40年的求索|北斗三號成功組網對我們意味著什麼?

GPS、格洛納斯、伽利略之爭

談起衛星導航,人們首先想到的應該是GPS,作為全球最早出現且最早投入運營的衛星導航系統,GPS在很長的一段時間裡幾乎壟斷了全球衛星導航市場,成為了衛星導航的代名詞。那麼什麼是衛星導航系統呢?

40年的求索|北斗三號成功組網對我們意味著什麼?

衛星導航系統顧名思義,就是基於衛星和地面觀測站,為全球或某一地區提供高精度導航、定位以及授時的先進系統。GPS系統是全球最早誕生的衛星定位系統。GPS系統最早可以追溯到1958年美軍設計的子午儀衛星定位系統。但由於此係統存在諸多侷限性,使得美軍迫切的需要一款全新的衛星定位系統來替代子午儀衛星定位系統,GPS的構想由此誕生,也就是說GPS自誕生之初就是為了服務於美國的各種軍事行動。

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作為全世界最早的衛星定位系統,自1969年首顆實驗衛星發射以來,包括4顆備用星在內的28顆衛星已經全部發射升空,分佈在6條交點互隔60度的軌道面上,距離地面約20000千米。已經實現單機導航精度約為10米,綜合定位精度可達釐米級和毫米級。

但GPS走進人們的生活也就是這不到20年時間的事。GPS用於美軍的導航服務,包括制導及水面及水下艦艇定位等,此外在著名的沙漠風暴行動中,美國國防部更是為地面部隊配備了數千臺民用版的手持GPS定位儀,為地面部隊提供精確的導航與定位服務。

40年的求索|北斗三號成功組網對我們意味著什麼?

除了軍事用途,GPS在民用領域的前景也十分廣泛,諸如汽車導航、建築、鐵路等等方面都有著廣闊的應用空間,極富經濟價值。當然這麼一大塊肥肉其他國家可不會坐視美國獨吞。

前蘇聯的格洛納斯衛星導航系統最早可以追溯到上世紀70年代初,出於軍事需要(為彈道導彈提供導引)前蘇聯決定建立本國的衛星導航系統,其基本思路與美國的GPS基本一致,但由於其電子工業水平與美國存在較大差距,使得格洛納斯系統在軌衛星平均壽命不足22個月,導致格洛納斯基本處於一個瘸腿的發展狀況,直到1995年俄羅斯投入30億美元加速建成格洛納斯全球導航網路,但由於衛星技術始終難以滿足要求,所以在民用領域格洛納斯的普及程度遠遠不如GPS。

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除了上述兩款系統外,歐洲也與2002年正式啟動了名為“伽利略”的全球衛星導航專案,旨在擺脫美國GPS在衛星定位導航領域的壟斷,同時伽利略系統也是全球第一款以民用為研發目標的全球衛星導航系統。可見衛星導航定位系統是支撐一個國家安全與發展的基石,極端技術受制於人,其後果可想而知,這就證明了我國必須研發屬於我們自己的衛星定位導航系統,也就是後來的北斗衛星導航系統。

衛星導航是戰略基石,我們絕不能受制於人

1999年在克什米爾卡吉爾地區,印巴兩軍爆發了一場較大規模的軍事衝突,我們習慣上稱為卡吉爾戰爭。雖然在戰爭最後印軍憑藉火炮和空中優勢,奪回了被巴方佔領的卡吉爾地區,但付出的代價是慘烈。而在整個衝突中有這樣一個插曲,那就是美國政府對印度使用的GPS定位服務動了手腳,一定程度上使印軍處於極其被動的狀態,而民用版GPS雖然精度也不差,但很容易被敵方干擾,戰爭結束後印度人痛定思痛開始建立屬於自己的衛星定位系統,2013年首顆IRNSS衛星發射成功,目前該系統仍在逐步完善。

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上世紀末的多次戰爭給我們敲響了警鐘,原來戰爭還能這樣打。美國人憑藉GPS精確定位引導地面部隊進行軍事行動,戰斧導彈依靠衛星導航直搗敵軍指揮部,而這一切的一切都在告訴我們,我們必須擁有屬於中國人自己的衛星導航系統。

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事實上我國的衛星導航起步並不晚。

對於技術的積累,最早可以追溯到上世紀60年代末的“燈塔計劃”。而真正提出衛星定位這一構想的還要從1983年說起。1983年國內有專家學者提出了雙星定位系統的概念,經過不斷討論與技術驗證,1993年“先區域,後全球”的北斗研發之路正式開啟。但從零研發頂尖的衛星導航技術談何容易?從基礎的太陽帆板,再到各種技術攻關,北斗一號系統於2003年正式建成,標誌著中國成為繼美俄之後第三個擁有自主衛星導航系統的國家。

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但北斗一號系統是不完善的。

技術上的不足,使得北斗一號很難真正在實踐中發揮成效,而且覆蓋面積較小。2004年歐洲人向我們拋來了橄欖枝,提議中方和歐洲展開深度合作,共同研發歐洲民用衛星導航系統“伽利略”。為此中方在該專案上投入了鉅額資金,但歷史的教訓告訴我們,西方人是不可靠的。2005年歐洲政治格局發生鉅變,之前中國的大量投資實質上打了水漂,整個系統的研發和決策,中國人被排除在外。

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我們只能寄希望於北斗二號系統。

北斗二號衛星導航系統於1999年開始初步技術攻關,於2004年正式立項。參與北斗二號的科研工作者,克服一個又一個困難,先後攻克衛星導航總體技術、高精度星載原子鐘技術,設計了全球首個以地球同步軌道衛星、傾斜軌道衛星為主的混合星座區域衛星導航系統。

40年的求索|北斗三號成功組網對我們意味著什麼?

但困難遠遠沒有結束。

我國於2000年向國際電聯申請了衛星的頻率和軌道位置,而在獲得審批後的7年內必須將衛星發射到位,否則申請將會作廢。而從正式立項到發射實際上留給我們的時間只有短短的不到三年的時間。在2007年衛星即將發射前夕,所有北斗人都在與時間賽跑,由於過度勞累,總設計師謝軍更是三次暈倒在一線…

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功夫不負有心人,2007年4月16日,,首顆北斗二號衛星在發射兩天後傳回了清晰的訊號,使我國真正獲得了空間頻率資源的使用資格,而此時距離這一資格過期僅有4小時。2012年北斗二號系統正式建成,開始為亞太地區提供精確的衛星導航定位服務。

40年的求索|北斗三號成功組網對我們意味著什麼?

相比於北斗二號系統,北斗三號將把區域性服務升級為全球。

2020年6月23日,也就是昨天,第55顆北斗導航衛星成功發射,標誌著北斗三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。這不僅意味著北斗三號擁有了為全球提供精確導航定位服務的能力,同時北斗三號的所有關鍵零部件實現了百分百國產化,徹底打破了核心零部件長期依賴進口,隨時可能被“斷供”的局面。

40年的求索|北斗三號成功組網對我們意味著什麼?

隨著北斗系統的不斷完善,定位導航精度的不斷提升,就連美軍也將北斗系統作為備用系統,在GPS受到干擾或故障時使用。

北斗系統對我們意味著什麼?

首先是軍事上,現代資訊化戰爭,脫離了精確的衛星導航定位,一切都是空談。如果我軍使用GPS系統進行指揮排程、導彈制導、艦艇導航,那麼一旦戰爭爆發,後果可想而知。降低導航定位精度都是小事,可怕的是你的一舉一動盡在他人掌握之中,甚至人為的對訊號進行修改,後果不堪設想。而使用我們自己的北斗系統,不僅確保了定位精度,同時也解決了一系列安全問題。

40年的求索|北斗三號成功組網對我們意味著什麼?

民用方面,北斗系統早已融入了我們的生活。

2008年汶川地震,北斗系統就起到了關鍵性的作用。北斗分隊通過手持北斗終端將災區資訊及時上傳。目前每天有約2萬架無人機通過北斗高階定位系統執行農藥噴灑任務以及電網巡查工作。城市管理者可以通過北斗系統對車輛進行監管,確保了城市交通安全有序的開展。2019年臺風“利馬”來襲,通過北斗系統實現了對危舊房屋毫米級移動變化的檢測。此外北斗個人導航定位服務也在不斷走進人們的生活,未來汽車導航、手機導航都將升級為定位精度更高的北斗導航服務。

40年的求索|北斗三號成功組網對我們意味著什麼?

以北斗系統為基礎的變化,每天都在上演…

目前北斗三號衛星的設計壽命已經達到了12年,還是那句話,北斗系統是我國開展一系列軍事和民用活動的基石,我們真的離不開北斗。

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