近日，我國(guó)首顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星順利進(jìn)入距地面3.6萬(wàn)公里的傾斜地球同步軌道。這是我國(guó)發(fā)射的第十七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，也是北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)的首發(fā)星，其發(fā)射成功標(biāo)志著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由區(qū)域運(yùn)行向全球拓展的轉(zhuǎn)變。
從1994年開(kāi)始啟動(dòng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，到2003年第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式運(yùn)行；從2012年形成覆蓋亞太的服務(wù)能力，到如今開(kāi)始全球組網(wǎng)，北斗用20年，實(shí)現(xiàn)了從“先試驗(yàn)、后區(qū)域、再全球”的三大跨越，而且前行的腳步不斷加快。
為人類(lèi)貢獻(xiàn)了“司南”的中華民族，如今通過(guò)“北斗”，傲然屹立于世界導(dǎo)航先鋒之林。而它已成為繼美國(guó)GPS、俄羅斯格洛納斯、歐盟伽利略之后的全球第四大導(dǎo)航系統(tǒng)。
本報(bào)記者帶你追尋這顆“北斗家族”全球組網(wǎng)首發(fā)星的足跡，探尋其身上的新變化，揭秘北斗蝶變的歷程以及北斗如何在2020年實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航全球的目標(biāo)。
首發(fā)星有三亮點(diǎn)
3月31日，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)第十七顆衛(wèi)星順正式亮相，讓國(guó)人對(duì)北斗全球組網(wǎng)的未來(lái)充滿(mǎn)了信心。這顆新一代的首發(fā)衛(wèi)星，凝聚著無(wú)數(shù)航天人在研制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的自主創(chuàng)新。其中主要有三點(diǎn)：
首先是首次實(shí)現(xiàn)星間鏈路。我國(guó)前期的導(dǎo)航衛(wèi)星之間并沒(méi)有導(dǎo)航通信鏈路。從這顆首發(fā)星開(kāi)始，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星都將實(shí)現(xiàn)星間鏈路，多顆衛(wèi)星將互聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間的信息傳輸和交換，從而實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星的自主導(dǎo)航。
那么，為什么要進(jìn)行衛(wèi)星互聯(lián)呢？“目前各導(dǎo)航系統(tǒng)嚴(yán)重依賴(lài)地面站支持，如果遭遇自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)，這些導(dǎo)航系統(tǒng)將毫無(wú)用處。”上海微小衛(wèi)星工程中心副總設(shè)計(jì)師沈?qū)W民表示，通過(guò)星間鏈路組網(wǎng)，即使失去地面支持，導(dǎo)航衛(wèi)星仍然能生存相當(dāng)一段時(shí)間，用互相測(cè)距的方法進(jìn)行定位；在常規(guī)狀態(tài)下，星間鏈路還有助于提高定位精度，使北斗系統(tǒng)的精度達(dá)到與GPS相當(dāng)?shù)乃健?/P>
其次是高精度。由此前的10米定位到現(xiàn)在的2.5米定位，這是這顆首發(fā)星實(shí)現(xiàn)的一大飛躍。其中的關(guān)鍵，是新信號(hào)體制的運(yùn)用。信號(hào)體制為什么要不斷更新呢？專(zhuān)家表示，由于未來(lái)一段時(shí)間，新老北斗導(dǎo)航衛(wèi)星將在太空中共同運(yùn)行，這就需要既能兼容過(guò)去的版本、又能帶來(lái)更高的性能的新信號(hào)體制。
最后是“減肥強(qiáng)身”。衛(wèi)星絕非越重越好，小型化、輕量化都是未來(lái)導(dǎo)航衛(wèi)星的方向。由于首發(fā)星更換了全新的平臺(tái)，采用了框架面板式輕量化構(gòu)型設(shè)計(jì)，這使其在重量上比“哥哥輩”的北斗衛(wèi)星輕了一半（約0.8噸），體態(tài)更加輕盈小巧。同時(shí)，這顆首發(fā)星的“身體”更加硬朗。它采用的如銣原子鐘、大功率微波放大器、“龍芯”CPA等95%的關(guān)鍵部件均為國(guó)產(chǎn)，未來(lái)的國(guó)產(chǎn)化率將達(dá)100%，質(zhì)量更為優(yōu)異。
以被譽(yù)為衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)“心臟”的銣原子鐘為例，為解決確定銣原子含量與銣鐘壽命問(wèn)題，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師謝軍養(yǎng)成一個(gè)持續(xù)多年的習(xí)慣：定期到研制單位查看銣量消耗評(píng)價(jià)試驗(yàn)，確定星載銣鐘的充銣量安全范圍，預(yù)估銣鐘壽命。正是依靠無(wú)數(shù)航天人多年如一日的艱苦攻關(guān)，新一代高精度星載銣原子鐘終于研制成功，不僅體型更小，而且性能提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)了銣原子鐘技術(shù)的自主可控。
“該星采用全新導(dǎo)航衛(wèi)星專(zhuān)用平臺(tái)，集多項(xiàng)新技術(shù)于一身，將開(kāi)展新型導(dǎo)航信號(hào)體制、星間鏈路等試驗(yàn)驗(yàn)證工作，為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)建設(shè)提供依據(jù)。”沈?qū)W民說(shuō)。
艱難蝶變二十載
提到衛(wèi)星導(dǎo)航，人們首先可能會(huì)想到生活里經(jīng)常用到的、美國(guó)研制的GPS。那么，我國(guó)為何還要建設(shè)自己的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)呢？
“發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，就是為了在關(guān)鍵時(shí)刻不受制于人。”曾任解放軍總參謀部測(cè)繪局局長(zhǎng)，我國(guó)北斗計(jì)劃的創(chuàng)始人之一的卜慶君說(shuō)，早在1996年臺(tái)灣海峽局勢(shì)緊張時(shí)，我國(guó)軍隊(duì)的一次大規(guī)模軍事演習(xí)便曾受到GPS信號(hào)人為中斷的干擾。
正是出于國(guó)家安全的考慮，世界各大國(guó)與國(guó)家集團(tuán)開(kāi)始考慮對(duì)策，由此誕生了俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略等衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。從上世紀(jì)80年代末開(kāi)始，我國(guó)的科學(xué)家也開(kāi)始致力于研制自己的“GPS”。
1994年，中國(guó)本土的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗計(jì)劃，經(jīng)過(guò)8年的論證后正式立項(xiàng)。該計(jì)劃主要依據(jù)我國(guó)科學(xué)家陳芳允提出的與GPS不同的雙星定位理論而制定的。這是我國(guó)因?yàn)榻?jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱而提出的“低調(diào)”衛(wèi)星導(dǎo)航夢(mèng)想。
計(jì)劃實(shí)施之初，技術(shù)、經(jīng)費(fèi)、人才、包括辦公條件等都十分困難。這些研究浩瀚宇宙的科學(xué)家甚至沒(méi)有一間像樣的辦公室。北斗系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師譚述森戲稱(chēng)，辦公只能“打游擊”。
困難再多，科學(xué)家們?nèi)匀辉诿绹?guó)的GPS之外，研究出了北斗系統(tǒng)的諸多創(chuàng)新功能。例如北斗系統(tǒng)獨(dú)有的短報(bào)文通信（采用摩斯信號(hào)代碼進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電報(bào)通信）功能，使用戶(hù)之間可以互相聯(lián)系。汶川地震時(shí)，各個(gè)救援隊(duì)就是依靠該功能實(shí)現(xiàn)了信息聯(lián)系。
2000年，2顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射。2003年，我國(guó)第一代衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)正式開(kāi)通運(yùn)行，雙星定位理論實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ怀蔀槭澜缡讋?chuàng)。
2004年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域系統(tǒng)工程正式立項(xiàng)。此后3年時(shí)間里，北斗在解決覆蓋范圍有限、用戶(hù)數(shù)量受限、定位精度不高、不適用于高速移動(dòng)的用戶(hù)等方面進(jìn)行了大量科技攻關(guān)。
2007年，首顆中圓軌道衛(wèi)星發(fā)射成功，拉開(kāi)了北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)的序幕。隨后，我國(guó)以難以置信的速度，密集發(fā)射多顆衛(wèi)星、快速組網(wǎng)，并在2012年以16顆衛(wèi)星為依托，全面完成覆蓋亞太大部分區(qū)域?qū)Ш降南到y(tǒng)建設(shè)。
近幾年，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)則在定位精度和穩(wěn)定性上不斷取得進(jìn)步。目前的總體定位精度優(yōu)于10米，授時(shí)精度優(yōu)于20納秒，測(cè)速精度每秒0.2米。近日，我國(guó)科研人員利用北斗/GPS雙系統(tǒng)四頻率接收機(jī)的定位分析判定，北至天津、南至南極內(nèi)陸昆侖站之間的地區(qū)，中國(guó)北斗系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量總體與GPS相當(dāng)。
而擬于2018年底前建成的全國(guó)范圍的北斗區(qū)域加密網(wǎng)基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)，將使我國(guó)的實(shí)時(shí)定位服務(wù)達(dá)到米級(jí)/分米級(jí)以及區(qū)域厘米級(jí)。
服務(wù)全球步伐穩(wěn)
目前，北斗系統(tǒng)正在穩(wěn)步實(shí)施第三步規(guī)劃——全球組網(wǎng)。到2020年，北斗將發(fā)射5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，成為一個(gè)向全球提供服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
在這一過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)快速全球組網(wǎng)和不斷開(kāi)拓北斗的國(guó)際應(yīng)用，將是北斗全球擴(kuò)張的“兩條腿”。
一方面，積極推動(dòng)北斗系統(tǒng)地面站的建設(shè)。據(jù)了解，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首個(gè)海外組網(wǎng)項(xiàng)目——巴基斯坦國(guó)家位置服務(wù)網(wǎng)（CORS）一期工程，去年已在巴基斯坦順利完成。該網(wǎng)覆蓋整個(gè)卡拉奇地區(qū)，實(shí)時(shí)定位精度達(dá)到2厘米，后處理精度5毫米，為巴基斯坦提供實(shí)時(shí)可靠的北斗高精度定位服務(wù)。而我國(guó)在俄羅斯境內(nèi)的3個(gè)北斗系統(tǒng)地面站、南極北斗系統(tǒng)基準(zhǔn)站等也在談判、論證當(dāng)中。
另一方面，北斗系統(tǒng)正在積極進(jìn)入國(guó)際民航、國(guó)際海事、移動(dòng)通信等國(guó)際組織。去年底，國(guó)際海事組織海上安全委員會(huì)，正式將中國(guó)的北斗系統(tǒng)納入全球無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航系統(tǒng)。這意味著繼美國(guó)的GPS和俄羅斯的格洛納斯后，中國(guó)的導(dǎo)航系統(tǒng)已成為第三個(gè)被聯(lián)合國(guó)認(rèn)可的海上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也標(biāo)志著我國(guó)北斗全球化應(yīng)用邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步。今年3月，北斗系統(tǒng)與歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)頻率協(xié)調(diào)達(dá)成一致意見(jiàn)。
有專(zhuān)家表示，目前正在進(jìn)行的“一帶一路”建設(shè)是推動(dòng)北斗系統(tǒng)應(yīng)用推廣的重要契機(jī)。通過(guò)信息聯(lián)網(wǎng)、精確位置、指揮監(jiān)控等，北斗系統(tǒng)可以讓更多國(guó)家和公眾感受到其獨(dú)有的特色與優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)在這些國(guó)家的落地。
“中國(guó)的北斗，世界的北斗�！睆倪@個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，北斗服務(wù)全球之路才剛剛開(kāi)始。
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