導(dǎo)讀:2019年12月16日15時22分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭(及配套遠征一號上面級),以“一箭雙星”的方式成功將第52、53顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空。至此,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的中圓地球軌道衛(wèi)星全部發(fā)射完畢,也標志著北斗三號全球系統(tǒng)核心星座部署全部完成。
2019年12月16日15時22分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭(及配套遠征一號上面級),以“一箭雙星”的方式成功將第52、53顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空。歷經(jīng)3個多小時的飛行之后,衛(wèi)星順利進入了預(yù)定軌道,后續(xù)將進行在軌測試,適時入網(wǎng)提供服務(wù)。
至此,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的中圓地球軌道衛(wèi)星全部發(fā)射完畢,也標志著北斗三號全球系統(tǒng)核心星座部署全部完成。中圓地球軌道衛(wèi)星作為北斗三號全球系統(tǒng)星座的主力衛(wèi)星,將主要為全球用戶提供導(dǎo)航定位授時服務(wù),以及全球短報文通信、國際搜索等特色服務(wù)。北斗三號全球系統(tǒng)核心星座的部署完成,也預(yù)示著北斗三號進一步提升了系統(tǒng)服務(wù)性能和用戶體驗,為實現(xiàn)全球組網(wǎng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
當(dāng)前國際上,在GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))俱樂部中,有且僅有四家成員:美國的GPS、歐洲的伽利略GALILEO、俄羅斯格洛納斯GLONASS以及中國的北斗COMPASS。其中,中國北斗雖然是后起之秀,但卻是其中發(fā)展最為快速的會員。
起底全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
1957年10月4日,蘇聯(lián)向太空中發(fā)射了全球第一顆人造地球衛(wèi)星,開創(chuàng)了人類新紀元。
而遠在大洋彼岸的美國對此事高度重視,一位名叫比爾·蓋伊的數(shù)學(xué)家和一位名叫喬治·威芬巴赫的物理學(xué)家在霍普金斯的應(yīng)用物理實驗室里發(fā)現(xiàn)了這顆衛(wèi)星的頻率出現(xiàn)了偏移,經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)是相對運動引起的多普勒頻移效應(yīng)。
他們發(fā)現(xiàn),如果在地面上架設(shè)多部接收機,就可以根據(jù)接收到的信號的不同頻差推算出這個衛(wèi)星的具體位置。而彼時的實驗室主任弗蘭克·麥克盧爾正在為海軍做一項研究,內(nèi)容是五角大樓如何知道茫茫大海中軍艦的具體位置。
當(dāng)他們將實現(xiàn)了對蘇聯(lián)衛(wèi)星的多普勒定位跟蹤研究結(jié)果告知弗蘭克時,一個逆向思路出現(xiàn)在弗蘭克的腦海中,美國GPS系統(tǒng)也就此啟動。
在反復(fù)研究低、中、高軌道利弊后,美國在1978年選擇了24顆衛(wèi)星的中軌道星座,并發(fā)射了第一顆GPS衛(wèi)星。1994年GPS系統(tǒng)完成全球組網(wǎng),全球覆蓋率高達98%,1995年投入運行,并分為軍用和民用兩種定位模式,其中民用方式向全球開放。
經(jīng)過30多年的發(fā)展,GPS系統(tǒng)已經(jīng)成為目前全球使用最為廣泛,商業(yè)模式最為成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。同時,GPS的出現(xiàn)也改變了在紙質(zhì)地圖上規(guī)劃路線的歷史,在汽車導(dǎo)航、海上導(dǎo)航中發(fā)揮著巨大的作用。
既然已經(jīng)有了最為成熟,并且使用免費的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù),為什么中國還要研發(fā)北斗全球系統(tǒng)?
我們不妨聯(lián)系一下最近中美之間發(fā)生的故事,說說北斗衛(wèi)星由來。近兩年,美國方面不斷向中國企業(yè)施加壓力,先是中興斷臂求生,再有華為傾力抵抗,還有圍繞掌握尖端核心科技自主知識產(chǎn)權(quán)的討論也在業(yè)界不斷被提起。
現(xiàn)在我們在舉國之力打造“中國芯”,這是由于國內(nèi)起步晚、科技水平有限,在很長時間里我們始終處于一個被動的位置,是否被卡脖子,主動權(quán)完全掌握在別人手中。這還是在商用和民用領(lǐng)域,但事實上,從GPS研發(fā)的初衷中不難看出,軍用才是GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的本質(zhì)。
試想,就像美國斷供華為一樣,將GPS民用信號切斷,那么使用地的所有設(shè)備將再也無法使用設(shè)備定位服務(wù),對于已經(jīng)過度依賴于導(dǎo)航的我們來說,無異于瞬間回歸“黑暗”,只能在里面到處碰壁。
在軍用領(lǐng)域就更為嚴重了,作為一項開放的技術(shù),美國雖然無法禁止其他國家使用GPS,但由于GPS分為軍用和民用兩大部分,因而在開放程度上,美國還掌握著主動權(quán)。假使美國的敵對國使用民用GPS信號,只在定位精度上美國就已經(jīng)領(lǐng)先了對手十倍。如果美國再向敵國發(fā)送欺騙碼,那瞄向美國的導(dǎo)彈可能就會落到自家陣地上。
因此,即便GPS在全球形成了巨大的市場,并以此托舉著眾多新的國際性產(chǎn)業(yè),造福了民用市場,但無形中也形成了一股強大國家軟實力,本質(zhì)上還會以美國國家利益為主。
北斗后來居上
基于國家安全、人民福祉和經(jīng)濟發(fā)展,早在上世紀70年代,我國七五規(guī)劃中就提出了“新四星”計劃,隨后還提出單星、雙星、三星、三到五顆星的區(qū)域性系統(tǒng)方案,以及多星的全球系統(tǒng)設(shè)想,以此籌備和發(fā)展國內(nèi)軍民兩用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
早期在國家一窮二白的基礎(chǔ)上發(fā)展全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)確有困難,但到20世紀后期,打造中國自己的全球?qū)Ш较到y(tǒng)的步伐開始不斷加快,同時也探索出一條適合中國國情的導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展之路。
●2000年年底,中國建成北斗一號系統(tǒng),開始向中國提供服務(wù);
●2012年年底,北斗二號系統(tǒng)建成開通,中國的北斗全球系統(tǒng)開始向亞太地區(qū)提供服務(wù);
●2019年年初,北斗三號基本系統(tǒng)完成建設(shè),開始向全球輸出服務(wù)能力;
●預(yù)計到2020年,中國的北斗全球系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)將全面完成,定位精準度將從米級跨越至厘米級,最高精度足以匹配GPS,實現(xiàn)質(zhì)的提升。
不僅如此,GPS的另一弊端,也已經(jīng)被北斗全球系統(tǒng)所克服。GPS是單向通信體質(zhì),好比廣播電視塔發(fā)射信號,它只管發(fā)射信號,而不管到底有1個還是1萬個接收設(shè)備在接收信號。同理,30顆衛(wèi)星不斷向地面發(fā)射信號,然而具體是誰在接收并使用這些信號,衛(wèi)星自身是毫不知情的。
而在上世紀(1994年啟動,2000年雙星升空)的北斗一代,我國研究人員采用“兩彈一星”元勛成芳允院士為首的專家團隊提出的雙星定位方案,已經(jīng)實現(xiàn)了雙向通信能力。雖然由于種種原因,北斗一代采用了靜止高軌道的雙星定位方案,但北斗一代兩顆衛(wèi)星可以與國際通信衛(wèi)星一樣完成通信任務(wù),其既能定位又能通信的特點也成為其一大技術(shù)特征。
當(dāng)然,這并不證明美國的GPS等其他定位導(dǎo)航系統(tǒng)不支持通信功能就是技術(shù)上不先進,只能說明,這為今后北斗的演進奠定了更好的基礎(chǔ)。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶端三部分組成,可以在全球范圍內(nèi)全天候、全天時的為各類用戶提供高精度、高可靠性的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。并且具有短報文通信能力,已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時能力,定位精度為10米,測速精度為0.2米/秒,授時精度為10納米。具體特點如下:
●北斗系統(tǒng)空間段采用三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座,與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多,抗遮擋能力強,尤其低緯度地區(qū)性能特點更為明顯;
●北斗系統(tǒng)提供多個頻點的導(dǎo)航信號,能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務(wù)精度;
●北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力,具有實時導(dǎo)航、快速定位、精確授時、位置報告和短報文通信服務(wù)五大功能。
寫在最后
當(dāng)然,北斗全球系統(tǒng)作為后起之秀,相比較GPS還處于發(fā)展的初級階段,GPS在全球擁有穩(wěn)定的市場和國家性產(chǎn)業(yè)鏈,想要把中國的“千里眼”推向國際還需要時間。