創造奇跡的中國北斗衛星

小蟈 小敖

北斗系統將成為一個生命線工程，大地震后我們所有的有線系統都可能失去功能，而北斗系統作為一個衛星監視系統既可以有及時的位置報告，又可通信。海嘯后，北斗去做救援是非常有用的，它可以及時地發送位置和與位置有關的信息。

北斗衛星導航系統

北斗衛星導航系統是中國自行研制的全球衛星定位與通信系統，是美國的GPS、俄羅斯的GLONASS之后第3個成熟的衛星導航系統。系統由空間端、地面端和用戶端組成，可在全球范圍內全天候為各類用戶提供精準可靠的定位、導航、授時服務，并具備短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

歷史回顧

2007年4月14日，我國成功將一顆北斗導航衛星送入太空。約14分鐘后，衛星準確進入預定軌道。2009年4月15日，第2顆北斗導航衛星被順利送入預定軌道。2010年1月17日，我國成功將第3顆北斗導航衛星送入預定軌道，這標志著北斗衛星導航系統工程建設又邁出重要一步，衛星組網正按計劃穩步推進。2018年11月19日，西昌衛星發射中心成功發射第42顆和第43顆北斗導航衛星。北斗三號基本系統完成建設，于2018年12月26日開始提供全球服務。這標志著北斗系統服務范圍由區域擴展為全球，北斗系統正式邁入全球時代。

北斗衛星導航系統建設速度是驚人的，在2018年更是實現了一年10箭18星，其中8次為一箭兩星任務，共計布置了18顆衛星進入軌道，且所有發射任務均獲成功。按照35顆北斗衛星的設計布局，2018年無疑是北斗建設史上最核心的一年，也創下了全球衛星導航系統組網最快紀錄。世界四大衛星導航系統中，美國GPS系統最快紀錄為一年6星，俄羅斯GLONASS系統為一年9星，歐洲伽利略系統為一年6星。毫不夸張地講，北斗的建設速度是空前的，隨著2019年剩余衛星的繼續布網且前期衛星陸續度過調試期正式服役，北斗將徹底點亮全球。

中國衛星之父——孫家棟

從孫家棟擔任中國第一顆人造地球衛星總體設計負責人開始，在中國自主研制發射的100個航天飛行器中，就有34個是由他擔任技術負責人、總設計師或總工程師，占整個中國航天飛行器的三分之一。孫家棟因此被業界公認為“中國衛星之父”。

成熟的GPS系統已經發展了30多年，其本質是一個軍用衛星導航系統，這個系統主要包含軍用和民用兩種信號。依賴GPS導航的戰斧式巡航導彈為人類戰爭史貢獻了一個新詞—“外科手術式打擊”，原本需要數十架轟炸機、投彈數百噸才能完成的水壩轟炸任務，變成僅需兩枚導彈在數百公里外突襲發射即可，甚至第二枚可以通過第一枚炸開的大壩缺口鉆進去。我們日常生活中用到的定位服務，如地圖導航、共享單車、打車等，都依賴GPS。大型電網、金融交易、電信通信等都需要星上原子鐘精密授時。科學領域，很多研究地球重力場、磁場、板塊運動、大氣、海洋、冰川、自然災害的衛星，都需要GPS系統幫助衛星精密定軌。大型基建工程，例如高鐵、大橋、機場建設，也需要GPS標定。新興技術中自動駕駛、精準農業亦是如此。

歷史回顧

既然GPS系統已經很成熟了，為什么我們還要花巨額資金建設自己的北斗系統呢？因為GPS是美國建設的，其運作必然以美國利益為第一位。早期，GPS系統在所有的民用信號上都添加了干擾。美國作為運營者，它可以隨時停止GPS服務、增加干擾，甚至提供虛假的位置服務信息，這對將GPS用于民用和軍用的他國極度不利。1999年印巴戰爭期間，美國直接關停了印巴戰區的所有GPS服務，給印巴雙方造成巨大損失。過去20多年內，中國航天人從實驗階段開始，逐漸實現區域有源定位、區域無源定位和全球無源定位，其對應的技術分別是北斗一代、二代和三代，逐步掌握了獨立自主的核心技術。現在是北斗三代建設的核心期，大概將在2020年完成全部建設。

目前，三個全球衛星定位系統都采用距離地面2萬千米左右的中圓衛星軌道。我國采取了一套與其他導航系統截然不同的思路，采用三種軌道搭配的星座：27顆衛星處在距離地面2.15萬千米的中圓軌道，分布在三個軌道面上，保持55度傾角;5顆衛星采取赤道上空3.58萬千米高的地球靜止軌道;3顆衛星處在地球同步軌道，保持約55度傾角。北斗還有一個獨門絕活：短報文通信，簡而言之是通過衛星實現天地雙向通信。北斗這個功能意味著衛星可以向擁有此項授權服務的接收機發送專屬信息，比如在普通移動通訊信號不能覆蓋的情況下（例如地震災害過后通信基站遭到破壞），北斗終端可以通過短報文進行緊急通信。對于軍事行動的意義更是無法形容。實事求是地講，北斗雖然具有后發優勢，但是它現在最大的競爭對手依然是GPS系統。