刘洪波 湖北仙桃人。长江日报评论员，高级记者。

6月下旬，北斗导航系统完成组网。被称为北斗“心脏”的是原子钟。星载原子钟成为卫星导航的关键技术，意味着位置问题也就是空间问题，转换为时间问题。

起初，人在地球上行走，并没有多远的距离，下自己家的地，到老张家换点油，出门走个亲戚，凭着经验就可以做到。陌生一点的地方，看个路标，没有路标了，“嘴上就是路”。成吉思汗横扫欧亚，“导航系统”只是指南针和嘴巴问路。

导航成为一个问题，是海上航行带来的。最著名的事件，就是1707年一支英国舰队打了胜仗后返程，在家门口锡利群岛触礁沉没，近两千人死亡。这使“日不落帝国”决心解决海上定位问题，1714年英国悬赏2万英镑，成立经度委员会，寻找解决方案。

古希腊地理学家托勒密用经度和纬度绘制地图，这是经纬度的起源。世界上任何位置，确认纬度不难，白天看太阳，晚上看星星即可。当然有代价，很多船长为了观测太阳眼睛被灼伤，使大航海时代的船长在电影中常被塑造成独眼龙。

确认一个位置的经度，尤其在茫茫大海上，缺乏参照。水手的做法是测速度，用航行速度和总共航行了多少时间估计里程，再确定自己的位置。

科学家的想法仍然是看星星。早于英国，西班牙1598年设立经度奖。伽利略提交的方案是通过对标木星的卫星来确定经度，因为木星的卫星1年发生1000多次交食现象，比人们一直用的月食法机会多得多。但西班牙判断此法不实用，因为木星的卫星目标太小，而船舶又缺乏稳定的测量条件。但伽利略解决了陆上确定经度的问题。

更多的科学家包括牛顿，用“月距法”解决问题。月亮在天空中的位置会移动，船上观测到的月亮位置比对某个地点如伦敦看到的月亮位置，可以判断出船与伦敦经度相差多少。这个方法需要绘制完整的星表，使月亮的位置得到明确，这在当时非常困难，而且白天看不到月亮。

有人提出，每隔600英里停一艘舰，绕地球一圈布设，就像“海上烽火台”，船看到烽火台上的标准报时烟花弹，对比自己的钟，就能知道自己的经度。

通过时间来确定位置，这是所有人都想到的一点，就连灵学家都不例外。例如有人称狗能通灵，用特制刀给狗割下伤口，带狗出海，每天正午12点的时候，伦敦在特制刀上抹“通灵粉”，远方船上的狗就会疼得叫，船上的人就知道这是伦敦时间中午12点。

海上航行的经度问题，通过钟表得到解决。乡村木匠哈里森制作的航海钟，能克服长期海上颠簸和温度变化对钟表的影响，从而通过精确计时，确定船舶经度。哈里森从木钟开始，数十年制作航海钟的经历，以及他与天文学家马斯卡林“月距法”的逐奖竞赛，故事经典得已经拍成电影。

哈里森的钟表当时是昂贵的，人们还得担心它坏了怎么办，一支船队得配几只。实际上确定经度往往既用航海钟，也用六分仪加《月距表》，两种方法互相验证。这两种方法，都是对准时间，但航海钟靠的是人工频率（钟摆），月距法靠的是天文观测。参照点上，前者为人工基站（如伦敦的标准钟），后者为月亮位置；观测量上，前者是查看人工频率器（钟摆），后者是观测天体的视角。两者的精确度和使用的方便性也不一样，月亮不是想看就能看到的。

准确地说，航海钟起的作用是定位，不是完整的导航。无线电的运用，使“定位”进化到“导航”。这是完全人工化的，确认经度也不借助钟表。它通过船舶与人工基站（无线电发射台）之间的距离来定位。多个发射台的信号形成圆周交叉，船舶通过信号交叉点确认自己的位置，从基站的经纬度可以算出船舶的经纬度。时间起到的作用是推算基站信号与船舶的距离，它需要精确到纳秒，精确定位达到实时化，导航就可以实现。

单纯从定位来说，卫星导航同样不需要时间，在地球轨道高度，给出某个点的经纬度不是问题。但完成实时导航，就对“此时”的位置有特别要求，而且每个“此时”间隔足够短。这就需要更加精确的时间。时间误差1纳秒，导航位置误差将达到30厘米，北斗导航精度要达到1厘米以内，卫星时间误差就要小于20皮秒（万亿分之20秒）。每颗卫星上需要配置的原子钟3至4台，以进行时间同步，主控站则需要数十台原子钟，保持整个系统的时间标准。因此，可以说卫星导航完全是一项由时间技术引领的空间技术。

卫星导航系统的发展，使“定位”从海上和飞行领域的专门需要变成一种生活需要，使“地址引导”在日常生活中变得普及。“导航”概念由此泛化，十分匹配现代生活的快速变化。这得益于定位精度的提高，实时定位的实现。

如果不能提供10米以内的民用定位，开车导航就找不到路，更找不到在哪里转弯，导航软件就起不到作用。城市的规模和更新速度，现代经济社会生活需要打交道的位置信息，都超过了人的日常信息处理能力，地理信息数字化作为人脑的替代十分必要。人不再需要记下怎么走路，而将这些信息托付给实时卫星定位和地图结合起来的导航系统。一切行动体从船舶、飞机到车辆，乃至人的行走都由导航系统定位，建立在经纬度上的位置信息从来没有像今天这样深度嵌入到人类生活。

在卫星信号被遮挡的情况下，通讯覆盖与卫星的组合，可以实现包括城市“峡谷”和室内定位在内的导航全覆盖。工厂车间、大型商场乃至家居环境内的导航，对人和移动机电设备的行动将提供便利。

截至目前，导航仍然只是围绕着地球而实现的，如果人类要踏向深空，导航仍然基本没有破题，当然现实也暂时没有这样的需要。但即使在地球上，水下和洞穴也是导航的死角。这些可以看到人类导航能力目前的限度。（文/刘洪波）

【编辑：戴容】