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這就是中國優勢 | 科技優勢(七)北斗導航:打破美國壟斷 給全球提供另一種選擇

華夏經緯網 > 新聞 > 熱點聚焦      2022-07-22 13:21:57

這就是中國優勢?科技優勢

  【導語】“可上九天攬月,可下五洋捉鱉,談笑凱歌還。”這是一種豪情與詩意,也是當今中國正創造的奇跡。中國人對未知的好奇、對探索的渴望、對困境的思考以及對美好未來的期待,推開了一扇扇嶄新世界的大門:空間探測、生物醫藥、人工智慧、量子科學……中國科技創新的步伐從未停止。正如習近平總書記所説,一切偉大成就都是持續奮鬥的結果,一切偉大事業都需要在繼往開來中推進。新時代必將是大有可為的時代。


  北斗,是北半球夜空上七顆明亮的星星,也是一顆顆圍繞著地球飛行的導航衛星。此時此刻,在世界任何地方任何時間,我們的頭頂上都至少有8顆以上的北斗衛星在運作著。無論我們走到哪,北斗衛星都能從遙遠的太空計算出我們所處的精確位置。雖然我們看不到,但是這種了不起的計算卻在每時每刻地進行著。

北斗衛星導航系統模型(圖源:新華社)

北斗衛星導航系統模型(圖源:新華社)


從北斗一號到北斗三號

  自古以來,北斗就是中華民族的指路明燈。當中國科學家開始研製中國人自己的衛星導航系統,便以這一中國傳統文化中寓意光明和方向的星座命名。今天,在聯合國全球衛星導航系統國際委員會的標識圖案中,有4顆飛翔著的導航衛星,其中一顆便是中國的北斗。

  在中國北斗逆風翻盤以前,提起衛星導航系統,很多人會最先想到GPS,它是美國于1994年全面建成的全球定位系統,在很長一段時間裏幾乎已成為衛星導航系統的代名詞。

  GPS真正展現出威力是在1990年的海灣戰爭中,美國GPS全球衛星定位系統第一次以武器制導的形式大獲成功。在總結報告中,美國人甚至將海灣戰爭歸結為“GPS的勝利”。這一刻,中國與世界開始意識到衛星導航系統的重要性。

  1993年發生的“銀河號事件”則迫使中國發展自主衛星導航。當年7月23日,中國“銀河號”貨輪行駛在印度洋上,導航系統突然沒有信號,船隻無法繼續航行。後來得知,原來是美國對伊朗禁運,故意停掉該海域的GPS信號。

  在此背景下,中國開始走上了自主建設北斗衛星導航系統的道路。然而,想要在穹頂之上佈滿中國人自己的導航衛星,這條路並不容易。比如,導航衛星發射上天的前提是要有合法的軌道位置和頻率資源,這是世界各國必爭的寶貴資源。而彼時美國和俄羅斯早已佔去了80%的“黃金導航頻段”,直到2000年中國才在國際電聯組織爭取到了軌道位置和頻率資源。

2020年6月23日,長征三號乙運載火箭發射升空,將北斗系統最後一顆全球組網衛星送入預定軌道。(圖源:中新社)

2020年6月23日,長征三號乙運載火箭發射升空,將北斗系統最後一顆全球組網衛星送入預定軌道。(圖源:中新社)

  2003年,中國建成並正式運作北斗一號系統,3顆GEO衛星組成了全球第三個衛星導航系統,覆蓋中國國土及周邊。首次解決了“我們在哪”的根本問題。

  2012年,北斗二號系統建成,16顆衛星覆蓋亞太地區。北斗二號確立了北斗的技術體制,實現了連續導航與定位報告雙模融合、三頻信號全星座播發。

  2020年,北斗三號全球組網成功,僅僅不到3年時間便完成星座部署。北斗三號不僅攻克了具有自主智慧財産權的星載原子鐘、星間鏈路、自主定軌等關鍵技術,建立了國産器部件從研製、驗證到應用的工作體系,實現衛星核心器部件國産化率100%。

  從上世紀80年代提出設想,到1994年正式啟動北斗一號工程建設;從北斗一號向中國提供服務、北斗二號覆蓋亞太地區,到2020年北斗三號完成全球組網;中國的北斗導航,用20多年走完了其他全球衛星導航系統40多年的發展之路,以“中國速度”創造了世界衛星導航的奇跡。

2020年6月30日,北斗三號最後一顆全球組網衛星暨第55顆北斗導航衛星成功定點在東經110.5°工作軌位,標誌中國北斗衛星導航系統向全球組網完成邁出重要一步。(圖源:中新社)

2020年6月30日,北斗三號最後一顆全球組網衛星暨第55顆北斗導航衛星成功定點在東經110.5°工作軌位,標誌中國北斗衛星導航系統向全球組網完成邁出重要一步。(圖源:中新社)


 北斗導航系統有多厲害?

  目前,全球衛星導航系統僅有4名成員,分別是美國的全球定位系統(GPS)、俄羅斯的格洛納斯系統(Glonass)、歐洲的伽利略系統(Galileo),以及中國的北斗系統(BDS)。但由於格洛納斯和伽利略都有衛星老化和星載系統失靈的問題,目前真正全球覆蓋且能提供穩定服務的衛星導航系統,就只有美國及中國的系統。而作為後起之秀,北斗是目前發展勢頭最迅速、被認為極有可能後來居上的衛星導航系統。

基於北斗衛星系統的組合導航?定位模組(圖源:新華社)

基於北斗衛星系統的組合導航/定位模組(圖源:新華社)

  全天候、全天時、高精度

  與另外三個全球衛星導航系統不同,北斗是唯一使用地球靜止軌道、傾斜地球同步軌道和中圓地球軌道的衛星導航系統,使用三種不同軌道的衛星系統,信號會長期覆蓋指定區域,可以有效校正定位時候産生的誤差,北斗定位可精準至“釐米級”。同時,北斗還採用三頻定位,衛星軌道運轉週期為24小時,這樣的設定提升了定位系統的可靠性和抗干擾能力。

  獨門絕技:短報文通信

  短報文通信是指北斗地面終端與北斗衛星、北斗地面監控總站之間能夠直接通過衛星信號進行雙向的資訊傳遞。簡單來説,其他衛星導航系統僅能無源定位,因而用戶只能知道“我在哪”,而北斗用戶不但自己知道“我在哪”,還能告訴別人“我在哪”以及“在幹什麼”。比如突發地震、海上遇險時,在其他通信手段失效的情況下,北斗短報文通信可以成為傳遞求救資訊、拯救生命的最後保險索。2008年汶川大地震發生後,其他通訊方式紛紛失效,只有北斗能以短報文形式與指揮中心保持聯繫。

  這項功能屬於國際首創,美國GPS之父帕金森教授後來對此功能讚譽有加,“既能夠知道你在哪,也能夠知道我在哪,這是多麼美妙的體驗。”

2020年4月29日,在西藏自治區拉薩市達孜區章多鄉恰村,智慧拖拉機利用北斗導航輔助自動駕駛系統,在無人駕駛的情況下完成土地耕整、精密播種等作業。(圖源:中新社)

2020年4月29日,在西藏自治區拉薩市達孜區章多鄉恰村,智慧拖拉機利用北斗導航輔助自動駕駛系統,在無人駕駛的情況下完成土地耕整、精密播種等作業。(圖源:中新社)

  北斗系統已提供七種服務

  北斗三號全球系統正式開通到現在,不但在平穩地運作,提供的服務性能更是全球領先,目前已可以提供七種服務:

  定位導航授時服務。全球範圍實測定位精度水準方向優於2.5米,垂直方向優於5.0米;測速精度優於0.2米/秒,授時精度優於20納秒。

  全球短報文服務。通過14顆MEO衛星為全球用戶提供試用服務,最大單次報文長度560比特,約40個漢字。

  國際搜救服務。6顆MEO衛星搭載搜救載荷,在符合國際標準的基礎上,提供北斗特色B2b返向鏈路確認功能,為全球用戶提供遇險報警服務。

  區域短報文服務。最大單次報文長度14000比特,約1000個漢字,今年底具有區域短報文功能的智慧手機將進入市場。

  精密單點定位服務。通過3顆GEO衛星播發精密單點定位信號,定位精度實測水準方向優於20釐米,高程優於35釐米。

  星基增強服務。支援單頻及雙頻多星座兩種增強服務模式,滿足國際民航組織技術驗證要求。目前星基增強系統服務平臺已基本建成,正面向民航、海事、鐵路等高完好性用戶提供試運作服務。

  地基增強服務。已在中國全境內建設框架網基準站和區域網基準站,面向行業和大眾用戶提供實時釐米級、事後毫米級定位增強服務。


北斗撼動世界導航格局

2020年5月27日,中國2020珠峰高程測量登山隊隊員登頂“地球之巔”珠穆朗瑪峰,利用北斗系統為珠峰“量身高”。(圖源:新華社)

2020年5月27日,中國2020珠峰高程測量登山隊隊員登頂“地球之巔”珠穆朗瑪峰,利用北斗系統為珠峰“量身高”。(圖源:新華社)

  中國的北斗是一流的北斗,也是世界的北斗,“中國願同各國共用北斗系統建設發展成果,共促全球衛星導航事業蓬勃發展”,中國人始終這樣努力著。北斗三號系統開通服務以來,系統運作穩定,服務性能穩中有升,全球範圍定位精度實測優於4.4米,為全球用戶提供優質可靠的定位導航授時服務。目前,北斗産品已在全球一半以上國家和地區應用,服務當地經濟社會發展,成為中國以實際行動積極推動構建人類命運共同體的生動案例。

  據中國衛星導航定位協會發佈的《2022中國衛星導航與位置服務産業發展白皮書》顯示,2021年我國衛星導航與位置服務産業總體産值達到4690億元人民幣,較2020年增長16.29%。分析認為,以平均每年20%增長率計算,2025年後北斗産業規模有望達到萬億元。

  一組數字,直觀地體現著北斗系統應用之廣泛——截至2021年底,已有超過790萬輛道路營運車輛安裝使用北斗系統,近8000台各型號北斗終端在鐵路領域應用推廣,基於北斗系統的農機自動駕駛系統超過10萬台/套,醫療健康、防疫消毒、遠端監控、線上服務等下游運營服務環節産值近2000億元,具有北斗定位功能的終端産品社會總保有量超過10億台/套。

2022年7月11日,搭載船用北斗系統的台灣海峽首艘大型巡航救助船“海巡06”輪在福建正式列編。(圖源:新華網)

2022年7月11日,搭載船用北斗系統的台灣海峽首艘大型巡航救助船“海巡06”輪在福建正式列編。(圖源:新華網)

  經全球連續監測評估系統實測,北斗三號全球衛星導航系統定位導航授時服務全球範圍性能指標先進、亞太區域性能更優,系統進入持續穩定、快速發展新階段。後續還將按計劃發射新的衛星,進一步提高系統運作穩定性和可靠性,並開展新技術試驗驗證,確保系統不斷迭代升級。

  首任北斗衛星導航系統總設計師孫家棟院士曾説,“北斗的應用只受想像力的限制”,建設成為世界一流的衛星導航系統是中國北斗的發展目標。如今,中國的導航衛星已佈滿地球上空,北斗的故事還將繼續。


  (資料來源:北斗網、我們的太空、新華網、科技日報、央視新聞、澎湃新聞、海外網)



責任編輯:姚思寒
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