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北斗三号收官发射,中国航天科技又一里程碑

2020年6月23日9时43分,在西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭搭载北斗三号GEO-3卫星点火升空!北斗三号最后一颗全球组网卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功!

随着此次发射的成功,北斗三号30颗组网卫星已全部到位,北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。

北斗卫星导航系统是我国自主研发设计的国家级重点发展项目,为我国战略武器的发展、各类制导武器的精准打击起到至关重要的作用,让我国彻底摆脱受他国威胁时定位系统被关闭的困扰。

2003年9月,欧盟邀请中国加入了欧洲卫星导航系统“伽利略”计划。中国为该项目投资2.3亿欧元(约合23.4亿元人民币), 然而由于欧盟委员会的安全与技术独立性政策,中国实际上被伽利略系统排除在外,中国的投资也没有得到任何回报。中国被迫选择独立自主开发北斗导航系统,中国北斗卫星导航系统采取了三步走的策略。

第一步,建设北斗一号系统,实现卫星导航从无到有。北斗一号系统仅仅由3个卫星提供有限的覆盖和导航服务,从2000年开始到2012年结束服务,北斗一号陪伴了我们12个年头。北斗一号,使中国成为继美、俄之后第三个拥有卫星导航系统的国家。

第二步,建设北斗二号系统,区域导航服务亚太。北斗二号系统由10颗卫星组成,2011年12月调试完毕,2012年12月正式为亚太地区提供服务。北斗二号在兼容北斗一号技术体制基础上,增加无源定位体制,为亚太地区提供定位、测速、授时和短报文通信服务。

第三步,建设北斗三号系统,实现全球组网。2009年,启动北斗三号系统建设,2020年,完成30颗卫星发射组网,全面建成北斗三号系统。

北斗三号全球卫星导航系统由MEO卫星(地球中圆轨道卫星)、IGSO卫星(倾斜地球同步轨道卫星)和GEO卫星(地球静止轨道卫星)三种不同轨道的卫星组成,包括24颗MEO卫星,3颗IGSO卫星和3颗GEO卫星。系统继承有源服务和无源服务两种技术体制,为全球用户提供基本导航(定位、测速、授时)、全球短报文通信和国际搜救服务,同时可为中国及周边地区用户提供区域短报文通信、星基增强和精密单点定位等服务。

北斗卫星导航系统有四大特点。其一是三种工作频率。北斗使用的是三频信号,有利于提升抗电离层的干扰,提高定位可靠性。GPS目前使用的还是双频信号,GPS卫星全部更换为三频卫星还需要好几年。

其二是有源定位及无源定位的结合。有源定位的好处是当你观测的卫星质量很差,仍然可以定位,坏处是在战争中会暴露你的位置信息。孙家栋院士说:“有源与无源两种体制的结合,是中国北斗的最大特色和亮点,也是中国北斗的优势所在。”

其三是短报文系统。这是北斗的独门绝活,基于这个功能,北斗不但能知道我在哪, 还能让别人知道你在哪。这对于搜救非常有价值。

其四是三种轨道。目前美国的GPS、欧洲的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯都采用距离地面20000千米左右的中圆卫星轨道,而北斗是唯一采用三种轨道搭配的星座,27颗卫星处在距离地面21500千米的中圆轨道,5颗卫星处于赤道上空35800千米高的地球静止轨道,3颗卫星处在地球同步轨道(也接近35800千米高)。这样亚太地区可以几乎永久保持至少12颗卫星可见,大幅提高该区域定位精度。

北斗卫星导航系统是为国家安全而生,因此北斗系统首先是军用。据军事专家分析,像东风-21这种中远程巡航导弹,如果仅依靠自身的惯性制导和雷达跟踪搜素,其误差将超过一千米,要确保摧毀目标, 必须使用更多导弹,实施饱和打击,但成本高昂。而加装了北斗导航系统之后,其精度可以提高到10到30米,届时,一枚卫星制导导理的杀伤力,可以与20枚常规导弹相当。目前巴基斯坦是唯一使用中国解放军所使用北斗无限制版本的国家,巴基斯坦购买了使用北斗系统的多种设备,包括JF-17战斗机。

不过民用市场才是北斗系统能够长期健康发展的最核心挑战。目前北斗卫星导航系统现阶段已全面服务于大众,包括手机定位授时、测量测绘、地质灾害监测预警、板块活动监测等。有报告显示已经有超过650万出租车、公共汽车和卡车中装 载了北斗接收器。截止2019年,北斗系统在全球拥有超过4亿用户,遍布超过30个国家,其中以一 带一路沿线国为主。

不过GPS毕竟在全球运行了多年,在系统性能、运营管理方面,北斗系统与其有差距是客观存在的。不过只有众多用户的支持,北斗系统才能变得更好,GPS也不是一开始就成熟了的。

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