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衛星要有高穩定的時間基準信號，需要星載原子鐘，這是導航衛星的“心臟”。在建設北斗之前，中國原子鐘技術非常薄弱，原子鐘產品全靠進口。進口鐘不僅價格昂貴，而且關鍵技術掌握在別人手里，將使北斗系統潛伏巨大安全隱患。

“我們自己的導航衛星一定要用我們自己研制的原子鐘！”北斗系統總師、“兩彈一星”元勛孫家棟說。

原子鐘工作原理涉及量子力學、電學、熱學以及光學等學科，指標要求相當苛刻。中科院武漢物理與數學研究所、航天科技集團空間技術研究院、航天科工集團二院 203 所等單位對星載銣原子鐘一系列關鍵技術開展攻關。

這是一項非常“熬人”的工作，為了保證24小時不間斷地測試，科研人員經常是白天調試，晚上盯在測試儀器前，觀察數據，一測就是一整夜。在日夜兼程進行調試的階段，大家就像上了發條的“鐘”一樣連軸轉。

“三天三夜不合眼，那種上眼皮如同墜了鉛的感覺大家一開始很不適應，有了第二回、第三回后大家都習以為常了。”大家做夢經常會夢到原子鐘聯調的情景：如何接線、如何搭電路、示波器上如何顯示，如同真實的工作場景一般。有時，技術人員一覺醒來，立馬翻身下了在辦公室里的行軍床，趕緊將夢中的情境記錄下來，驗證、調試，困擾多日的問題竟然解決了。

2005年，203所交付了我國首批兩臺星載銣原子鐘工程化初樣鑒定機，標志著我國原子鐘自主化邁出一大步。2007年，趕上了為爭奪頻率資源提前發射的北斗試驗星，我國自主研制的星載銣原子鐘上天服役。

如今，我國已在國產北斗芯片、模塊、天線等關鍵技術方面取得全面突破，已掌握衛星導航芯片核心技術自主知識產權，北斗芯片跨入40納米新時代。

特別值得一提的是，第16顆北斗衛星開始，首次使用中國制造的“龍芯”中央處理器（CPU）。國產化率達到95%。衛星上有3個被稱為“單機”的黑盒子，每個約有4本400頁的32開圖書摞起來那么大。其中兩只黑盒子里，每只裝了2片龍芯1E芯片和4片龍芯1F芯片。龍芯1E負責進行常規運算，龍芯1F完成數據采集、開關控制、通訊等處理功能。

北斗照耀

北斗有五個非常顯著的特點。

第一，是三種工作頻率。北斗使用的是三頻信號，GPS使用的是雙頻信號，這是北斗的后發優勢。三頻有利于提升抗電離層的干擾，提高定位可靠性。

雖然GPS從2010年5月28日發射了第一顆三頻衛星，但等到GPS衛星全部老化報廢更換為三頻衛星還要好幾年。

第二，是有源定位及無源定位的結合。有源定位就是接收機自己需要發射信息與衛星通信，無源定位不需要。有源定位的好處是當你觀測的衛星質量很差，仍然可以定位。壞處是在戰爭中會暴露你的位置信息。

孫家棟院士說：“有源與無源兩種體制的結合，是中國北斗的最大特色和亮點，也是中國北斗的優勢所在。”“北斗是八萬多人干了20多年，我們走了一條絕無僅有的路，別人都沒走過的，我們走成了。”北斗二號總設計師助理郭樹人說。

第三，短報文系統。北斗的獨門絕活。基于這個功能，北斗不但能知道我在哪，還能讓別人知道你在哪。這個功能有利于求救。汶川大地震讓大家看到了北斗的優勢，震區唯一的通訊方式就是北斗一代。

第四，建設開通速度。對比伽利略系統，北斗的建設速度快。此外北斗采取分步開通，而GPS之類必須整個系統建成后才能使用。北斗在創新的空間星座支持下，僅僅發射了16顆衛星，就于2012年12月27日在亞太地區正式開通運行，這有利于加快北斗的商用進程。

第五，三種軌道。目前另外三個全球衛星定位系統都采用距離地面20000千米左右的中圓衛星軌道，而北斗是唯一采用三種軌道搭配的星座：27顆衛星處在距離地面21500千米的中圓軌道，分布在三個軌道面上，保持55度傾角；5顆衛星采取赤道上空35800千米高的地球靜止軌道；3顆衛星處在地球同步軌道（也接近35800千米高）、保持約55度傾角。

北斗的地球靜止軌道和傾斜同步軌道是為中國乃至亞太地區特殊定制而來。亞太地區可以幾乎永久保持至少12顆衛星可見，大幅提高該區域定位精度。

尾聲

12月24日，馬斯克在推特上轉發了《科學美國人》雜志的有關我國探月工程嫦娥四號探測器成功發射的文章，并評論道：“中國在太空方面的進步令人驚嘆，今年他們完成的軌道發射數量首次超過了美國。”

今年是歷史性的一年。

12月23日，在幾次拖延之后，第三代GPS系統的首星在卡納維拉爾角發射升空，這是2016年最后一顆GPS-IIF衛星升空后，美國首次發射GPS系統的新衛星。

2018年，我國一口氣部署了17顆北斗第三代導航衛星，同樣在年底，中國宣布“北斗三號”基本系統開始提供全球服務。

按照北斗35顆衛星的設計布局，今年是北斗建設史上最核心的一年，10箭18星，也創下了全球衛星導航系統組網最快紀錄。世界四大系統中，美國GPS系統最快紀錄為一年6星，蘇聯/俄羅斯格洛納斯系統為一年9星，歐洲伽利略系統為一年6星。

當年，陳芳允院士提出“雙星定位”，僅僅兩顆衛星，計劃被擱置了十年。陳先生去世已經18年了，世界真的變了，中國也真的變了。

小學有一篇語文課文，叫《要是你在野外迷了路》，許多中國人都學過。“要是你在野外迷了路，可千萬別慌張，大自然有很多天然的指南針，會幫助你辨別方向。”

想給這篇課文加一句：天上還有些星星，是中國人建成。告訴你位置，還可以告訴最想念你的人。

想向開拓中國北斗事業的這些科研工作者致敬。

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