進入規(guī)模化應用新階段，啟動下一代關鍵技術攻關

中國北斗的進化：從“天邊”到“身邊”（瞰前沿）

人民日報《中國經(jīng)濟周刊》記者 賈 璇2025-10-26 00:00

圖①：北斗三號衛(wèi)星系統(tǒng)首席總設計師林寶軍。

王雨菲攝

圖②：衛(wèi)星示意圖。

資料圖片

圖③：應用北斗系統(tǒng)的共享單車電子圍欄。

《中國經(jīng)濟周刊》記者 賈 璇攝

圖④：北斗三號衛(wèi)星組網(wǎng)效果圖。

中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院供圖

“十四五”時期，我國積極發(fā)展高精度觀測手段，自主研發(fā)的北斗探空系統(tǒng)達到全球領先水平，建成全球最大規(guī)模的地基遙感垂直觀測網(wǎng)絡。

這是北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（以下簡稱“北斗系統(tǒng)”）應用的一個縮影。北斗系統(tǒng)是我國自主建設和獨立運營的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是國家時空信息領域的基礎設施。如今，北斗進入規(guī)模化應用新階段，全面融入國家重要基礎設施建設，以及大眾消費、共享經(jīng)濟等領域，還進入民航、海事等11個國際組織的標準體系。

邁向“十五五”，北斗系統(tǒng)如何實現(xiàn)技術更先進、功能更強大、服務更優(yōu)質(zhì)，從而更好服務全球、造福人類？本期“瞰前沿”，由北斗三號衛(wèi)星系統(tǒng)首席總設計師林寶軍揭秘北斗系統(tǒng)的進化。

——編 者

新技術

升級星載原子鐘配置，搭載新型星間鏈路終端

“北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)至今已有5年，在軌運行驗證，其穩(wěn)定性、精準度和連續(xù)性依然保持世界一流水平。”林寶軍介紹。

回顧系統(tǒng)立項之初，北斗一號突破“雙星定位”理論，成功實現(xiàn)“從0到1”的區(qū)域試驗。如今，北斗系統(tǒng)服務200多個國家和地區(qū)，系統(tǒng)實現(xiàn)了定位精度從十米級至亞米級的躍升，時間同步能力也邁入了納秒（即一秒的十億分之一）時代。

雖然系統(tǒng)性能持續(xù)領跑，北斗人并未停下腳步。為了讓系統(tǒng)性能更優(yōu)、服務更穩(wěn)，北斗系統(tǒng)技術持續(xù)“上新”。

2024年9月19日9時14分，第五十九、六十顆北斗導航衛(wèi)星成功發(fā)射。該組衛(wèi)星是北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)后發(fā)射的第二組中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星，目前已接入整體，開展下一代北斗系統(tǒng)新技術試驗試用。

這兩顆“新星”的抓總研制，正是林寶軍及其團隊。“與此前MEO衛(wèi)星相比，這次專門升級了星載原子鐘配置，搭載了新型星間鏈路終端”，他說。

星載原子鐘利用原子在不同能量態(tài)之間躍遷時吸收或發(fā)射的電磁波來計時。這種電磁波周期非常穩(wěn)定，讓原子鐘成為“世界上最精準的計時工具”，屬于國家戰(zhàn)略資源。

“可以說，誰的原子鐘做得好，誰的導航就做得好。”林寶軍介紹，北斗三號組網(wǎng)星主要以氫原子鐘為主，可實現(xiàn)“每300萬年誤差僅1秒”。

要知道，如果一天的計時誤差超過千分之一秒，那么通信網(wǎng)絡、交通、金融系統(tǒng)就會陷入混亂；在測量衛(wèi)星距離時，計時有十億分之一秒的誤差，將產(chǎn)生大約30厘米的誤差。

對于升級后的星載原子鐘配置，林寶軍認為：“精度更高，漂移率更小，將北斗系統(tǒng)的時頻性能再次提高了一個量級。”

星間鏈路是星間、星地傳輸功能一體化的設計路徑。采用這種方式，可以解決無法在全球建立地面站、無法實現(xiàn)境外衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。

林寶軍用手拉手圍成圈的小朋友打比方：傳統(tǒng)的星間鏈路技術只能和相鄰小朋友對話；而北斗系統(tǒng)的相控陣星間鏈路技術，相當于同時向?qū)γ鎺讉€人喊話。衛(wèi)星“面對面”組網(wǎng)，不僅能相互通信、數(shù)據(jù)傳輸和測距，還自動“保持隊形”，實現(xiàn)“一星通，星星通”，如同建起“太空微信群”，減輕地面管理維護壓力。

此前，北斗三號采用Ka波段相控陣星間鏈路技術，使定軌精度提升至厘米級，全星座僅需約5分鐘即可完成一輪全網(wǎng)通聯(lián)測距。對于新型星間鏈路終端，林寶軍透露，“在測量和時間同步方面的表現(xiàn)更優(yōu)，為下一代北斗系統(tǒng)起到承前啟后的作用。”

新應用

“北斗+”“+北斗”，創(chuàng)新應用突破行業(yè)縱深

“北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)后，加快與大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術相互融合，‘北斗+’‘+北斗’突破了各行各業(yè)的應用縱深。”林寶軍說。

例如，天南地北的紅綠燈之所以能像掐著秒表一樣精準，就是北斗系統(tǒng)融合地基增強、云計算、5G等技術的應用案例。背后原理是什么？

林寶軍介紹，第一步，需要北斗系統(tǒng)統(tǒng)一“對表”。“如果每個路口的紅綠燈都各自計時，時間一長，難免你快我慢，整個交通節(jié)奏就亂套了。”而如今，多個組網(wǎng)的星載原子鐘，每秒都向地面發(fā)送一次標準的授時信號，包括紅綠燈控制中心在內(nèi)的各種系統(tǒng)都以此為準，集體“對表”，保證所有紅綠燈的計時完全一致。

第二步，需要北斗系統(tǒng)“排兵布陣”。想讓車流跑得更順暢，要依靠北斗精準定位與授時協(xié)同工作。交通指揮中心可通過北斗系統(tǒng)，實時掌握關鍵路段的車流密度和車速，動態(tài)調(diào)整多個紅綠燈的倒計時和綠燈時長，規(guī)劃“綠波帶”。

第三步，需要北斗系統(tǒng)“精準預報”。當車輛接近路口時，車載導航或手機APP會同時做兩件事：通過北斗系統(tǒng)精確定位，判斷車輛位置和距離路口的時間；從交通云端獲取該路口精確到秒的紅綠燈狀態(tài)。

“這是北斗系統(tǒng)萬千創(chuàng)新應用中的一個案例。我們生活中超過80%的信息都與時空相關，北斗系統(tǒng)是重要新型基礎設施。”林寶軍說。

根據(jù)《2025中國衛(wèi)星導航與位置服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，截至2024年底，主要行業(yè)領域的北斗終端設備應用總量已接近3000萬臺/套。國內(nèi)北斗兼容型芯片及模塊累計出貨接近23億片（含智能手機），具有北斗定位功能的終端產(chǎn)品社會總保有量已超過20億臺/套（含智能手機）。

新趨勢

2035年完成下一代北斗系統(tǒng)建設，將形成“月球北斗迷你系統(tǒng)”

《北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)2035年前發(fā)展規(guī)劃》明確，在確保北斗三號系統(tǒng)穩(wěn)定運行基礎上，我國將建設技術更先進、功能更強大、服務更優(yōu)質(zhì)的下一代北斗系統(tǒng)。

“下一代北斗系統(tǒng)的關鍵技術攻關已經(jīng)啟動”，林寶軍表示，2027年左右我國將發(fā)射3顆先導試驗衛(wèi)星，開展下一代新技術體制試驗；2029年左右開始發(fā)射下一代北斗系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星；2035年完成下一代北斗系統(tǒng)建設。

下一代北斗系統(tǒng)以“精準可信、隨遇接入、智能化、網(wǎng)絡化、柔性化”為代際特征，將為全球用戶和其他定位導航授時系統(tǒng)提供覆蓋地表開闊空間及近地空間的米級至分米級實時高精度、高完好的導航定位授時服務。

“下一代北斗系統(tǒng)備受期待，尤其是覆蓋深空的能力。”林寶軍透露，下一代北斗系統(tǒng)要把“路標”從地球周邊插到月球甚至更遠的深空，形成“月球北斗迷你系統(tǒng)”，為未來的載人登月、月球基地、火星飛船提供導航和通信服務。

未來并不遙遠。林寶軍介紹，我國已于近日成功構(gòu)建國際首個基于遠距離逆行軌道（DRO）的地月空間三星星座。地月空間指地球同步軌道以外、主要受地球和月球引力影響的三維宇宙空間，是從距離地球3.6萬千米一直延伸到200萬千米的巨大區(qū)域，擁有豐富的物質(zhì)、能源、軌道等戰(zhàn)略資源。

“地月空間DRO探索研究”部署研制的3顆衛(wèi)星目前已經(jīng)在地月空間穩(wěn)定建立百萬公里級星間測量通信鏈路，并取得多項原創(chuàng)性科技成果，為我國開發(fā)利用地月空間、引領空間科學前沿探索奠定了基礎。

“可以說，地月空間三星星座是下一代北斗系統(tǒng)的延伸和飛躍。”林寶軍透露，未來計劃建立一個“統(tǒng)一的地月空間時空基準”。這意味著，無論是地球上的用戶，還是月球上的宇航員，使用的都是同一套時間系統(tǒng)和坐標框架。地月星座將與北斗系統(tǒng)通過地面站和空間鏈路進行時間同步和數(shù)據(jù)交換，確保地球和月球在時空上統(tǒng)一。