年7月23日,美国无中生有地指控中国「银河号」货轮,向伊朗运输制造化学武器的原料,制造了震惊世界的「银河号」事件。
当时,「银河号」在印度洋上正常航行,但船长张如德突然发现,GPS信号莫名中断,这让银河号变成了无头苍蝇,不知道该向哪个方向行驶。
事后才知道,这是因为当时美国关闭了该船所在海区的GPS服务,迫使银河号停船接受美国蛮横无理的检查。
「银河号」事件被称为我国90年代三大耻辱之一。
正是在那个时候,国人意识到,如果一直用美国的GPS,一到关键时刻,美国人随时都能扼住我们的咽喉。我们得拥有自己的卫星导航系统!
一年后,「北斗」卫星导航系统工程建设正式启动。
北斗能干哪些活虽然在我们的手机上,定位系统都叫GPS,但它与美国的GPS导航,还是存在一些差别的。
在过去很长一段时间,手机上的「GPS定位」的确是指美国的GPS导航,但如今,GPS更多是指全球定位系统(GlobalPositioningSystem)的英文首字母缩写。
准确来说,美国的GPS占了最早使用名称的优势。
如今大多数手机不仅能接收美国的GPS,也能接收到北斗卫星,甚至是俄罗斯的格洛纳斯卫星以及欧洲的伽利略。
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而除了手机导航,卫星导航系统的应用场景还有很多。
从军用角度来说,一支信息化的部队,基本除了子弹外,所有会动的武器、装备、士兵都会携带卫星定位模块。
年的海湾战争,美军就通过GPS为人类战争史贡献了一个新词——外科手术式打击。
原本需要数十架轰炸机,投弹数百吨才能完成的轰炸任务,变成仅需几枚导弹在数百公里外发射即可。
战场指挥系统,特别是大空间跨度的指挥,要达成极度精确的时间同步,也需要卫星导航系统的帮助。
从民用角度来说,我们日常生活中用到的定位服务,包括但不限于地图导航、共享单车/打车等,都依赖卫星导航系统。大型电网、金融交易、电信通讯等都需要卫星上原子钟精密授时。科学领域,很多研究地球重力场、磁场、板块运动、大气、海洋、冰川、自然灾害的卫星,都需要卫星导航系统帮助卫星精密定轨。大型基建工程,例如高铁、大桥、机场建设,也需要卫星导航系统标定。新兴技术中自动驾驶、精准农业同样如此。可以说,一个世界大国,很难想象在其未来发展过程中,还有哪些方面不需要卫星导航:一切移动的事物,飞机、火车、船艇、车辆、人、火箭乃至宠物、家电等,未来都会用到卫星导航信号。所以,如果我们没有北斗,完全依赖美国GPS,那我们的军队对美国来说还有秘密可言吗?要是美国一制裁,降低精度、发送错码干扰,甚至直接关闭这一区域的GPS,我们该怎么办?各方面都要瘫痪了。目前,除了北斗和美国GPS,比较完善的全球卫星导航系统,还有俄罗斯格洛纳斯和欧洲伽利略,四大系统内呈现出多方竞争的局面。美国GPS:年完成全球组网,高达98%的全球覆盖率。俄罗斯格洛纳斯:年完成组网,年正常运行。
欧盟伽利略:欧盟于年初正式推出伽利略计划,现已基本实现全球信号覆盖。
中国北斗:国内北斗系统建设「三步走」,预计年完成全球组网。
这其中,以我们的北斗发展最晚,但却后来居上。
年北斗刚立项时,美国GPS已拥有24颗在轨工作卫星,完成了全球组网。
可现在,北斗在轨卫星已达39颗,规模位居全球第一,其发展速度之快令世界各国瞠目结舌。
中国是如何建设北斗的
为什么中国北斗能发展这么快?
这里得提一个人——「两弹一星」功勋奖章、「共和国勋章」获得者,「北斗之父」孙家栋。
孙家栋独具慧眼,根据我国当时的经济、科技情况,提出了一条具有中国特色的「先试验、后区域、再全球」的「三步走」发展战略。
第一步,年建成北斗卫星导航试验系统,使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家;
第二步,建设北斗卫星导航系统,年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力;
第三步,年左右,北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。
年10月,第一颗北斗卫星正式发射,第二颗与第三颗则分别于年12月、年5月发射。
此三颗卫星的成功发射,意味着北斗一号(实验性北斗导航系统)正式建成。
但是,北斗一号由于轨道位置偏高,卫星数过少,所以精度较差,服务范围有限,只能覆盖中国。
想和美国GPS分庭抗礼,实现全球定位,就必须发射多颗中轨道的动态卫星。
可就在北斗二号酝酿之时,欧洲人忽然主动邀请中方,加入欧洲卫星导航系统伽利略计划。
出于当时经济、技术等方面考虑,我们暂停了北斗二号计划,决定加入欧洲伽利略。
就这样,年中欧草签合作协议,中国成为了第一个加入「伽利略计划」的非欧盟国家,而且将拥有这一系统的部分所有权和全部使用权。
为此,中方承诺投入2.3亿欧元的巨额资金,第一笔万欧元很快就打到欧方账户上。
可谁知,中国虽然是投资方,却惨遭排挤,不仅在技术上被封锁,还进不到伽利略计划的决策机构。
出力不讨好,这谁顶得住啊!无奈之下,我们退出了伽利略。
年,北斗二号系统工程建设正式启动。
北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制基础上,增加无源定位体制,为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。
年第1颗北斗二号卫星被送入太空;年第2颗北斗二号卫星被送入地球同步轨道。年,我国成功实现「一箭双星」,能一次发射2颗卫星上天,极大加速了北斗卫星的部署。到了年年底,我们完成了14颗卫星(5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星)发射组网,开始为整个亚太地区提供服务。也是从这个时候起,我们的手机陆续用上了北斗。而在北斗二号正如火如荼的建设时,北斗三号也于年启动系统建设。这次就是奔着全球组网去的。
前面几年都是一年发射两三颗卫星,常规速度;但去年却突然发力,一年内完成10箭19星发射,创下了全球卫星导航系统组网最快纪录。
一年发射的卫星,比人家十多年的发射数量还多,这让人怎么玩。相比之下,美国GPS最快纪录为一年6星,俄罗斯格洛纳斯为一年9星,欧洲伽利略为一年6星。
得益于此,截至今年9月,北斗系统有在轨运行卫星39颗,超过了美国GPS的31颗、欧洲伽利略的22颗,俄罗斯格洛纳斯有24颗,成为世界第一。
根据美国导航公司Trimble的一项统计,在全球总数近个联合国成员国中,有个国家上空,北斗卫星的每天可见星数已经超过了美国GPS。
卫星的数量是定位精度的重要保障,而随着年继续布网剩余卫星、且前期卫星陆续度过调试期正式服役,北斗的精度将进一步提升,彻底点亮全球。
北斗也成为美国GPS、俄罗斯格洛纳斯之后第三个成熟的卫星导航系统,也使我国成为继美、俄之后,世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
相比友商,北斗的优势
除了覆盖率外,得益于后发,北斗相比其它几家还有几点优势。一是采用三种轨道卫星组成的混合星座。其它三家的卫星,都是在距地面0千米左右的中圆卫星轨道上。而北斗有27颗卫星处在中圆轨道,5颗卫星处在赤道上空千米高的地球静止轨道;3颗卫星处在地球同步轨道上。高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其低纬度地区性能特点更为明显。二是北斗系统提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。电离层会影响电磁波传播,是卫星导航定位的最大误差源,必须消除。电离层的干扰与卫星信号频率相关,因而采用至少双频信号,可以构建电离层延迟修正模型最大限度去除这部分干扰因素,显著提升定位精度,三频则可以构建更复杂模型消除高阶影响。
年12月27日,北斗系统提供全球服务,全球定位精度达3.6米,亚太区域定位精度达2.6米,与目前的民用GPS相差无几,随着卫星数的提升,精度超过GPS指日可待。
三是北斗系统创新融合了导航与通信能力,具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。
短报文这个可是北斗的独门绝活,也就是通过卫星实现天地双向通信,而其它三大系统都只能单向接收。
该功能意味着,北斗卫星可以向拥有此项授权服务的接收机发送专属讯息,例如大洋之上、深山老林等特殊情况并没有任何手机信号,发生紧急情况时高轨北斗卫星可以及时与地面互动。
可不要小看简单的发短信功能,这对于远洋渔民来说这是救命的信号!大海里没有基站,通信全靠卫星!
尤其是远洋出海,信号差、定位难、通信难、救援难,GPS仅有定位服务,面对大海捉襟见肘,真到了生死时刻GPS也就只能让渔民自己知道沉在哪,无法把这个信息传达出去。
至于军事卫星电话,这玩意太贵了,普通渔民搞不起。
而短报文对于军事行动的意义,更是无法形容。
未来广阔的前景
当然,后发有后发的优势,先发也有先发的好处。
卫星导航系统是个烧钱的玩意儿,前期千亿的投入不提,建成后仍需长期维持、持续投资,所以不能光靠国家补贴,最好是军民融合、从民用市场盈利。
经过几十年的布局和规模化应用,美国GPS在民用市场领先优势明显,各种导航设备基本都会兼容GPS。
像我们手机里的射频单元成本中,也包含了美国GPS的专利费用。
而越大规模服务价格就会越低,总收入却由于规模效应增加,进一步促进建一个更好的系统,形成良性循环。这也是GPS能长盛不衰甚至快速迭代的根本原因。
按照欧洲全球定位研究中心的估计,年左右世界范围内的卫星导航定位设备需求量将超过92亿部,而年产值甚至超过亿欧元。
卫星导航设备和附加设备产值估计这是个巨大的市场,其中又以亚太地区的增速最快,年增速可以达到40%以上,远超欧美的10-20%左右。
所以说,北斗提供全球服务,是北斗建设的一大步,也是北斗发展的新起点,迎来新机遇,面临新挑战。
年,没有自己导航系统的我们,被美国人强行逼停「银河号」。上月底,美国里根号航母到我国南海炫耀武力,结果被我方7艘军舰包围驱赶。
从流出的卫星图来看,北斗卫星导航系统让里根号航母无所遁形,只能乖乖接受我方「护航」,驱离南海。
26年弹指一挥间,70岁的新中国出发再向前,中国和中国人民正站在历史与未来的交汇点上。
我们走在大路上,身后是前人寄望的目光。
我们走在大路上,满怀豪情朝着太阳的方向。
我们走在大路上,脚踏人间正道、何惧世事沧桑。
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