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这就是中国优势 | 科技优势(七)北斗导航:打破美国垄断 给全球提供另一种选择

华夏经纬网 > 新闻 > 热点聚焦      2022-07-22 13:21:57

这就是中国优势?科技优势

  【导语】“可上九天揽月,可下五洋捉鳖,谈笑凯歌还。”这是一种豪情与诗意,也是当今中国正创造的奇迹。中国人对未知的好奇、对探索的渴望、对困境的思考以及对美好未来的期待,推开了一扇扇崭新世界的大门:空间探测、生物医药、人工智能、量子科学……中国科技创新的步伐从未停止。正如习近平总书记所说,一切伟大成就都是持续奋斗的结果,一切伟大事业都需要在继往开来中推进。新时代必将是大有可为的时代。


  北斗,是北半球夜空上七颗明亮的星星,也是一颗颗围绕着地球飞行的导航卫星。此时此刻,在世界任何地方任何时间,我们的头顶上都至少有8颗以上的北斗卫星在运行着。无论我们走到哪里,北斗卫星都能从遥远的太空计算出我们所处的精确位置。虽然我们看不到,但是这种了不起的计算却在每时每刻地进行着。

北斗卫星导航系统模型(图源:新华社)

北斗卫星导航系统模型(图源:新华社)


从北斗一号到北斗三号

  自古以来,北斗就是中华民族的指路明灯。当中国科学家开始研制中国人自己的卫星导航系统,便以这一中国传统文化中寓意光明和方向的星座命名。今天,在联合国全球卫星导航系统国际委员会的标识图案中,有4颗飞翔着的导航卫星,其中一颗便是中国的北斗。

  在中国北斗逆风翻盘以前,提起卫星导航系统,很多人会最先想到GPS,它是美国于1994年全面建成的全球定位系统,在很长一段时间里几乎已成为卫星导航系统的代名词。

  GPS真正展现出威力是在1990年的海湾战争中,美国GPS全球卫星定位系统第一次以武器制导的形式大获成功。在总结报告中,美国人甚至将海湾战争归结为“GPS的胜利”。这一刻,中国与世界开始意识到卫星导航系统的重要性。

  1993年发生的“银河号事件”则迫使中国发展自主卫星导航。当年7月23日,中国“银河号”货轮行驶在印度洋上,导航系统突然没有信号,船只无法继续航行。后来得知,原来是美国对伊朗禁运,故意停掉该海域的GPS信号。

  在此背景下,中国开始走上了自主建设北斗卫星导航系统的道路。然而,想要在穹顶之上布满中国人自己的导航卫星,这条路并不容易。比如,导航卫星发射上天的前提是要有合法的轨道位置和频率资源,这是世界各国必争的宝贵资源。而彼时美国和俄罗斯早已占去了80%的“黄金导航频段”,直到2000年中国才在国际电联组织争取到了轨道位置和频率资源。

2020年6月23日,长征三号乙运载火箭发射升空,将北斗系统最后一颗全球组网卫星送入预定轨道。(图源:中新社)

2020年6月23日,长征三号乙运载火箭发射升空,将北斗系统最后一颗全球组网卫星送入预定轨道。(图源:中新社)

  2003年,中国建成并正式运行北斗一号系统,3颗GEO卫星组成了全球第三个卫星导航系统,覆盖中国国土及周边。首次解决了“我们在哪里”的根本问题。

  2012年,北斗二号系统建成,16颗卫星覆盖亚太地区。北斗二号确立了北斗的技术体制,实现了连续导航与定位报告双模融合、三频信号全星座播发。

  2020年,北斗三号全球组网成功,仅仅不到3年时间便完成星座部署。北斗三号不仅攻克了具有自主知识产权的星载原子钟、星间链路、自主定轨等关键技术,建立了国产器部件从研制、验证到应用的工作体系,实现卫星核心器部件国产化率100%。

  从上世纪80年代提出设想,到1994年正式启动北斗一号工程建设;从北斗一号向中国提供服务、北斗二号覆盖亚太地区,到2020年北斗三号完成全球组网;中国的北斗导航,用20多年走完了其他全球卫星导航系统40多年的发展之路,以“中国速度”创造了世界卫星导航的奇迹。

2020年6月30日,北斗三号最后一颗全球组网卫星暨第55颗北斗导航卫星成功定点在东经110.5°工作轨位,标志中国北斗卫星导航系统向全球组网完成迈出重要一步。(图源:中新社)

2020年6月30日,北斗三号最后一颗全球组网卫星暨第55颗北斗导航卫星成功定点在东经110.5°工作轨位,标志中国北斗卫星导航系统向全球组网完成迈出重要一步。(图源:中新社)


 北斗导航系统有多厉害?

  目前,全球卫星导航系统仅有4名成员,分别是美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯系统(Glonass)、欧洲的伽利略系统(Galileo),以及中国的北斗系统(BDS)。但由于格洛纳斯和伽利略都有卫星老化和星载系统失灵的问题,目前真正全球覆盖且能提供稳定服务的卫星导航系统,就只有美国及中国的系统。而作为后起之秀,北斗是目前发展势头最迅速、被认为极有可能后来居上的卫星导航系统。

基于北斗卫星系统的组合导航?定位模块(图源:新华社)

基于北斗卫星系统的组合导航/定位模块(图源:新华社)

  全天候、全天时、高精度

  与另外三个全球卫星导航系统不同,北斗是唯一使用地球静止轨道、倾斜地球同步轨道和中圆地球轨道的卫星导航系统,使用三种不同轨道的卫星系统,信号会长期覆盖指定区域,可以有效校正定位时候产生的误差,北斗定位可精准至“厘米级”。同时,北斗还采用三频定位,卫星轨道运转周期为24小时,这样的设定提升了定位系统的可靠性和抗干扰能力。

  独门绝技:短报文通信

  短报文通信是指北斗地面终端与北斗卫星、北斗地面监控总站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递。简单来说,其他卫星导航系统仅能无源定位,因而用户只能知道“我在哪”,而北斗用户不但自己知道“我在哪”,还能告诉别人“我在哪”以及“在干什么”。比如突发地震、海上遇险时,在其他通信手段失效的情况下,北斗短报文通信可以成为传递求救信息、拯救生命的最后保险索。2008年汶川大地震发生后,其他通讯方式纷纷失效,只有北斗能以短报文形式与指挥中心保持联系。

  这项功能属于国际首创,美国GPS之父帕金森教授后来对此功能赞誉有加,“既能够知道你在哪里,也能够知道我在哪里,这是多么美妙的体验。”

2020年4月29日,在西藏自治区拉萨市达孜区章多乡恰村,智能拖拉机利用北斗导航辅助自动驾驶系统,在无人驾驶的情况下完成土地耕整、精密播种等作业。(图源:中新社)

2020年4月29日,在西藏自治区拉萨市达孜区章多乡恰村,智能拖拉机利用北斗导航辅助自动驾驶系统,在无人驾驶的情况下完成土地耕整、精密播种等作业。(图源:中新社)

  北斗系统已提供七种服务

  北斗三号全球系统正式开通到现在,不但在平稳地运行,提供的服务性能更是全球领先,目前已可以提供七种服务:

  定位导航授时服务。全球范围实测定位精度水平方向优于2.5米,垂直方向优于5.0米;测速精度优于0.2米/秒,授时精度优于20纳秒。

  全球短报文服务。通过14颗MEO卫星为全球用户提供试用服务,最大单次报文长度560比特,约40个汉字。

  国际搜救服务。6颗MEO卫星搭载搜救载荷,在符合国际标准的基础上,提供北斗特色B2b返向链路确认功能,为全球用户提供遇险报警服务。

  区域短报文服务。最大单次报文长度14000比特,约1000个汉字,今年底具有区域短报文功能的智能手机将进入市场。

  精密单点定位服务。通过3颗GEO卫星播发精密单点定位信号,定位精度实测水平方向优于20厘米,高程优于35厘米。

  星基增强服务。支持单频及双频多星座两种增强服务模式,满足国际民航组织技术验证要求。目前星基增强系统服务平台已基本建成,正面向民航、海事、铁路等高完好性用户提供试运行服务。

  地基增强服务。已在中国全境内建设框架网基准站和区域网基准站,面向行业和大众用户提供实时厘米级、事后毫米级定位增强服务。


北斗撼动世界导航格局

2020年5月27日,中国2020珠峰高程测量登山队队员登顶“地球之巅”珠穆朗玛峰,利用北斗系统为珠峰“量身高”。(图源:新华社)

2020年5月27日,中国2020珠峰高程测量登山队队员登顶“地球之巅”珠穆朗玛峰,利用北斗系统为珠峰“量身高”。(图源:新华社)

  中国的北斗是一流的北斗,也是世界的北斗,“中国愿同各国共享北斗系统建设发展成果,共促全球卫星导航事业蓬勃发展”,中国人始终这样努力着。北斗三号系统开通服务以来,系统运行稳定,服务性能稳中有升,全球范围定位精度实测优于4.4米,为全球用户提供优质可靠的定位导航授时服务。目前,北斗产品已在全球一半以上国家和地区应用,服务当地经济社会发展,成为中国以实际行动积极推动构建人类命运共同体的生动案例。

  据中国卫星导航定位协会发布的《2022中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示,2021年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到4690亿元人民币,较2020年增长16.29%。分析认为,以平均每年20%增长率计算,2025年后北斗产业规模有望达到万亿元。

  一组数字,直观地体现着北斗系统应用之广泛——截至2021年底,已有超过790万辆道路营运车辆安装使用北斗系统,近8000台各型号北斗终端在铁路领域应用推广,基于北斗系统的农机自动驾驶系统超过10万台/套,医疗健康、防疫消毒、远程监控、在线服务等下游运营服务环节产值近2000亿元,具有北斗定位功能的终端产品社会总保有量超过10亿台/套。

2022年7月11日,搭载船用北斗系统的台湾海峡首艘大型巡航救助船“海巡06”轮在福建正式列编。(图源:新华网)

2022年7月11日,搭载船用北斗系统的台湾海峡首艘大型巡航救助船“海巡06”轮在福建正式列编。(图源:新华网)

  经全球连续监测评估系统实测,北斗三号全球卫星导航系统定位导航授时服务全球范围性能指标先进、亚太区域性能更优,系统进入持续稳定、快速发展新阶段。后续还将按计划发射新的卫星,进一步提高系统运行稳定性和可靠性,并开展新技术试验验证,确保系统不断迭代升级。

  首任北斗卫星导航系统总设计师孙家栋院士曾说,“北斗的应用只受想象力的限制”,建设成为世界一流的卫星导航系统是中国北斗的发展目标。如今,中国的导航卫星已布满地球上空,北斗的故事还将继续。


  (资料来源:北斗网、我们的太空、新华网、科技日报、央视新闻、澎湃新闻、海外网)



责任编辑:姚思寒
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