中国北斗前世今生:大国重器,惟有自力更生

编辑:小豹子/2018-04-13 14:58
中国北斗前世今生:大国重器,惟有自力更生   中评社北京11月6日电/沙场,三军列阵。刚下演兵场的战旗、战士、战鹰、战车,接受最高统帅检阅,米秒不差。

  南海,惊涛骇浪。世代漂泊在这里求妈祖、讨生活的渔民,如今无论到哪块海域、哪个岛礁,都在祖国俯瞰之中。

  汶川,山崩地裂。震中映秀20多小时音讯全无,突破死亡线赶到的部队, 


  1994年,在国家经济实力、技术基础仍然非常薄弱的情况下,中国毅然决策启动北斗一号工程,进行试验探索。当时,美国GPS、俄罗斯格洛纳斯各发射了20多颗卫星,已完成了全球组网。而我国正面对1989年以来西方国家对我实施的最严密技术封锁。放眼星空,最适合卫星导航的黄金频段美俄已全部占用。我国与同时希望建设自己卫星导航系统的欧盟,推动国际电联从航空导航频段中,最大限度地挤出一小段频率,提供卫星导航共同使用。这一小段频率,只有黄金频段的四分之一,这是建设一个全球导航系统最基本的频率需求,且各国均可平等申请。2000年4月17日,北斗和伽利略系统同时成功申报。按照国际电联规则,必须在7年有效期内成功发射导航卫星。

  摆在我们面前的只有两条路,一是寻求合作,共用资源;二是独立发展,抢占主动。中国一方面立足独立自主建设,另一方面积极寻求国际合作。但对中国这样的大国,在关系国家重大竞争力的合作中,自身没有过硬实力和核心技术,往往难有对等交流,处处面临不平等壁垒。我们与欧盟的多轮频谱合作谈判,进展缓慢。

  2005年,欧盟发射了首颗伽利略导航卫星。此时,距离我们申请使用的频段有效期只剩不到3年时间,如果不能在此期限内成功发射一颗导航卫星,这片“太空领土”就只能花落人家。而我们的首颗北斗导航卫星,还在研制之中。在全社会相关行业、领域、单位、人员的通力协作下,中国硬是将原定2007年底发射的首颗卫星,调整到2007年2月底,提前完成全部研制工作。2007年4月初,首颗北斗导航卫星终于如期立在发射塔架上。各项测试进展非常顺利,但在发射前的最后检测中,卫星上应答机却出现了小异常。尽管这不是个大问题,发生故障的概率也不高,却有可能影响信号的正常传回。

  即便只有万分之一的故障,也必须彻底归零。北斗工程技术人员重新打开已矗立在塔架上的星箭组合体,拆出应答机。3天72小时的不眠不休,应答机隐患成功排除。2007年4月14日4时11分,这颗肩负着重要使命的卫星,从西昌卫星发射中心发射升空,成功进入预定轨道;2天后的16日20时许,北京终于清晰接收到来自这颗卫星的信号。这一刻,距离国际电联规定的频率申请失效最后期限不到4个小时。中国北斗一飞冲天、成功分娩,赶上了建设全球卫星导航系统的最后一班车!

  中国路径:后发赶超,道路别具特色

  建设中国北斗,在中国这个发展中国家,且受到技术严密封锁情况下,不可能循着别人的路走,必须砥砺前行、换道超车。


  


  按照空间定位原理,对地球上一个目标点进行定位,至少需要3颗卫星;考虑到时间误差,精确定位至少需要4颗卫星。这就是GPS和格洛纳斯的工作原理和全球组网方案。如果按这条路径探索试验,既缺技术储备,又缺工程经验,更缺经费支撑,以当时的综合国力,可望而不可及。

  “两弹元勋”“863计划”倡导者之一陈芳允院士创造性提出“双星定位”建设方案,即把地心视为一颗虚拟卫星、再发射两颗地球同步卫星构成星座,经地面控制中心计算处理,实现对区域内地面目标的快速定位。这一方案用当时中国最成熟的航天技术,以最小的星座、最少的投入、最短的周期,实现了卫星导航系统建设的自主可控,为后续发展坚定了必胜信心,奠定了坚实技术基础,积累了丰富工程经验。

  建成覆盖全球的导航定位系统,至少需要24颗卫星,美俄用了20多年时间。但维护我国国家主权、安全、发展利益刻不容缓,经济社会发展现实迫切,中国拖不起、等不得,必须在最短时间内让北斗发挥出最大效益。

  “两弹元勋”东方红一号卫星的总设计师、北斗工程首任总设计师孙家栋院士带领工程技术人员创造性提出“分步走”战略,先试验后建设,先国内后周边,先区域后全球。

  地球自转“日行八万里”,导航卫星绕飞不间断,要为地面一个特定区域提供连续稳定的导航服务,按照GPS和格洛纳斯采取的单一轨道星座构型,在全球组网完成之前无法实现。要让不可能成为可能,必须构建一个全新的星座结构。

  北斗人再次脑洞大开,开创性地设计了混合星座构型。2012年底,建成了由地球同步轨道卫星、倾斜同步轨道卫星和中圆轨道卫星共14颗星构成的北斗二号卫星导航系统,实现了全天时全天候为亚太大部分地区提供定位导航授时服务,为有效应对我国周边安全威胁和维护国家核心利益,及时增加了厚重砝码。


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  在前期发射5颗试验卫星在轨成功验证全球系统建设核心技术基础上,2017年11月5日,首批北斗三号全球组网一箭双星顺利升空;到2020年左右,全部30多颗北斗三号卫星将星耀全球。

  时间精度是卫星导航的命门,天地间时间越同步、误差越小,定位精度越高。导航系统普遍运用原子钟维持时间精度。过去,只有少数国家能够制造卫星导航系统使用的高精度原子钟,但对我实行严格限制。在北斗二号建设时,星载高精度原子钟成为绕不开的“拦路虎”。

  核心技术终究得靠自己,北斗技术人员再次用行动宣示,外部封锁越严,自我创新越快。不到两年时间,就自主开发研制出天稳定度达到10-14量级的原子钟,授时精度50纳秒,300万年只有1秒误差,彻底打破他国垄断。

  定位精度是导航系统的生命。依靠卫星,目前定位精度大都在10米量级。要进一步提高精度,单纯在天上下功夫,短期内难有大的突破。北斗人收回仰望星空的慧眼,回望脚下,却发现地上大有可为。环顾辽阔大地,国家的气象、交通、地震、国土资源等行业已建有大量GPS基准站,通过技术升级改造,即可摇身变为北斗基站;在此基础上,再新建和调整优化布局,即可建成国土范围内无缝隙覆盖的北斗地基增强网。2017年,1400多个北斗基站遍布全国,上万台套设备组成星地“一张网”,国内定位精度全部达到亚米级,部分地区达到分米级,最高精度甚至可以到厘米或毫米级。这种全国“一张网”模式,让中国精度走到了世界前列。

  中国北斗系统中的凤凰彩票娱乐平台(5557713.com)卫星还拥有自己的“独门绝技”,“客串”通信卫星,通过位置报告和短报文,具备告知别人我“在哪儿”“干什么”的独特功能。可别小瞧这个本事,汶川地震救援表明,在地面通信信号盲区或其他通信手段失效后,它就成了紧急时刻拯救生命的最后“保险索”。

  按照传统卫星管理手段,控制使用好绕飞地球的卫星,需要有遍布全球的地面站。在难以全球布站的情况下,必须建立卫星之间的星间链路,实现卫星管卫星,这是世界导航领域的前沿技术,也是北斗三号工程建设必须解决的难题。


  


  2015年8月,两颗全球系统试验卫星首次建立起星间链路,标志着我国掌握了这一国际领先的核心技术;经过持续实践优化,已具备全面建设推广的能力。三年前,北斗与GPS在达成频率兼容共识基础上,正式建立合作机制,共同推动民用卫星导航技术发展。两年前,北斗与伽利略完成卫星导航频率协调工作。近日,北斗与格洛纳斯成功进行两大系统的兼容试验,联手打造兼容使用、精度更高卫星集群的前景可期。

  北斗二号建成后,在向国内提供系统服务的同时,即公开向南北纬55度、东经55度到180度的亚太地区提供定位精度优于10米、测速精度优于0.2米/秒、授时精度优于50纳秒的免费服务。

  在我国周边和“一带一路”沿线,巴基斯坦的交通运输、港口管理,缅甸的土地规划、河运监管,老挝的精细农业、病虫灾害监管,文莱的都市现代化建设、智慧旅游,印尼的海上集成应用,北斗正提供心贴心定制服务;分别与马来西亚、新加坡、柬埔寨等开展交流合作,与沙特、阿联酋、埃及、摩洛哥、突尼斯、阿尔及利亚等国家制定推进措施,在泰国建成了小型北斗地基增强系统示范网,等等。中国胸怀和中国贡献伴随“太空丝路”不断延展。

  中国思维:利国惠民,发展永无止境

  北斗的建成,举全国之力;北斗的发展,集民众之智;北斗的应用,惠民生所需。

  导弹呼啸、战机轰鸣、军舰破浪、将士列阵,北斗如影随形,战场的主动权、战斗力的增长牢牢掌控在自己手中。


  


  5万余艘渔船、400多万辆营运车辆安装了北斗终端,民航也将依托北斗建设航空器全球追踪系统,交通更加可控安全。

  地质灾害多发的云贵川陕等地,大桥、隧道、边坡以及城市的灯塔、高楼、老旧房屋,北斗能够实时监测、预判危险、及时报警,人民生命财产安全更有保障。

  耕地辽阔的新疆、黑龙江等地,农业机械安装北斗终端,拖拉机自动沿线耕作,无人机自动定量喷洒农药,土地使用率提高5%,复播准确率提高到100%,农药节省40%,劳动生产效益大幅提升。

  2015年“4.25”尼泊尔地震,北斗穿越可可西里、翻越唐古拉山,指引救援队伍千里驰援。今年8月8日四川九寨沟地震,北斗短报文 


  老人和孩子的安全与健康,维系着亿万家庭的幸福。北斗拐杖,在老人意外摔倒等危险发生时,能

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