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北斗科普专题 (二)| 破釜沉舟,脚步从未停止

  • 分类:行业新闻
  • 作者:司南导航
  • 来源:司南导航
  • 发布时间:2019-10-28 15:55
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【概要描述】在“伽利略事件”后,我们深知想要搭建独立的卫星导航系统,核心技术必须掌握在自己手里,让自己成为核心的巨人,于是,我们开启了北斗二号的探索。关于北斗二号,它的背后值得一提的是原子钟,卫星导航要实现精准测量,前提是需要有精确的时间基准,即原子钟。下图这个方形的匣子叫铷原子钟,是北斗导航卫星的核心部件,它决定着卫星导航的定位、测速及授时精度。当时只有少数国家能够制造,一旦国外停止供货,北斗卫星的研制将基

北斗科普专题 (二)| 破釜沉舟,脚步从未停止

【概要描述】在“伽利略事件”后,我们深知想要搭建独立的卫星导航系统,核心技术必须掌握在自己手里,让自己成为核心的巨人,于是,我们开启了北斗二号的探索。关于北斗二号,它的背后值得一提的是原子钟,卫星导航要实现精准测量,前提是需要有精确的时间基准,即原子钟。下图这个方形的匣子叫铷原子钟,是北斗导航卫星的核心部件,它决定着卫星导航的定位、测速及授时精度。当时只有少数国家能够制造,一旦国外停止供货,北斗卫星的研制将基

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上一期,我们说到北斗一号的诟病,那时的它几乎是在一片骂声中艰难成长。即便给“黄金72小时”的汶川救援带去有利的帮助,为奥运助力,也抵挡不住这个黑点的存在。在GPS向全球提供服务后,不只中国吃亏成了“哑巴”,1999年的印巴战争期间,美国直接关闭了印巴战区的所有GPS服务,结果可想而知。下一个“哑巴”又会是谁呢?

 

 

美国GPS关闭事件,不只一国受到影响。这时欧洲也开始铁了心要搞自己的卫星导航系统,于是提出了“伽利略计划”。面对各路猛力的冲击,我们这时的脚步该如何去走呢?一个“幸运的包裹”砸向了我们,2002年后,“伽利略计划”开始向中国抛出橄榄枝,为了吸引合作伙伴和扩大市场份额,欧洲希望能与中国合作,中国当时积极做出了回应,并签署了中欧协议。在这场计划中,我们投入了两亿多欧元,希望欧洲能分享“原子钟”技术,而一心想成为独占一极的欧洲,在听到提议后,马上转变了态度,将中国抛至“伽利略计划”之外。我们为此愤慨,在宣布退出计划的同时,开始全心投入到研究卫星导航的征程中来。

 

 

预见:我们需要有自己的时空“心脏”

遭遇并不能阻止我们前进的步伐,反而会成就我们走向更伟大的愿景。从频率设计到批准申报,再到争取合法地位,这一步的成就并不是永久性的。根据国际电联要求,中国需要在七年的有效时间内成功发射卫星并接收到信号,才算得上正式占据太空领地,问天征程一直继续着。我们的北斗到底经历了什么,在这段征程中一步步开始猛发?

在“伽利略事件”后,我们深知想要搭建独立的卫星导航系统,核心技术必须掌握在自己手里,让自己成为核心的巨人,于是,我们开启了北斗二号的探索。关于北斗二号,它的背后值得一提的是原子钟,卫星导航要实现精准测量,前提是需要有精确的时间基准,即原子钟。下图这个方形的匣子叫铷原子钟,是北斗导航卫星的核心部件,它决定着卫星导航的定位、测速及授时精度。当时只有少数国家能够制造,一旦国外停止供货,北斗卫星的研制将基本停滞。

 

注:图片来源于腾讯新闻

 

想要实现我们的战略目标,就需要有“中国心”。一颗卫星的研制周期一般是五年,我国北斗二号的立项时间是2004年,根据与国际电联的约定,意味着留给北斗二号的时间只有三年。当时,我国在原子钟这颗“心脏”上还属于技术空白,要怎么去啃这块硬骨头呢?2005年,北斗计划的三支队伍采取同时研发的策略,先后攻克基础理论、材料、工程等技术难关,仅仅用了两年时间突破了原子钟这个技术的屏障,将“预想”变成了“现实”。

从无到有,从有到精,铷原子的性能指标在一步步提高,填补了原本的空白。我们在攻克了铷原子钟这个世界性难题的同时,氢原子钟的关键技术也陆续被攻克,如今的铯原子钟也将有希望成为北斗的又一颗“心脏”。

 

决心:“七年之限”的破云而出

2007年4月14日,北斗二号卫星成功发射了。4月17日晚上8点,接收机收到了卫星发射的信号,并取得了国际电联的官方认定,至此,我国正式拥有了合法的空间位置和频率资源。选择创新且做到创新,就意味着没有退路。

想要拥有自己的时空领地是艰难的,在决心拿下空间国土信念的支撑下,中国这场背水一战的征程经历了“魔鬼三天”。

在距离立项期限还有3天时,火箭搭上发射塔的第三次总检查出了问题,联通天地信号的卫星应答机出现了异常,一切检验测试需重新进行,北斗卫星导航总设计师杨长风在72小时期间一直奋战在前线,从未歇息。这一次“零窗口”的发射从收到信号的那一刻距离国际电联“七年之限”不到4个小时。

在当时,火箭发射的决策依据只有天气预报,而实际的天气却一直阴晴不定,立项期限在分秒间也变得越来越少,期间的每一分钟都显得尤其关键,火箭要何时发射才是最佳时机?谁也不敢保证。当距离发射窗关闭还有5分钟时,北斗团队果断采取决策,于是火箭便载着卫星破云而出了,卫星燃油节省了120公斤,距离发射结束后的雷击仅有几十秒,成败仅在一念之间。

 

 

当时的北斗二号规模几乎与GPS相当,申请的轨道和频率与伽利略比较一致,但避免不了会产生卫星轨道与频率争夺问题。空间资源是人类共有的资源,卫星上了天,没有任何规定存在,这该如何划分空间领地呢?

国际规则表示先到先得。伽利略计划的第一颗卫星发射上天了,但结果只是占了轨道,没有频率,这时的欧洲开始出现资金紧张的情况,而开通频率是需要花费大量资金的。随后不久,北二号也发射了,且占据了轨道和频率。欧洲的伽利略在一边捣鼓,而中国的北斗二号却在一颗接一颗的发射卫星,后来还做成了一箭双星。

 

 

北斗二号发射成功,给欧洲带去了不少的压力,欧洲开始通过美国给中国施压。一路的披荆斩棘,我们的经历与努力早已让这颗中国心变得越发坚定,内心早已与时间在赛跑。面对欧美带来的冲击,我们却是按既定的计划与节奏继续发射卫星,征程的脚步一直在稳定前进。

 

出现:亚太地区的回声

北斗二号从2007年发射首颗卫星到2012年第16颗卫星发射完成,发射的时间间隔变得越来越短,脚步也越来越稳,2012年,“北斗二号”定位导航系统正式向亚太地区提供定位、测速、授时、广域差分和短报文通信服务,系统运行良好,性能也在稳步提升。这时,我们走在战略计划的第二步。

从北斗一号的4颗卫星到北斗二号的24颗卫星,我们一步步突破了技术限制与瓶颈挑战,让北斗从不具备定位能力发展的到具备定位能力。距离35颗卫星的目标,虽然并未全部发射,但亚太地区的北斗定位导航网络已经建立起来了。

中国作为一个热爱探索,且愿意分享成就的“历史创造者”,心怀愿景的我们更愿意让科技产生温度。随着脚步的前进,GPS和北斗的中轨道卫星都发展到30颗,它们在太空中就如同一张大网,这时就存在一个现象,那就是信号的分布。根据就近原则,GPS网眼最密的地方在美国上空,像加拿大、墨西哥等国家自然会选择美国,而北斗二号网眼最集中的地方在中国上空,一些亚太国家开始逐渐认识到北斗覆盖的优势,中国政府也抓住机会,在这时开始推动北斗二号在亚太地区的应用。

 

 

泰国、马来西亚、印尼、柬埔寨、老挝等国家派出了代表前来中国访问,考察北斗二号,研究讨论合作之事。这趟行程安排得很讲究,参观的地方一处比一处高大上。第一站去了武汉光谷北斗集团,参观了中国最大的遥感卫星地面接收站;第二站去了黄石,参观了建设中的中国-东盟北斗示范城;第三站参观了北斗地球空间产业国际学院;第四站参加“2014北斗技术与应用国际培训班”。这次中外联系让问题冒出了水面,在这次行程中,泰国的代表表示,有的GPS卫星信号在泰国收不到,但北斗的所有卫星都能接收到,于是在商谈过后,泰国第一个加入了北斗的“天眼”计划,首批建成了CORS(连续运行卫星定位服务综合系统),随后,马来西亚也陆续跟上,成为北斗“天眼”的下一个落户国家。

 

联接:北斗二号与远洋渔业

没有技术的积累与进步,我们的愿景就没有办法变成现实。联接是这个世界上重要的事情之一,北斗一号在诟病中表现出性能指标不如GPS和海事卫星,但在汶川地震救援中展现的可通信功能却是我们无法忽略的。当电话、短信、互联网等出现,对于我们人类来说确实是件好事,但当基础设施遭到大面积破坏时,QQ、微信、微博、短信这些平时很方便的通信手段将会全部完蛋,我们除了狂吼之外,简直没有一点儿办法。

 

 

在海上,远洋渔业是一个充满冒险的行当,遇到危险时,能及时获得救助显得尤其重要,如何让渔船与岸上联接、渔船与渔船联接?最节省的渔民会告诉你两件东西,一件是GPS,另一件是海事卫星电话,当渔民遭遇风险时,能够及时获得求助。为何需要两件东西呢?一件东西行不行?答案是不行。GPS只能起到定位的作用,而不能联接通讯,当GPS定好位置后,需要利用海事卫星电话,告诉救援人员你的确切位置,这样才能推进救援过程。当然,有的人会使用电台,但从实际情况上看,它的可靠性并不如海事卫星电话,关键时刻容易抓瞎。要使用一部海事电话是很贵的,考虑到生命安全,渔民们对此很是纠结。

 

 

自从北斗二号在亚太地区布网后,渔民们有了新的选择,就是安装北斗卫星船载终端,遭遇海上危险时,渔民们可以通过北斗的双向短信功能一键求救,终端会自动把附带定位信息的求救短信通过卫星发给救援人员,从而获得救援。这个终端使用起来贵不贵呢?

政府为了大力推广北斗,已将其列为安全机械设备,渔民们可享受农机补贴政策,由政府出钱,免费为辽宁、山东、浙江、海南等一万艘渔船安装北斗终端,后续安装时,渔民只需象征性的出一成的钱即可。海事电话贵,那北斗卫星短信贵吗?答案是0.3元/条,这是有史以来最便宜的卫星通信方式。

 

 

没有一种成功是偶然的,要实现多少种的天马行空,就要输出多少倍的脚踏实地。北斗二号不只是北斗一号的延伸,更多的是我们愿景的一个突破与创新。这一步的问天征程,我们实现了快速定位,为亚太区域的用户提供全天候、实时定位服务,短报文服务可达120字,可密密授时,定位精度与GPS民用定位精度相当,精度达可20ns。

下一步的问天征程,我们的脚步又将何去何从?奔向北斗三号的我们是如何与这个世界开始举杯对饮?下一期,告诉你。

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