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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。
; N& ?+ N0 B: y# f/ W6 n文| 毛新愿 瞭望智库特约科技观察员
8 x6 }/ a3 N% B; X3 m+ h1994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。
" T( @. x+ h2 E$ l! j$ L5 P7 y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。
& u1 P3 I: X: s1 ?( ?$ k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”?% y. d) R: n. _! [5 y
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。
5 W- o7 o' P& Q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。9 T4 {8 E+ |& N( N' Q/ ^
GPS有多强大?% H% k" \* a) ~0 K- X: l
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。( E r6 ]& B. G1 p( g
在战场上,精确制导的重要性毋庸置疑。0 y8 i9 p' _8 z( d- B
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。
" C# G% Z5 a3 Y: C3 L: r( g q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。+ F3 d& D4 N* w/ \2 t- `
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。: X, X8 t/ Z* {2 `
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 W }0 N% c; L0 G; |# c
离开了GPS,国家的电网都会没那么稳定。
" Z" D( M4 `( \' I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?' A2 C! l1 ?& G* S6 G o0 x
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。
9 R6 z, ?# d' y: l0 E' {" [8 _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。
2 G$ O7 o% T+ r* Q( ?( q& e) m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。
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然而,这么重要的GPS,极易被控制。
& `2 F6 n' u2 q+ T; u3 [( W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)?
' D8 D9 b! t- I8 e1 S& ~2 C2 z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。
( ~) i5 R6 W. E/ m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。5 }3 M% ]# \7 Y2 x, l
曾经高度依赖美国GPS系统的印度也吃过大亏。+ g& C4 B& B% y
1999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。5 S2 ?% w/ \9 v
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。
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大国重器,必须靠自己!1 r1 c) Q+ o3 V& w
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。8 G; @) M5 Z+ P' A" Y- @
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。
7 j& l7 d6 j2 v6 E8 M1993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。
9 {- l% t; s& M; v! o' V“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!
1 A$ s) w7 j' i0 ~, K& F: f% T. I1994年,我国开始进行北斗一号的研制工作;; e9 \% C3 A! y2 \# v
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;
; q. S2 g9 ] v9 J# b( B' N2003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。7 \* s% v" x) \& t
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。$ l8 b9 M! c' r7 m" u
2000年,伽利略系统立项;) W; W+ B- H9 M8 Z6 {
2003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。
. b- E1 g- a* k" Q, [6 g+ Q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。
/ p$ r+ ]; }3 R中国果断决定:自己干!; @* u8 R5 y0 q; x+ e
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。
: a }6 ?: M) H( ]) V! A8 q到了2012年,我们已经发射了16颗卫星,完全覆盖了亚太地区。
b0 T! u" O3 Q3 ^; X) r. C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。
9 W% d% ?5 V7 `2 z! k/ a& S3 K' n8 T0 x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。
: m& a0 {# H7 h- j# y. h1 G+ Q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。
( p, o0 P) z1 ^2 v2017年9月28日北斗可见卫星图 3
$ E# n; x% X/ X; g+ B中国北斗有两大“绝活”
* E% k& |3 M# v/ J评价导航系统的主要指标主要有四项:! Z& T7 J+ ?! [
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)。
5 w$ r# ]9 B0 g$ i, l1 R! U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。( ^' `; y; S1 B0 d
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 r# ?) e# x( Z% j7 ?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。
" u* S @4 l* C- 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。2 q# x; T: K* }& g7 t# D5 }9 L
GPS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。
" o; d: U% t/ T我国的北斗卫星导航系统紧随其后。8 [6 ~/ Z* U4 k5 j7 g5 m: ?# G
我国北斗星座 4 s/ C0 y' m1 A
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