在全球的GPS用户数以亿计,我们北斗才多少的量啊?”

用户数量和终端价格是一对矛盾,此长彼消,不光影响价格,还直接决定了终端机的大小和款式。随着用户的不断增加,北斗系统也有了手持机,接近手机大小。

“从技术上来讲,其实还主要是产品化的问题。就像电器、手机那样,如果要做得很小、很精细,我们在工艺上还有差距。北斗的终端机要像GPS做的那么小,可能还有一个过程。”赵康宁说。

业内人士的共识是,北斗的应用推广,需要政策和市场的双重努力。“政府应当加大政策支持力度,制定相关行业政策和产业标准。”孙家栋说。

中国的北斗系统,是上世纪80年代才刚刚实施的航天工程。“特别是2003年,北斗一代系统正式开通服务以来,随着系统应用规模的不断扩大,渐渐需要在国家的层面,要有统一协调组织的机制和机构,以适应迅速发展的卫星导航定位产业。”沈荣骏院士很坦诚。

“北斗系统最终要走向市场,”杨宝峰说,“我们要发射35颗卫星,投资600亿元,这么大的投入,是需要市场支撑的。”他认为,北斗系统的应用在国内市场应占到70%以上才算合理,而要达到这个目标并非易事,需付出巨大的努力。

目前,GPS的ICD密码和接收技术向全世界公开,世界各地厂商随时可以制造GPS接收器,GPS不用投一分钱就可以迅速抢占市场。而北斗的ICD码未公开,厂商要生产接收机,必须到有关部门申请,这也就在一定程度上限制了用户的增加。多头监管带来的内耗,无疑也是体制之痛。

但是,如果ICD密码公开,也可能导致国外厂家率先研发北斗终端机芯片,对刚刚起步的北斗系统民用开发厂商将是个不小的冲击。

如何权衡此间的纠结与矛盾,是摆在北斗系统面前的一个挑战。这一挑战在2012年前后将显得尤为突出。

随着北斗系统的不断扩大,这一庞大系统的管理工作也日渐繁重复杂。美、俄均成立了专门的高层机构,协调管理卫星导航定位与授时,由军方直接管理着卫星导航系统。美国GPS系统即由国家天基PNT执行委员会统一管理,该委员会由美国国防部和交通部共同主持,隶属于白宫,直接协调国务院、内务部、参谋长联席会议、商务部、国土安全部、国家航空航天局等部门。

“我们也需要在国家层面,组建高于现有各个相关部门的机构,以适应迅速发展的卫星导航定位产业。”沈荣骏坦言。 ★

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