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10月9日,《日本经济新闻》报道,中国将于11月发射定位精度更高的北斗三号全球组网卫星,到今年年底将增至4颗。2018年前后,中国将完成18颗北斗三号全球组网卫星发射,为“一带一路”沿线国家提供基本服务,2020年形成全球服务能力。; v) w% N- k2 `; U2 P
文| 毛新愿 瞭望智库特约科技观察员
0 X6 x1 O' r( l; W- j, @1994年,中国着手研发北斗防空系统;2000年,开始应用于试验卫星发射;2011年底,面向民间开放。8 O5 Y, }% v2 b- y9 E( N
现在的北斗二号系统由23颗卫星组成,覆盖中国和西太平洋,其定位精度约为10米。中国开发的北斗三号系统将定位精度提高至2.5米至5米。# _" ]2 c5 d+ j7 \: u% z" n0 e% V
中国的目标是在2020年将北斗系统的国内利用率到提高到60%。与北斗三号对应的半导体芯片正在开发过程中,将于近期正式投入市场,应用于汽车导航系统和共享单车位置管理系统。北京拜克洛克科技有限公司透露,将利用北斗系统管理ofo共享单车位置。
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有了GPS,为啥还要搞“北斗”?% L% C0 r3 _( p/ r
GPS全称为Global Positioning System,隶属于美国空军,能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。
, Y: g1 Z! e3 L$ v9 y: n$ r- }2 [! L这个系统主要包含民码和军码两种信号,二者精密级别不在一个量级,前者是毫米级别,后者是分米级别。
, t% o- t3 W# U: v u7 {GPS有多强大?3 Z) I/ s( L. _: B8 [8 ~0 ]1 w
军事方面:目前,美国几乎所有的飞机、坦克、舰船、单兵、精确制导弹药都在使用GPS。
s6 C& r2 A N1 E0 h( u' i6 m在战场上,精确制导的重要性毋庸置疑。" r* m" i! E, b- @4 U" S
最典型的应用是在1991年海湾战争时期,美国轰炸伊拉克水电站,至少需要数百吨常规弹药,并且,轰炸机面临着巨大的防空火力威胁。而基于GPS和图像精确制导的导弹,只需两颗——一颗炸出缺口,第二颗沿着缺口飞进去,在百公里外发射便可自动飞向目标。- s; I/ b6 V1 J$ F2 p [
第二次海湾战争期间,甚至出现了导弹顺着新闻大楼通风口一直钻下去的高精度袭击场景。
5 s% ?2 ]0 j. j+ s% M) {9 e1 u此外,对于战场指挥系统,特别是大空间跨度的指挥,极其精确的时间同步也是非常重要的,GPS都可以做。
. g' s6 R8 o$ ]民用方面:离开了GPS,手机不能导航,微信不能共享位置,各种地图都不能用......3 `$ w2 o1 ]' k E1 e
离开了GPS,国家的电网都会没那么稳定。
7 x0 k$ A3 } e% F O5 b7 F离开了GPS,各大股票/大宗商品交易所的时间没法精确同步(GPS可做到纳秒级别授时),为确保安全,金融效率会降低很多,还玩什么高频交易、超短线?) M. ~$ ~9 e! o: k- d u- _
离开了GPS,科学界现在的大气、重力场、地球磁场、地球板块运动、地震及火山自然灾害、地球洋流和海平面变化、冰川运动和融化等研究,就基本可以退回到20年前的状态了,这些年上述领域的重大突破都和GPS有紧密关系。
) H5 G3 o0 Y2 ]6 U- J离开了GPS,自动驾驶技术、精密农业、民航飞机高精度起飞降落自主导航,都是梦。' F8 t' j. [4 ~. j8 i5 ^$ s0 r5 }
离开了GPS,超大工程定位,比如港珠澳大桥、高铁、突破人类天际的各个中国大桥,就没那么多中国速度了,测量与校正就足够折腾的。
1 g5 Y0 d* w) f( |" Q......
% r0 n* \1 c0 |$ w然而,这么重要的GPS,极易被控制。% q0 w8 w$ A1 O
如果完全依赖GPS,美国加上了干扰,怎么办?或者,根本不让你用了呢?还有更极端的,干脆给你发送虚假的GPS信号呢(GPS的干扰、欺骗都容易实现)?' `% w+ \1 n1 L. H7 \0 w. E
那么,轻则汽车、轮船等走错路,重则导弹攻击错误目标,打到自己也极有可能。 8 g6 r1 D3 S; V7 _- A, r
在美国GPS一家独大之时,美国军方在所有民用信号上放了干扰。后来俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)系统出现,美国为了应对竞争才取消了这个干扰(2000年5月2日)。从图中可以看出,取消干扰后,民用信号的定位精度直接从百米级提高到了今天的米级。
! `; z& z- [( `0 [7 b% K曾经高度依赖美国GPS系统的印度也吃过大亏。
, [/ H Q% c x1999年,印巴卡吉尔(Kargil)战争期间,美国觉得不能让印度太得瑟,就直接关闭了印巴战区的所有GPS服务,导致印度的武器和士兵瞬间“失明”,遭受了巨大的损失。' F, H8 l$ a) o
后来,印度痛定思痛,放弃了自己原先开发的GPS增强系统及与GPS相关的卫星,自己做了一套区域性的导航系统。' s8 [5 c2 j& N. D- X
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. c6 u7 O- l, m! S4 L5 `3 s, F大国重器,必须靠自己!
, \0 E7 n i& Y' V实际上,早在1970年,我国就提出了关于卫星导航技术的论证方案——“灯塔”项目,与美、苏在同一时期,后来,因国内外形势变化被迫下马。( r5 |# X) h# U4 T7 j# O& ]# g
海湾战争给全世界“上了一课”,大家都深刻意识到卫星导航系统的巨大价值。
( _) F! x8 y: S$ |1993年7月23日,美国无中生有地指控中国“银河”号货轮将制造化学武器的原料运往伊朗。当时,“银河”号正在印度洋上正常航行,突然船停了下来。事后大家才知道,这是因为当时美国局部关闭了该船所在海区的GPS导航服务,使得船不知道该向哪个方向行驶。
8 ?6 N1 ~7 R8 v2 F/ A% E“银河号事件”使我们清楚地意识到:卫星导航,我们一定要自己搞出来!
9 V7 k7 {" C5 r1 B' u4 s1 k1994年,我国开始进行北斗一号的研制工作;" A" j; q* ~( D8 z8 Q3 \! n/ n" h0 r. T
2000年,发射了两颗静止轨道卫星,实现了区域性(仅限于亚太地区)卫星导航;
9 Y0 k+ H: V* ?' z& K' X/ v2003年,又发射了一颗备份卫星,北斗一号正式完工,我国已经在军事领域(战术武器等)摆脱了对GPS的依赖。
4 d& L' `% e2 A- |5 H x按原计划,我国只需研发出北斗一号应用于亚太地区即可,在全球性应用方面寄望于与欧盟计划共同推出伽利略系统。& T0 z" o! R: y* V
2000年,伽利略系统立项;
9 c/ x+ S% h5 x, y2003年,我国率先加入该项目,投资超过2亿欧元,并迅速成立了中欧卫星导航技术培训合作中心。
4 O/ }% e' T% B. Z- V1 F然而,造价仅仅相当于一个欧洲中型机场的伽利略系统(35亿欧元)进展很不顺利,欧盟麾下各国明争暗斗,导致这个项目被不断推迟——计划于2006年前后建成的系统至今仍未完成。中国虽然是投资方,却被不断排挤,欧盟很多核心技术的研究都把中国排除在外。% @# y, G* k. O# B
中国果断决定:自己干!
4 F' `- d. G5 e$ d, N! \2007年,中国开始正式建设自己的北斗卫星导航系统,也就是我们熟知的北斗二代。: z4 A4 F5 m& T2 t% {
到了2012年,我们已经发射了16颗卫星,完全覆盖了亚太地区。) A4 E" l8 E; r+ U7 C g5 O- B% Y% F) y- K
北斗二号的建设与运转给我们积累了大量的技术和经验,我们的目光已超越亚太地区、投向全世界任何一个地方。
$ u- D6 w2 w8 R$ _于是,北斗三号正式开始建设。2015年,中国发射了北斗三号第一颗卫星,目前,进入建设高潮期。* \4 F. ]" G) G
现在,北斗已经成长为共计23颗的庞大卫星导航系统,在2020年,将有35颗卫星处于工作状态,从而实现全球无差别的高精度定位。& W3 y2 e3 n, k A" u
2017年9月28日北斗可见卫星图 32 v; S+ \. Z1 ]8 K) n
中国北斗有两大“绝活”
5 G$ Z2 Y8 H, _& W9 M9 ~! [评价导航系统的主要指标主要有四项:
' s7 L) ~9 g* n8 u军用价值。导航系统最主要的目的是服务于军事(美国GPS、我国北斗、俄罗斯格洛纳斯均隶属于军方)。# S! G1 [; Q+ D$ p0 j, u& Z/ A! z
民用价值。民用是可以赚钱的,因此赚钱和商业化能力也是个极其重要的指标。( `" _$ w1 M9 A
实用性。全球性的一定比区域的好,1厘米精度的肯定比1米的好,能1分钟定位的肯定比1小时的好,独立的肯定比依赖其他卫星系统的好。
0 v; ^2 x$ {+ w9 L" }7 H9 K% l T) k稳定性。几个系统处于竞争状态,所以需要保持现有状态稳定,频繁发射卫星补充(毕竟都是几十个大卫星的卫星星座),而且由于竞争和需求必须更新换代。
3 Q/ M; p+ r8 \4 K按照这四个指标来看,美国的GPS导航系统仍然独占鳌头——GPS是已经发展了30多年的成熟系统,早就实现了全球覆盖,卫星补充稳定,长期维持在32颗,并已经更新到第三代。
3 O f8 J5 n# u9 k- |9 d0 uGPS系统星座动态图 最重要的是,GPS几乎垄断了全世界民用导航市场,其商业价值远远超过军方投资。后来者很难与其争锋。
n1 D$ q/ E1 O& {5 i我国的北斗卫星导航系统紧随其后。
. {" `0 K4 A+ X( n& R+ ?, E" j我国北斗星座 1 _& ?$ ~# x3 S' z, m$ d6 d+ b
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