中國北斗的進化：從“天邊”到“身邊”
“十四五”時期，我國積極發展高精度觀測手段，自主研發的北斗探空系統達到全球領先水平，建成全球最大規模的地基遙感垂直觀測網絡。
這是北斗衞星導航系統（以下簡稱“北斗系統”）應用的一個縮影。北斗系統是我國自主建設和獨立運營的全球衞星導航系統，是國家時空信息領域的基礎設施。如今，北斗進入規模化應用新階段，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”，北斗系統如何實現技術更先進、功能更強大、服務更優質，從而更好服務全球、造福人類？本期“瞰前沿”，由北斗三號衞星系統首席總設計師林寶軍揭秘北斗系統的進化。
——編 者
新技術
升級星載原子鐘配置，搭載新型星間鏈路終端
“北斗系統全球組網至今已有5年，在軌運行驗證，其穩定性、精準度和連續性依然保持世界一流水平。”林寶軍介紹。
回顧系統立項之初，北斗一號突破“雙星定位”理論，成功實現“從0到1”的區域試驗。如今，北斗系統服務200多個國家和地區，系統實現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。
雖然系統性能持續領跑，北斗人並未停下腳步。為了讓系統性能更優、服務更穩，北斗系統技術持續“上新”。
2024年9月19日9時14分，第五十九、六十顆北斗導航衞星成功發射。該組衞星是北斗系統全球組網後發射的第二組中圓地球軌道（MEO）衞星，目前已接入整體，開展下一代北斗系統新技術試驗試用。
這兩顆“新星”的抓總研製，正是林寶軍及其團隊。“與此前MEO衞星相比，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”，他説。
星載原子鐘利用原子在不同能量態之間躍遷時吸收或發射的電磁波來計時。這種電磁波週期非常穩定，讓原子鐘成為“世界上最精準的計時工具”，屬於國家戰略資源。
“可以説，誰的原子鐘做得好，誰的導航就做得好。”林寶軍介紹，北斗三號組網星主要以氫原子鐘為主，可實現“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，那麼通信網絡、交通、金融系統就會陷入混亂；在測量衞星距離時，計時有十億分之一秒的誤差，將產生大約30釐米的誤差。
對於升級後的星載原子鐘配置，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。採用這種方式，可以解決無法在全球建立地面站、無法實現境外衞星數據傳輸的問題。
林寶軍用手拉手圍成圈的小朋友打比方：傳統的星間鏈路技術只能和相鄰小朋友對話；而北斗系統的相控陣星間鏈路技術，相當於同時向對面幾個人喊話。衞星“面對面”組網，不僅能相互通信、數據傳輸和測距，還自動“保持隊形”，實現“一星通，星星通”，如同建起“太空微信羣”，減輕地面管理維護壓力。
此前，北斗三號採用Ka波段相控陣星間鏈路技術，使定軌精度提升至釐米級，全星座僅需約5分鐘即可完成一輪全網通聯測距。對於新型星間鏈路終端，林寶軍透露，“在測量和時間同步方面的表現更優，為下一代北斗系統起到承前啓後的作用。”
新應用
“北斗+”“+北斗”，創新應用突破行業縱深
“北斗系統全球組網後，加快與大數據、人工智能、物聯網、5G等技術相互融合，‘北斗+’‘+北斗’突破了各行各業的應用縱深。”林寶軍説。
例如，天南地北的紅綠燈之所以能像掐着秒錶一樣精準，就是北斗系統融合地基增強、雲計算、5G等技術的應用案例。背後原理是什麼？
林寶軍介紹，第一步，需要北斗系統統一“對錶”。“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，整個交通節奏就亂套了。”而如今，多個組網的星載原子鐘，每秒都向地面發送一次標準的授時信號，包括紅綠燈控制中心在內的各種系統都以此為準，集體“對錶”，保證所有紅綠燈的計時完全一致。
第二步，需要北斗系統“排兵佈陣”。想讓車流跑得更順暢，要依靠北斗精準定位與授時協同工作。交通指揮中心可通過北斗系統，即時掌握關鍵路段的車流密度和車速，動態調整多個紅綠燈的倒計時和綠燈時長，規劃“綠波帶”。
第三步，需要北斗系統“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：通過北斗系統精確定位，判斷車輛位置和距離路口的時間；從交通雲端獲取該路口精確到秒的紅綠燈狀態。
“這是北斗系統萬千創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，北斗系統是重要新型基礎設施。”林寶軍説。
根據《2025中國衞星導航與位置服務產業發展白皮書》，截至2024年底，主要行業領域的北斗終端設備應用總量已接近3000萬台/套。國內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品社會總保有量已超過20億台/套（含智能手機）。
新趨勢
2035年完成下一代北斗系統建設，將形成“月球北斗迷你係統”
《北斗衞星導航系統2035年前發展規劃》明確，在確保北斗三號系統穩定運行基礎上，我國將建設技術更先進、功能更強大、服務更優質的下一代北斗系統。
“下一代北斗系統的關鍵技術攻關已經啓動”，林寶軍表示，2027年左右我國將發射3顆先導試驗衞星，開展下一代新技術體制試驗；2029年左右開始發射下一代北斗系統組網衞星；2035年完成下一代北斗系統建設。
下一代北斗系統以“精準可信、隨遇接入、智能化、網絡化、柔性化”為代際特徵，將為全球用户和其他定位導航授時系統提供覆蓋地表開闊空間及近地空間的米級至分米級即時高精度、高完好的導航定位授時服務。
“下一代北斗系統備受期待，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“月球北斗迷你係統”，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。
未來並不遙遠。林寶軍介紹，我國已於近日成功構建國際首個基於遠距離逆行軌道（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200萬千米的巨大區域，擁有豐富的物質、能源、軌道等戰略資源。
“地月空間DRO探索研究”部署研製的3顆衞星目前已經在地月空間穩定建立百萬公里級星間測量通信鏈路，並取得多項原創性科技成果，為我國開發利用地月空間、引領空間科學前沿探索奠定了基礎。
“可以説，地月空間三星星座是下一代北斗系統的延伸和飛躍。”林寶軍透露，未來計劃建立一個“統一的地月空間時空基準”。這意味着，無論是地球上的用户，還是月球上的宇航員，使用的都是同一套時間系統和座標框架。地月星座將與北斗系統通過地面站和空間鏈路進行時間同步和數據交換，確保地球和月球在時空上統一。