進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用新階段，啟動(dòng)下一代關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

中國(guó)北斗的進(jìn)化：從“天邊”到“身邊”（瞰前沿）

人民日?qǐng)?bào)《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者 賈 璇2025-10-26 00:00

圖①：北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)首席總設(shè)計(jì)師林寶軍。

王雨菲攝

圖②：衛(wèi)星示意圖。

資料圖片

圖③：應(yīng)用北斗系統(tǒng)的共享單車(chē)電子圍欄。

《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者 賈 璇攝

圖④：北斗三號(hào)衛(wèi)星組網(wǎng)效果圖。

中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院供圖

“十四五”時(shí)期，我國(guó)積極發(fā)展高精度觀測(cè)手段，自主研發(fā)的北斗探空系統(tǒng)達(dá)到全球領(lǐng)先水平，建成全球最大規(guī)模的地基遙感垂直觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

這是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“北斗系統(tǒng)”）應(yīng)用的一個(gè)縮影。北斗系統(tǒng)是我國(guó)自主建設(shè)和獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是國(guó)家時(shí)空信息領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施。如今，北斗進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用新階段，全面融入國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以及大眾消費(fèi)、共享經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域，還進(jìn)入民航、海事等11個(gè)國(guó)際組織的標(biāo)準(zhǔn)體系。

邁向“十五五”，北斗系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)更先進(jìn)、功能更強(qiáng)大、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)，從而更好服務(wù)全球、造福人類(lèi)？本期“瞰前沿”，由北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)首席總設(shè)計(jì)師林寶軍揭秘北斗系統(tǒng)的進(jìn)化。

——編 者

新技術(shù)

升級(jí)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(yùn)行驗(yàn)證，其穩(wěn)定性、精準(zhǔn)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(xiàng)之初，北斗一號(hào)突破“雙星定位”理論，成功實(shí)現(xiàn)“從0到1”的區(qū)域試驗(yàn)。如今，北斗系統(tǒng)服務(wù)200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了定位精度從十米級(jí)至亞米級(jí)的躍升，時(shí)間同步能力也邁入了納秒（即一秒的十億分之一）時(shí)代。

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

2024年9月19日9時(shí)14分，第五十九、六十顆北斗導(dǎo)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(kāi)展下一代北斗系統(tǒng)新技術(shù)試驗(yàn)試用。

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

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

“可以說(shuō)，誰(shuí)的原子鐘做得好，誰(shuí)的導(dǎo)航就做得好。”林寶軍介紹，北斗三號(hào)組網(wǎng)星主要以氫原子鐘為主，可實(shí)現(xiàn)“每300萬(wàn)年誤差僅1秒”。

要知道，如果一天的計(jì)時(shí)誤差超過(guò)千分之一秒，那么通信網(wǎng)絡(luò)、交通、金融系統(tǒng)就會(huì)陷入混亂；在測(cè)量衛(wèi)星距離時(shí)，計(jì)時(shí)有十億分之一秒的誤差，將產(chǎn)生大約30厘米的誤差。

對(duì)于升級(jí)后的星載原子鐘配置，林寶軍認(rèn)為：“精度更高，漂移率更小，將北斗系統(tǒng)的時(shí)頻性能再次提高了一個(gè)量級(jí)。”

星間鏈路是星間、星地傳輸功能一體化的設(shè)計(jì)路徑。采用這種方式，可以解決無(wú)法在全球建立地面站、無(wú)法實(shí)現(xiàn)境外衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。

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(shù)只能和相鄰小朋友對(duì)話；而北斗系統(tǒng)的相控陣星間鏈路技術(shù)，相當(dāng)于同時(shí)向?qū)γ鎺讉€(gè)人喊話。衛(wèi)星“面對(duì)面”組網(wǎng)，不僅能相互通信、數(shù)據(jù)傳輸和測(cè)距，還自動(dòng)“保持隊(duì)形”，實(shí)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(hù)壓力。

此前，北斗三號(hào)采用Ka波段相控陣星間鏈路技術(shù)，使定軌精度提升至厘米級(jí)，全星座僅需約5分鐘即可完成一輪全網(wǎng)通聯(lián)測(cè)距。對(duì)于新型星間鏈路終端，林寶軍透露，“在測(cè)量和時(shí)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(yīng)用

“北斗+”“+北斗”，創(chuàng)新應(yīng)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(shù)相互融合，‘北斗+’‘+北斗’突破了各行各業(yè)的應(yīng)用縱深。”林寶軍說(shuō)。

例如，天南地北的紅綠燈之所以能像掐著秒表一樣精準(zhǔn)，就是北斗系統(tǒng)融合地基增強(qiáng)、云計(jì)算、5G等技術(shù)的應(yīng)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(duì)表”。“如果每個(gè)路口的紅綠燈都各自計(jì)時(shí)，時(shí)間一長(zhǎng)，難免你快我慢，整個(gè)交通節(jié)奏就亂套了。”而如今，多個(gè)組網(wǎng)的星載原子鐘，每秒都向地面發(fā)送一次標(biāo)準(zhǔn)的授時(shí)信號(hào)，包括紅綠燈控制中心在內(nèi)的各種系統(tǒng)都以此為準(zhǔn)，集體“對(duì)表”，保證所有紅綠燈的計(jì)時(shí)完全一致。

第二步，需要北斗系統(tǒng)“排兵布陣”。想讓車(chē)流跑得更順暢，要依靠北斗精準(zhǔn)定位與授時(shí)協(xié)同工作。交通指揮中心可通過(guò)北斗系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握關(guān)鍵路段的車(chē)流密度和車(chē)速，動(dòng)態(tài)調(diào)整多個(gè)紅綠燈的倒計(jì)時(shí)和綠燈時(shí)長(zhǎng)，規(guī)劃“綠波帶”。

第三步，需要北斗系統(tǒng)“精準(zhǔn)預(yù)報(bào)”。當(dāng)車(chē)輛接近路口時(shí)，車(chē)載導(dǎo)航或手機(jī)APP會(huì)同時(shí)做兩件事：通過(guò)北斗系統(tǒng)精確定位，判斷車(chē)輛位置和距離路口的時(shí)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(wàn)千創(chuàng)新應(yīng)用中的一個(gè)案例。我們生活中超過(guò)80%的信息都與時(shí)空相關(guān)，北斗系統(tǒng)是重要新型基礎(chǔ)設(shè)施。”林寶軍說(shuō)。

根據(jù)《2025中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》，截至2024年底，主要行業(yè)領(lǐng)域的北斗終端設(shè)備應(yīng)用總量已接近3000萬(wàn)臺(tái)/套。國(guó)內(nèi)北斗兼容型芯片及模塊累計(jì)出貨接近23億片（含智能手機(jī)），具有北斗定位功能的終端產(chǎn)品社會(huì)總保有量已超過(guò)20億臺(tái)/套（含智能手機(jī)）。

新趨勢(shì)

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

《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2035年前發(fā)展規(guī)劃》明確，在確保北斗三號(hào)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上，我國(guó)將建設(shè)技術(shù)更先進(jìn)、功能更強(qiáng)大、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)的下一代北斗系統(tǒng)。

“下一代北斗系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已經(jīng)啟動(dòng)”，林寶軍表示，2027年左右我國(guó)將發(fā)射3顆先導(dǎo)試驗(yàn)衛(wèi)星，開(kāi)展下一代新技術(shù)體制試驗(yàn)；2029年左右開(kāi)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(shè)。

下一代北斗系統(tǒng)以“精準(zhǔn)可信、隨遇接入、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化”為代際特征，將為全球用戶和其他定位導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)提供覆蓋地表開(kāi)闊空間及近地空間的米級(jí)至分米級(jí)實(shí)時(shí)高精度、高完好的導(dǎo)航定位授時(shí)服務(wù)。

“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(biāo)”從地球周邊插到月球甚至更遠(yuǎn)的深空，形成“月球北斗迷你系統(tǒng)”，為未來(lái)的載人登月、月球基地、火星飛船提供導(dǎo)航和通信服務(wù)。

未來(lái)并不遙遠(yuǎn)。林寶軍介紹，我國(guó)已于近日成功構(gòu)建國(guó)際首個(gè)基于遠(yuǎn)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(wàn)千米一直延伸到200萬(wàn)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(wàn)公里級(jí)星間測(cè)量通信鏈路，并取得多項(xiàng)原創(chuàng)性科技成果，為我國(guó)開(kāi)發(fā)利用地月空間、引領(lǐng)空間科學(xué)前沿探索奠定了基礎(chǔ)。

“可以說(shuō)，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(lái)計(jì)劃建立一個(gè)“統(tǒng)一的地月空間時(shí)空基準(zhǔn)”。這意味著，無(wú)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(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)框架。地月星座將與北斗系統(tǒng)通過(guò)地面站和空間鏈路進(jìn)行時(shí)間同步和數(shù)據(jù)交換，確保地球和月球在時(shí)空上統(tǒng)一。