北斗应用:近千亿元的大蛋糕

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北斗应用:近千亿元的大蛋糕

http://www.sina.com.cn 2010年12月30日15:07 中国新闻周刊

同世界其他大国一样,卫星导航等许多高新技术往往源于军事,最先用于国防,而最终将主要在民用领域显示其市场价值。中国北斗系统建成以后年产值可达近千亿元,但要在已经被GPS垄断的市场后来居上,则并非易事

本刊记者/彭辉 杨时

美国GPS系统的研发始于1973年,而卫星导航技术引起广泛关注,则要到近二十年以后的海湾战争中。当时,美国的飞机、导弹、水面舰艇等依靠GPS这一撒手锏,发动起一场各军兵种集团作战的战争,向全世界诠释了现代战争的内涵和规则。

随着GPS向民用开放,它所蕴藏的巨大商机被发掘。近年来,中国的卫星导航产业发展迅速,但95%的应用都是建立在美国GPS之上。“如果一旦国际关系生变异或发生战事,殃及中美关系,美国关闭覆盖中国区域的GPS信号,后果将不堪设想。”总参谋部测绘局局长袁树友少将对《中国新闻周刊》说。

这早有先例可循,北斗卫星导航定位系统发起人之一、国防科工委原副主任沈荣骏院士告诉《中国新闻周刊》,1996年台湾海峡局势紧张的时候,中国军队开展了一次大规模军事演习,在关键时候,发现GPS信号忽然中断。经过专家调查分析,结论是人为造成的信号中断。

“他们干扰你一下,在你的上空加一颗卫星让你打不准,或者让你根本就收不到信号,这是可以做到的。”中科院院士杨元喜对《中国新闻周刊》说。他进一步指出,中国在这方面的安全隐患非常明显,“我们的电力部门用的是GPS,我们的银行体系、交通体系、电力部门、网络部门、Email用的全是GPS,只要美国人稍微做一点手脚,我们的系统就可能全部瘫痪。更不用说是战略武器,只要人家把时间稍微调整一点,我们的武器就可能同步不起来,会造成巨大失误。”

《中国新闻周刊》记者走访的诸多专家,几乎都强调一点:事关国家核心利益的战略部门如军事、金融、交通、电力等部门,一定要用中国自己的北斗系统。


军用带动民用

大约从2004年开始,北斗系统逐步在中国军事部门推广使用。其中一个最典型的例子,是前几年的一次反恐行动,即在喀什地区清剿一个恐怖训练营。“新疆军区领导说,他们当时靠的是两个工具,一个直升机,另一个就是北斗。那个地方地形很复杂,这两样法宝帮助他们解决了问题。”中国卫星导航应用管理中心副主任杨宝峰告诉《中国新闻周刊》。

据杨宝峰介绍,目前,北斗系统应用于军队武器,通过该系统提高这些武器的精度。此外,北斗还广泛应用于边防巡逻当中。“比如新疆的边防团,他们出去巡逻别的可以不带,但北斗必须带。通过北斗系统,指挥所可以随时监测掌控情况。”

虽然中国军队越来越多地使用北斗系统,但尚未达至“强制使用”阶段。“因为我们有些装备是从国外进口的,原来的系统就带有GPS。今后,会逐渐从限制过渡到限制、禁止。”杨宝峰说。

但他也指出,研发能够兼容各种系统的用户机将是一个趋势,“我们不完全排除GPS、格洛纳斯,或者伽利略在中国的应用,因为每个系统都有它本身的弱项。所以,我们计划研发一种兼容的用户机,既能接收北斗的信号,又能接收其他系统的信号,这对我们来讲也是一个非常好的应用方式。但我们也要强调独立自主性,即在GPS出问题的时候,我们的北斗不受干扰。”

与其他系统的应用功能相比,北斗一个最具特色的优势是它的短报文通信功能。也就是说,使用GPS可以确定自己的位置,但不能把自己的信息传达出去,而北斗系统通过独有的短信功能,可以向有关方面传达信息。“比如在战争中,通过这一功能,我们不仅知道自己的位置,还能向友邻和上级报告我们的位置和时间校准等数值。用我们测绘的语言来讲,就是时间基准和空间基准的问题,这对作战来讲是非常重要的。”总参测绘局袁树友局长说。

民用市场亟待拓展

2003年,北斗系统应用主管部门上报国务院和中央军委,建议批准北斗系统向民用领域提供服务。

“军队和国防应用的数量相对于系统的民用数量来讲,简直是小巫见大巫。北斗全球系统建成之后,民用将占据北斗系统用户总量的95%以上。”北斗系统总工程师孙家栋院士告诉《中国新闻周刊》。

据中国卫星导航应用管理中心常务副主任赵康宁介绍,目前,北斗的用户以集团用户为主。除了国防部门以外,渔政、水文测报、交通运输监控和森林防火部门是北斗的主要用户。在这些部门里,北斗系统的使用占到30%左右。

因为北斗的特点,尤其是其短报文通信的功能,特别得到渔政、水文监测和森林防火部门的青睐。“现在南海、东海等渔政部门主动放弃了GPS,而全部改用北斗了。为什么不用GPS呢?GPS只能告诉你所在位置的经纬度,而在海洋里,光知道经纬度意义不大,周围都是海。但如果使用北斗,如果有台风,渔政部门就可以通知所有渔民;而如果一艘孤独的渔船在茫茫大海上出现危险,也可以通过北斗发短信求助,渔政系统可以立即告诉你离你最近的渔船在什么地方,最快的救援需要多长时间等等。”赵康宁说。

由此可见,北斗系统的优越性在抢险救灾时尤其突出。事实上,普通百姓第一次听闻北斗系统的名字,多是在2008年汶川地震期间。当时,在基础设施损坏、通信中断的情况下,中国卫星导航应用管理中心为救援部队紧急配备了一千多台“北斗一号”终端机,实现了各点位之间、点位与指挥部之间的直线联络,为指挥救灾发挥了重要作用。赵康宁首率救灾小分队跑遍北川、绵竹,“北斗短信快报”使成千上万人获救,至今他一直感慨万千!

除了导航、通信以外,北斗的一个重要功能是授时。在军事领域,联合攻击炸弹之所以能够精确地打击目标,是因为其通过卫星定位和高精度授时来对目标进行多维锁定。而在民用领域,精度授时的概念则对金融和电力部门尤其重要。

“我打个比方:假如我们借美国2000亿美元,应该今天的零点之前还,但如果我们在零点零一秒还,一天的利息会是一个庞大的数字,差一秒即损失很多钱。”杨元喜院士如此形容精度授时的意义。

而在电力部门,“假如电力传输设备运行时间不同步,轻则运行设备失控,影响正常输供,重则造成整个地区电网瘫痪。”国智恒电力管理科技公司董事长吕建光告诉《中国新闻周刊》记者,“而且,由于时间不同步,很难及时排查事故原因。”

目前,中国电力行业接收GPS授时信号是免费的,GPS授时终端价格低廉,然而,“免费午餐”意味着美国不承诺对任何应用所产生的问题负责。2007年,曾有某省电网公司对其负责区域的电网GPS授时设备进行检查,发现设备完好率不足60%。为了解决这个问题,中国卫星导航定位应用管理中心牵头,联合相关企业自主研发了一个“北斗电力全网时间同步管理系统”,这一研究成果正在国家电力电网中推广应用。


少年北斗的烦恼

在2007年2月北斗二代的论证会上,专家论证认为北斗系统建成以后,年产值可达到500亿元。然而,在被 GPS垄断的民用市场,北斗的推广必然是一个缓慢的过程,急需破解产业困局。

“在全球四大卫星导航定位系统中,北斗系统的建设经历曲折,但扎实稳健,有着自己“三步走”的发展战略。首先解决中国卫星导航定位系统的有无问题;然后是完善系统功能,扩大工作区域;最后建成中国特色的全球卫星导航定位系统。但是相比较而言,北斗系统还很年轻,有很多路要走。”总参测绘局局长袁树友局长坦而言之。

国防科工委原副主任沈荣骏院士告诉《中国新闻周刊》,北斗卫星导航试验系统在1994年立项时,系统的设计最大用户量为80万。而自2003年12月15日,第一代北斗导航定位系统建成并正式开通运行以来,累计用户数量刚突破7万,这个数字还不到设计容量的十分之一。

整体用户数量少是困扰北斗系统应用的主要原因之一。“在全球四大卫星导航定位系统中,北斗系统的建设急需破解产业困局。”总参测绘局局长袁树友少将表示。

相当一部分人埋怨北斗系统的终端价格昂贵,而GPS终端物美价廉。事实上,GPS的终端之所以越来越便宜,就是因为用户数量不断上升推动GPS的产业化。

“上世纪90年代中期,李嘉诚先生的儿子李泽楷先生专程从国外带过来送给我们GPS车载终端,索尼牌的,价格高得不得了,按当时的汇率计算,一台要5万元左右。按照现在的物价计算,我们能买多少台北斗啊?”沈荣骏说,“现在为什么GPS终端便宜了?用户多了嘛!现在全球的GPS用户数以亿计,我们北斗才多少的量啊?”

用户数量和终端价格是一对矛盾,此长彼消,不光影响价格,还直接决定了终端机的大小和款式。随着用户的不断增加,北斗系统也有了手持机,接近手机大小。

“从技术上来讲,其实还主要是产品化的问题。就像电器、手机那样,如果要做得很小、很精细,我们在工艺上还有差距。北斗的终端机要像GPS做的那么小,可能还有一个过程。”赵康宁说。

业内人士的共识是,北斗的应用推广,需要政策和市场的双重努力。“政府应当加大政策支持力度,制定相关行业政策和产业标准。”孙家栋说。

中国的北斗系统,是上世纪80年代才刚刚实施的航天工程。“特别是2003年,北斗一代系统正式开通服务以来,随着系统应用规模的不断扩大,渐渐需要在国家的层面,要有统一协调组织的机制和机构,以适应迅速发展的卫星导航定位产业。”沈荣骏院士很坦诚。

“北斗系统最终要走向市场,”杨宝峰说,“我们要发射35颗卫星,投资600亿元,这么大的投入,是需要市场支撑的。”他认为,北斗系统的应用在国内市场应占到70%以上才算合理,而要达到这个目标并非易事,需付出巨大的努力。

目前,GPS的ICD密码和接收技术向全世界公开,世界各地厂商随时可以制造GPS接收器,GPS不用投一分钱就可以迅速抢占市场。而北斗的ICD码未公开,厂商要生产接收机,必须到有关部门申请,这也就在一定程度上限制了用户的增加。多头监管带来的内耗,无疑也是体制之痛。

但是,如果ICD密码公开,也可能导致国外厂家率先研发北斗终端机芯片,对刚刚起步的北斗系统民用开发厂商将是个不小的冲击。

如何权衡此间的纠结与矛盾,是摆在北斗系统面前的一个挑战。这一挑战在2012年前后将显得尤为突出。

随着北斗系统的不断扩大,这一庞大系统的管理工作也日渐繁重复杂。美、俄均成立了专门的高层机构,协调管理卫星导航定位与授时,由军方直接管理着卫星导航系统。美国GPS系统即由国家天基PNT执行委员会统一管理,该委员会由美国国防部和交通部共同主持,隶属于白宫,直接协调国务院、内务部、参谋长联席会议、商务部、国土安全部、国家航空航天局等部门。

“我们也需要在国家层面,组建高于现有各个相关部门的机构,以适应迅速发展的卫星导航定位产业。”沈荣骏坦言。 ★


“天眼”的宇宙江湖 2010年12月30日15:07 中国新闻周刊

“天眼”的宇宙江湖

作为导航卫星领域的新兵,中国的北斗计划在面临国际竞争的同时,也要利用规则寻求发展与合作

本刊记者/崔晓火 彭辉

在美国人发射首颗全球定位系统(GPS)卫星32年后,由中国人建造的全球卫星导航系统终于来到了启动的前夜。

然而,北斗系统面对的却是一个逐渐拥挤的轨道空间,这里遵从的是先来后到、对号入座的游戏规则,简单的丛林法则并不能为国际成员抢夺更多的轨道资源。面对人类共有的外太空资源,兼容、互通的轨道频率才是实现全球导航真正无盲区的解决之道。


人造星座

距离我们头顶上空约2万公里的中地球轨道,密布着源自多国的人造星座。

这些“星座”由各国的数十颗卫星组成。它们像图钉一样被准确地“钉”在地球上方的位置上,随地球自转。由于要在任何时间覆盖地球的任意角落,一套正常运作的导航系统需要24颗卫星才可以满足全球用户的需求,因此中地球轨道范围内近年来始终比较拥挤。

现在,这一轨道中就包括了人们熟知的美国GPS全球定位系统。它遍布全球的24颗卫星占据了距离地表20200公里处的6条“黄金轨道”,相当于坐上了头等舱。今天,地球上的任意地点均被4颗GPS卫星同时覆盖,并可以被卫星即时锁定、追踪,和好莱坞影片中的情节一样。

但GPS并非目前唯一正在运行的导航系统。由前苏联启动的全球导航卫星系统格洛纳斯(GLONASS)的24颗卫星和GPS“星座”呈首尾相接,排列于距地面19100公里的轨道。经过多年修复,浓缩了俄罗斯人宇航技术精华的导航系统如今也足以覆盖整个地球,并且俄罗斯仍在投入资金壮大其导航卫星队伍。

就在美、俄两国占据导航卫星区域半壁江山的同时,主要工业国家也在逐步实现其对太空导航资源的占用,就连一部分没有实现导航技术突破的国家也不甘落后,计划于近年启动各自的导航系统,太空势必更加拥挤。

目前,中国的北斗系统已有7颗卫星处于中地球轨道之内,而欧盟主导的“伽利略”系统(Galileo Program)亦有2颗试验性卫星在运行。

一些致力于区域导航的国家也在行动。由日本开发的“准天顶”卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System)已于今年9月发射了第一颗卫星,它将用于日本本国的导航。印度区域导航系统的首颗卫星也初步计划于2011年年底发射。

各国导航系统的设计师们深知,经过30多年的开发,轨道中用于安插导航卫星的位置资源已十分有限。然而,他们仍然必须绞尽脑汁想出新办法,为本国的卫星们找到安稳的栖息之地。

“任何一个导航系统,单独运行起来都是脆弱的。目前,各国的导航系统的可靠性仍然不够高,导航卫星仍然容易受到自然或人为的干扰。”多年参与国际导航合作工作的科技部国家遥感中心副主任景贵飞对《中国新闻周刊》表示,“但是,每个国家都需要本国使用的导航系统是可靠的。”

由于各国对导航系统可靠性的要求极为严苛,尽管美、俄两大系统已经在全球范围运行,但是拥有一套独立卫星导航定位系统,哪怕其功能只是区域性的,对本国的军事、交通、通信等方面来说依然关键。因为一旦主导国家的卫星导航定位系统发生变动,作为用户的其他国家就可能受到极大影响,甚至连自己的武器都可能失效。


高地之争

由于中地球轨道的资源有限,先到位的导航系统,便占据轨道位置最佳、发射频率最稳定的空间,相当于占领了战略高地。

导航卫星的先行者GPS先到先得。美国人的24颗卫星得以均匀地广泛分布在6个轨道面上,每颗卫星均距离地面约1.7万公里。这套系统的卫星可以为地球上任意地点连续发射固定频率的信号。只要普通用户装有便携式接收机,无论身处陆地、海上还是空中,都能收到GPS全球统一的固定信号,民用信号的定位精度是10米。

近年来,GPS经过多次升级,它的军事作战属性让其在武器授时、即时追踪等关键技术方面拥有绝对优势。截至目前,GPS仍是世界上公认的最为成熟和完善的全球卫星导航系统。

实际上,GPS的绝对优势还体现在它的世界市场占有率,世界上绝大多数用户依赖的仍是GPS的24颗卫星。而中国的很多厂商都根据GPS的参数和接口生产接收器,销售给国内外的用户。尽管GPS不为中国的厂商投资一美元,却有中国境内的许多座工厂为其制造终端。

而在导航技术专家眼中,如果参考GPS系统作为行业领头羊树立的“高标准、严要求”,其他各国导航系统与之还有“若干数量级”的差距。如今,各国只能在美国人占领的轨道资源以外的太空区域布局各自的导航系统。在资源已经十分有限的情况下,各国的腾挪空间也微乎其微,在一定的设计范围内展开“近身肉搏”成为唯一选择,所以各国系统的优劣已并不明显。

作为与GPS共同支撑国际导航系统的俄罗斯格洛纳斯系统,它的24颗卫星分布范围就狭窄许多,仅仅占了3 条轨道上。这种空间布局相对GPS更考验科学家的脑力。

俄罗斯科学家想出的办法是,由于与GPS的轨道平面相差仅1000公里,所以格洛纳斯需要采取与GPS不同的卫星发射频率。而这样的差异恰恰可以让格洛纳斯提高对高纬度地区的覆盖,并进一步防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰。

然而,上世纪90年代的运作失效,摧毁了用户对格洛纳斯的信心。在前苏联解体后,俄罗斯下滑的国民经济让国家失去了维护其导航系统的能力。在2001年之前,几乎三分之二的格洛纳斯导航卫星因为失修沦为太空废铁。所幸俄罗斯近年来加强了对其导航系统的维护,失效的卫星目前也逐步恢复使用,俄罗斯还将投入数十亿美元用于系统的升级。作为俄罗斯的战略合作伙伴,印度也参与到了该系统的投资中。

但格洛纳斯的不幸仍在继续。2010年12月5日,从俄罗斯拜科努尔发射场升空的三颗格伦纳斯导航卫星在升空后偏离轨道,坠落在太平洋。俄罗斯总统梅德韦杰夫在不久前的国情咨文中曾表示,格洛纳斯导航系统应在年底部署完成。目前看来这已成为不可能完全的任务。

“格洛纳斯系统还是很值得关注,然而各国在看到它经历了‘过山车’式的发展后,对这套系统缺乏足够信心,这一点对于系统工程的前景是不小的麻烦。”景贵飞说。

此外,为了优先保证军事用途,格洛纳斯系统目前对外开放的民用信号的定位精度仅为30米,这与GPS系统和北斗系统有较大差距,这一劣势使格洛纳斯在与其他导航系统的国际市场竞争中处于下风。

说到导航定位的精度,目前没有任何系统可以和处于实施阶段的伽利略系统相媲美。该系统确定的全球定位精度要比GPS还要精确10倍,误差可达到1米以内。就连中国的导航技术人员也赞叹其设计的完美程度。

“伽利略设计得太完美了,比GPS强,比北斗强,但这样一来它的技术就非常复杂。要把它的功能都实现就很难,并且需要很长时间。”中国卫星导航应用管理中心杨元喜院士对《中国新闻周刊》记者说。

欧洲科学家还为伽利略设定了最大限度的兼容,伽利略接收器不仅接受本系统信号,还可以接受GPS和格洛纳斯两大系统的信号,对于渴望获得稳定导航的用户,这种优越性如虎添翼。

然而,欧洲人的伽利略目前遇到的最大困难与当年俄罗斯人相似。据欧洲媒体报道,欧盟在伽利略项目的建设预算方面存在十亿欧元左右的资金缺口,这对于尚未从金融危机中恢复的欧洲各国都是不小的负担。资金问题令欧洲和世界迟迟见不到号称“完美”的超级系统大发神威,欧洲人的导航系统推进不见起色。

欧盟委员会发言人回答《中国新闻周刊》书面采访时透露,伽利略系统的第1和第2颗工作卫星有望在2011年下半年发射,第3、4颗卫星的升空时间也被部署在2012年上半年。

“我们预计将在2014至2015年之间部署18颗导航卫星。届时,一部分初步的导航公共服务项目,例如搜救服务等,将付诸使用。其他商用导航服务将随着导航卫星的进一步增加而适时启用。”这位发言人表示。

但即便欧盟的新一轮计划成功实施,伽利略的启用时间也比最初计划推迟了将近十年。

而相比之下,中国北斗系统建设正稳步推进。虽然中国的导航系统在设计精度上不如欧洲的伽利略,仅为10米,但目前的卫星部署速度让北斗系统得以按计划扩展为世界上第三套正常运行、实用的全球卫星导航系统。

新兵入列

“北斗”系统的快速崛起受到了包括美国、欧洲各国在内的密切关注。2010年1月以来连续发射5颗北斗工作卫星的计划,更令外界对Compass(北斗系统的英文名称)的战略意图产生了种种联想。

2010年10月在意大利都灵举行的全球卫星导航系统国际委员会第五届大会期间,负责北斗导航系统的中国官员,透露了中国北斗的部署计划和使用频段。

不过,在这次会议上,欧盟官员也表达了对北斗系统在频段使用上的意见。一直为伽利略计划搁置而犯愁的欧洲官员,面对北斗的强势推进态度尴尬。

“在北斗系统计划使用的频段,伽利略系统实际上拥有优先权。我们认为,两套系统在同一频段重叠运行,可能发生有害干扰,还可能引起两套系统的冲突。”欧盟欧洲委员会在接受《中国新闻周刊》采访时重申了伽利略的立场。

对此,中方一直坚持自己的意见:按照国际电联的规定和程序,中方对此导航频段的使用具有同等优先权。

据一名知情人透露,有中国学者向欧洲方面提问:“频段重叠等于干扰吗?频段重叠等于不兼容吗?请回答Yes或No。”

这个提问难住了欧洲方面的技术人员,双方争执不下。结果还是国际电信联盟的一位官员介入,才缓和了争论。

曾多次参加国际导航系统协调会议的杨元喜说,在海外参会,最大的感受是但凡听到关于北斗的讨论,几乎都是正面少、负面多,“这是不公平的!”杨元喜说。

“有人把北斗描绘成一个‘trouble maker’(麻烦制造者)或是干扰者。当然,他们不会公开这么讲,但这个潜台词总是让人不舒服。事实上,北斗是贡献者。”一位业内专家对《中国新闻周刊》记者说。

在观察家看来,欧洲人的为难与伽利略计划推进不顺有直接的关系。

2003年10月,经过近两年的谈判,中欧领导人在第六次首脑峰会期期间签署了《中华人民共和国与欧洲共同体及其成员国关于民用全球卫星导航(伽利略计划)合作协议》,并于次年进一步签署《中国国家遥感中心和伽利略联合执行体关于伽利略计划合作协议》。按照两份协议的内容,中国政府计划通过向伽利略项目投资2亿欧元的方式,购买伽利略项目的民用导航服务,并参加伽利略的开发项目。伽利略计划一度是中欧之间最大的科技合作项目,中国也成为参加伽利略计划的第一个非欧盟成员国。

然而,伽利略计划的投资方式却于近年来发生转变,欧盟各国从商业投资团体手中全盘接管了严重超支的伽利略(计划中投资为34亿欧元)。近10亿欧元的超支负担以及各国对伽利略的不同意见,让伽利略寸步难行。而此时,北斗却加速超车,双方合作的格局就此改变。

不过目前,中欧双方关于伽利略计划的合作协议依然有效。科技部直属的中国国家遥感中心与欧盟欧洲委员会企业与工业总司之间的交流仍然十分密集,有时几乎每星期都有。

“现在的问题对于伽利略和北斗来说都是利益攸关的问题。我们已经向北斗团队提出了相关建议,双方正在密切磋商。”欧盟欧洲委员会发言人表示。

负责北斗计划的专家坦言,面对中欧导航系统合作的两难境地,没有最佳方案,而只有相对较好的选择。

“双方竞争目前仍然存在。”景贵飞表示,“但现在需要通过双边和多边会谈解决的主要问题:一旦系统建成,北斗和伽利略、GPS、甚至格洛纳斯之间,究竟是替代还是互补。”

“在国际导航领域,北斗还是一个刚刚入行的新人。即便未来开放了北斗的接口,北斗依然需要利用西方主导的国际规则,通盘考虑自己在全球导航市场上的发展。”中国卫星导航应用管理中心总工程师柳其许说。

欧盟委员会发言人对《中国新闻周刊》表示,欧盟完全支持中国发展自己的导航系统,两个系统可以通过合作取得积极成果。“在新的合作框架下,双方有新机遇为广大用户提供兼容、互通的导航信息。”

2012年,全球卫星导航系统国际委员会将在中国举行年会。杨元喜认为,这给北斗提供了一次难得的机会。

“我想,届时关于北斗如何成为国际导航系统的‘贡献者’的讨论,将会超过关于‘麻烦制造者’的争论。”杨元喜说。

景贵飞也表示,“双方真正的合作才刚刚开始有些味道。” ★

(本刊记者杨时对本文亦有贡献)

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