于麗娜

“全球衛(wèi)星導航技術其實就是航天技術與原子鐘技術的聯(lián)姻，衛(wèi)星導航定位精確度主要取決于衛(wèi)星上的原子鐘精度。某種意義上講，當今高技術下的局部戰(zhàn)爭，更多地依靠原子鐘，而不是原子彈?！?/p>

2010年初，中國第三顆北斗導航衛(wèi)星進入預定軌道，隨后，美國太空評論網(wǎng)刊發(fā)了航天專家泰勒·迪納曼題為《中國的壓力推進美國GPS系統(tǒng)升級》的文章，文章提到，中國北斗的快速發(fā)展已經(jīng)嚴重威脅了美國GPS的霸主地位。

北斗——一個稍顯神秘的概念進入大眾的視野，在30年默默無聞的研發(fā)中，北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)儼然迎來了自己的春天。

傾力北川

2008年5月12日，四川汶川發(fā)生8.0級特大地震。房屋倒塌，人員死傷嚴重，基礎設施損壞、交通中斷、給水中斷、通信中斷。在時間就是生命，災情就是命令的危急時刻，如何第一時間了解災區(qū)情況等諸多問題撲面而來。

5月13日，一支沒有裝備任何大型救援設備的神秘部隊，正沿著馬爾康，黑水，理縣的317國道，一路急進汶川，而正是這支隊伍讓舉國上下焦急的心看到了希望。

事后，我們才從中國衛(wèi)星導航應用管理中心獲知詳情，地震發(fā)生后，該中心為救援部隊緊急配備了1000多臺“北斗一號”終端機，實現(xiàn)了各點位之間，點位與指揮部之間的直線聯(lián)絡。

在災區(qū)通信沒有完全修復，信息傳送不暢的情況下，各救援部隊利用“北斗一號”及時準確地將各種信息發(fā)回。

前面我們疑惑的那支神秘部隊便是攜帶了“北斗一號”終端機，第一個進入汶川重災區(qū)的“北斗英雄”小分隊。

5月14日起，緊急組建的總參抗震救災北斗導航應急小分隊急赴成都，深入北川，綿竹等重災區(qū)，小分隊和救援部隊攜帶的“北斗一號”終端機傳回地震災區(qū)的最新災情和救援情況，為指揮部決策、指揮提供了大量信息。救援部隊利用北斗用戶機成功實現(xiàn)各救災點的情況互通和報告。

“北斗一號”終端機在抗震救災中起到了關鍵性作用。北斗終端隨救災部隊進入震中地區(qū)，并不斷從前線發(fā)回各類災情報告，為指揮部指揮抗震救災提供了重要的信息支援。

2008年12月，在美國帕薩迪納舉行的全球衛(wèi)星導航國際委員會(ICO)年會上，中國代表介紹了北斗導航在抗震救災中成功應用的情況，受到了與會代表、專家的贊賞和關注。

北斗系統(tǒng)承受住了考驗。不僅在關鍵時刻救助了災區(qū)同胞，也向世人證明了中國自主的衛(wèi)星定位系統(tǒng)完全可以媲美國際先進水平。

緣起北斗

在北川發(fā)揮了巨大作用的北斗系統(tǒng)始終低調而神秘。

其實早在1983年，中國已放著名“兩彈一星”科學家陳芳允院士便提出利用地球同步衛(wèi)星建立中國自主的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的設想。

當時，整個世界擁有或是在建的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)只有美國后來的“GPS系統(tǒng)”，幾乎呈現(xiàn)一騎絕塵的態(tài)勢，而衛(wèi)星導航系統(tǒng)是一個大國重要的戰(zhàn)略設施，衛(wèi)星導航對維護國家安全、推動經(jīng)濟社會和國防建設具有重要的意義。

“雙星定位系統(tǒng)，完全能做成，在科學上是靠得住、行得通的?！痹倍沸l(wèi)星導航定位系統(tǒng)總設計師陳芳允院士給中國的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)發(fā)展，指明了道路。

2010年1月17日0時12分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號丙”運載火箭，成功將第三顆北斗導航衛(wèi)星送入預定軌道，這標志著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程建設又邁出重要一步，也標志著中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展進入快車道。

中國正在實施北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(COMPASS)建設工作，規(guī)劃相繼發(fā)射5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

此前，已成功發(fā)射了兩顆北斗導航衛(wèi)星，這一顆衛(wèi)星為靜止軌道衛(wèi)星。按照建設規(guī)劃，2012年左右，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將首先提供覆蓋亞太地區(qū)的導航、授時和短報文通信等功能服務，該服務將延伸至系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的其他國家。2020年前，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)集衛(wèi)星導航定位、報文通信、高精度授時三大功能與一體，不僅能解決“我在哪”的定位問題和“你在哪”的感知問題，還能高效快捷地實現(xiàn)“我”和“你”之間的信息傳遞。這是北斗導航系統(tǒng)的特有功能，是實踐中用得最多最好，最受歡迎的創(chuàng)新優(yōu)勢。

剛剛榮獲2009年度國家最高科學技術獎的中國科學院院士、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程總設計師孫家棟表示：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用，只有想不到?jīng)]有做不到的。

其實早在2001年12月，建成北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)后，中國就已經(jīng)成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。自2003年，系統(tǒng)正式開通并提供服務到現(xiàn)在，7年多來，北斗系統(tǒng)在已成功應用于測繪、電信、水利、漁業(yè)、交通運輸、森林防火、減災救災和國家安全等諸多領域。

一波三折

作為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的主要功能之一，高精度授時也歷經(jīng)了近30年的發(fā)展。

中國衛(wèi)星導航定位應用管理中心柳其許總工程師認為：“全球衛(wèi)星導航技術其實是航天技術與原子鐘技術的聯(lián)姻，表達了時間和空間的統(tǒng)一，衛(wèi)星導航定位精確度主要取決于原子鐘精度。某種意義講，未來高技術條件下的局部戰(zhàn)爭。更多的依靠原子鐘，而不是原子彈?！?/p>

原子鐘是時間頻率技術的核心裝備，人類精確使用和掌握時間正是利用原子鐘。原子鐘利用圍繞在原予核周圍不同電子層的能量差，釋放出的能量產(chǎn)生共振頻率，以共振頻率為節(jié)拍器來測定時間。“研究中國自己的原子鐘，建設自主的時間頻率體系”，面對困難，國人堅定的發(fā)出自己的聲音。

遙想當初，衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)在中國是一窮二白，要迅速發(fā)展起來談何容易，更何況原子鐘。當時國家正處于國防事業(yè)建設熱潮中，領導人意識到要確保國家真正的安全就要有自己的原子鐘。

作為最早研究原子鐘的科學家之一，原北大常務副校長王義道教授回憶說：“1969年，周恩來總理專門召集搞原子鐘的人在一起吃飯，后來還開過一次專門的原子鐘會議，這些都充分說明了國家的重視?！?/p>

在收到國家自主研發(fā)原子鐘的指示后，全國幾家研究單位同時啟動了研究。王義道教授說：“北大在接到這個任務后，與當時的國防科委一起合作研究出了國家第一臺銫束原子鐘。”正是由于國家的重視。原子鐘的研發(fā)成了重點，在短短的十年時間里，中國已經(jīng)研制成功了包括：銫束、銣氣室和氫原子鐘等三種類型，在原子鐘研發(fā)領域，中國已經(jīng)取得了不錯的成績。

“上世紀80年代，我們和美國在這個領域幾乎處于同一水平”王義道教授如是說。原子鐘研究的項目均是耗資不菲且需要連續(xù)性，要不斷更新原子鐘的核心元素才能獲得更為精確的時間頻率，達到誤差最

小。而隨著國際形勢的緩和，國家重點轉向經(jīng)濟建設，原子鐘的研究開始淡出領導人的視線。

從逐漸淡出到完全停滯，一晃就是20年。而自從停止了原子鐘的研究，中國的高精度授時設備，幾乎依靠進口，接收的信號也全是單一的GPS時間。如果雙邊或是多邊關系惡化，美國完全可以“用軟刀子殺人”——只要在中國上空屏蔽GPS信號，包括時間頻率系統(tǒng)在內(nèi)的中國信息系統(tǒng)就會大面積癱瘓。由于時間誤差是積累的，數(shù)字信息高速傳輸系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)等會因時間系統(tǒng)癱瘓而報廢。

王義道教授回憶起原子鐘研究的停止充滿惋惜：“實際上70年代還是有大量經(jīng)費支持。后來就很少了，再后來就基本上沒了，所以我們只能做一些基礎研究。但是我感覺到原子鐘這個東西既然是一個非常重要的東西，從國家的軍事力量來看，又是一個核心。如果我們沒有的話，國家就很難完全的獨立自主，所以我們還在北大保留了一支隊伍，這支隊伍非常困難，在基本上沒有經(jīng)費的情況下，我們把它維持下來了?！?/p>

時間到了世紀之交，王義道教授帶領著艱難維持下來的研究隊伍，積極地聯(lián)合其他科學家向相關領導寫信匯報，希望恢復對原子鐘及國家時頻系統(tǒng)的研究；另外，不忘延續(xù)著僅存的研究成果進行著基礎的項目攻關，以期保存基本的實力和人才隊伍。

2000年以來，美國自海灣戰(zhàn)爭后的一系列軍事行動讓世界震驚。讓世界沉思，促使全世界都深刻意識到非接觸性打擊的信息化戰(zhàn)爭中原子鐘的授時作用更加重要，在國家相關機構組織下，新一輪原子鐘研制和國家時間頻率系統(tǒng)的建設重新啟動。

經(jīng)過幾年的研究，取得了很多成果，王義道教授說：“在這么短的時間內(nèi)能獲得突破，多虧了當時保存下來的那批科研力量?！?/p>

“中國時間頻率系統(tǒng)建設和原子鐘研發(fā)工作已進入歷史上最好時期?！敝袊l(wèi)星導航定位應用管理中心趙康寧副主任介紹，“但是，對建設一個自主完善的國家時間頻率體系來說，這還只是開了一個好頭?！?/p>

由于國外原子鐘研究，生產(chǎn)已沒有間斷地歷經(jīng)了半個世紀，而中國原子鐘事業(yè)自身時間短，且時斷時續(xù)，目前的研究團隊參差不齊，中青年專家太少，加上科技與工業(yè)基礎條件尚不足，原子鐘的研制和國家時頻系統(tǒng)的建立，距離國際先進水平特別是美國還有相當?shù)牟罹唷?/p>

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)從20多年前大膽的“雙星定位”設想，到如今自主研發(fā)成功，再到如火如荼地推廣應用，其中蘊含了北斗人的汗水和堅毅。

“我們寄希望于國家能夠建立原子鐘和國家時頻體系研究專項。我相信，到2020年我們的原子鐘水平能夠走到世界的最前列。”王義道教授壯心不已。