近日，我國首顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星順利進(jìn)入距地面3.6萬公里的傾斜地球同步軌道。這是我國發(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)志著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由區(qū)域運行向全球拓展的轉(zhuǎn)變。
從1994年開始啟動北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，到2003年第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式運行；從2012年形成覆蓋亞太的服務(wù)能力，到如今開始全球組網(wǎng)，北斗用20年，實現(xiàn)了從“先試驗、后區(qū)域、再全球”的三大跨越，而且前行的腳步不斷加快。
為人類貢獻(xiàn)了“司南”的中華民族，如今通過“北斗”，傲然屹立于世界導(dǎo)航先鋒之林。而它已成為繼美國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年實現(xiàn)導(dǎo)航全球的目標(biāo)。
首發(fā)星有三亮點
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，讓國人對北斗全球組網(wǎng)的未來充滿了信心。這顆新一代的首發(fā)衛(wèi)星，凝聚著無數(shù)航天人在研制過程中實現(xiàn)的自主創(chuàng)新。其中主要有三點：
首先是首次實現(xiàn)星間鏈路。我國前期的導(dǎo)航衛(wèi)星之間并沒有導(dǎo)航通信鏈路。從這顆首發(fā)星開始，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星都將實現(xiàn)星間鏈路，多顆衛(wèi)星將互聯(lián)在一起，實現(xiàn)衛(wèi)星之間的信息傳輸和交換，從而實現(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)重依賴地面站支持，如果遭遇自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭，這些導(dǎo)航系統(tǒng)將毫無用處�！鄙虾Ｎ⑿⌒l(wèi)星工程中心副總設(shè)計師沈?qū)W民表示，通過星間鏈路組網(wǎng)，即使失去地面支持，導(dǎo)航衛(wèi)星仍然能生存相當(dāng)一段時間，用互相測距的方法進(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)星實現(xiàn)的一大飛躍。其中的關(guān)鍵，是新信號體制的運用。信號體制為什么要不斷更新呢？專家表示，由于未來一段時間，新老北斗導(dǎo)航衛(wèi)星將在太空中共同運行，這就需要既能兼容過去的版本、又能帶來更高的性能的新信號體制。
最后是“減肥強身”。衛(wèi)星絕非越重越好，小型化、輕量化都是未來導(dǎo)航衛(wèi)星的方向。由于首發(fā)星更換了全新的平臺，采用了框架面板式輕量化構(gòu)型設(shè)計，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，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)鍵部件均為國產(chǎn)，未來的國產(chǎn)化率將達(dá)100%，質(zhì)量更為優(yōu)異。
以被譽為衛(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題，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師謝軍養(yǎng)成一個持續(xù)多年的習(xí)慣：定期到研制單位查看銣量消耗評價試驗，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數(shù)量級，實現(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)星專用平臺，集多項新技術(shù)于一身，將開展新型導(dǎo)航信號體制、星間鏈路等試驗驗證工作，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)�！鄙�?qū)W民說。
艱難蝶變二十載
提到衛(wèi)星導(dǎo)航，人們首先可能會想到生活里經(jīng)常用到的、美國研制的GPS。那么，我國為何還要建設(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)鍵時刻不受制于人。”曾任解放軍總參謀部測繪局局長，我國北斗計劃的創(chuàng)始人之一的卜慶君說，早在1996年臺灣海峽局勢緊張時，我國軍隊的一次大規(guī)模軍事演習(xí)便曾受到GPS信號人為中斷的干擾。
正是出于國家安全的考慮，世界各大國與國家集團開始考慮對策，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年代末開始，我國的科學(xué)家也開始致力于研制自己的“GPS”。
1994年，中國本土的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗計劃，經(jīng)過8年的論證后正式立項。該計劃主要依據(jù)我國科學(xué)家陳芳允提出的與GPS不同的雙星定位理論而制定的。這是我國因為經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱而提出的“低調(diào)”衛(wèi)星導(dǎo)航夢想。
計劃實施之初，技術(shù)、經(jīng)費、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)家甚至沒有一間像樣的辦公室。北斗系統(tǒng)副總設(shè)計師譚述森戲稱，辦公只能“打游擊”。
困難再多，科學(xué)家們?nèi)匀辉诿绹腉PS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)獨有的短報文通信（采用摩斯信號代碼進(jìn)行無線電報通信）功能，使用戶之間可以互相聯(lián)系。汶川地震時，各個救援隊就是依靠該功能實現(xiàn)了信息聯(lián)系。
2000年，2顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星發(fā)射。2003年，我國第一代衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)正式開通運行，雙星定位理論實現(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。此后3年時間里，北斗在解決覆蓋范圍有限、用戶數(shù)量受限、定位精度不高、不適用于高速移動的用戶等方面進(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，拉開了北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)的序幕。隨后，我國以難以置信的速度，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，授時精度優(yōu)于20納秒，測速精度每秒0.2米。近日，我國科研人員利用北斗/GPS雙系統(tǒng)四頻率接收機的定位分析判定，北至天津、南至南極內(nèi)陸昆侖站之間的地區(qū)，中國北斗系統(tǒng)信號質(zhì)量總體與GPS相當(dāng)。
而擬于2018年底前建成的全國范圍的北斗區(qū)域加密網(wǎng)基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)，將使我國的實時定位服務(wù)達(dá)到米級/分米級以及區(qū)域厘米級。
服務(wù)全球步伐穩(wěn)
目前，北斗系統(tǒng)正在穩(wěn)步實施第三步規(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，成為一個向全球提供服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
在這一過程中，實現(xiàn)快速全球組網(wǎng)和不斷開拓北斗的國際應(yīng)用，將是北斗全球擴張的“兩條腿”。
一方面，積極推動北斗系統(tǒng)地面站的建設(shè)。據(jù)了解，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首個海外組網(wǎng)項目——巴基斯坦國家位置服務(wù)網(wǎng)（CORS）一期工程，去年已在巴基斯坦順利完成。該網(wǎng)覆蓋整個卡拉奇地區(qū)，實時定位精度達(dá)到2厘米，后處理精度5毫米，為巴基斯坦提供實時可靠的北斗高精度定位服務(wù)。而我國在俄羅斯境內(nèi)的3個北斗系統(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)入國際民航、國際海事、移動通信等國際組織。去年底，國際海事組織海上安全委員會，正式將中國的北斗系統(tǒng)納入全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。這意味著繼美國的GPS和俄羅斯的格洛納斯后，中國的導(dǎo)航系統(tǒng)已成為第三個被聯(lián)合國認(rèn)可的海上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也標(biāo)志著我國北斗全球化應(yīng)用邁出了堅實的第一步。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。
有專家表示，目前正在進(jìn)行的“一帶一路”建設(shè)是推動北斗系統(tǒng)應(yīng)用推廣的重要契機。通過信息聯(lián)網(wǎng)、精確位置、指揮監(jiān)控等，北斗系統(tǒng)可以讓更多國家和公眾感受到其獨有的特色與優(yōu)勢，最終實現(xiàn)在這些國家的落地。
“中國的北斗，世界的北斗。”從這個意義上來說，北斗服務(wù)全球之路才剛剛開始。
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