北斗：世界上最亮的指路明星

朱國順

6月23日上午9時43分，第五十五顆北斗衛星在長征三號乙火箭推動下奔向太空，定位于地球同步軌道，至此，中國北斗三號衛星導航系統星座部署全部完成，將全功能投入使用。

北斗三號，這是世界上最亮的指路明星。

衛星導航，是地球上覆蓋面最廣、性價比最高的定位指路方式。在幾經磨礪之后，1994年中國下決心，決定建設自己的衛星導航系統——北斗。

建設自己的衛星導航系統，首先要確立符合中國實際、適應中國需求的技術路徑。

通過衛星獲取某一個地點的位置，一般在太空中需要布置至少3顆導航衛星，即三球交會定位原理。實際上在測量時會產生各種誤差，為了消除誤差，往往還需要第4顆衛星的輔助。同時，為了隨時隨地接收到4顆以上導航衛星信號，非靜止環繞地球的衛星總數往往遠高于4顆。美國GPS和俄羅斯GLONASS系統導航衛星的數量，都在24顆以上，就是這個原因。

在上世紀90年代，短期內發射這些數量衛星對中國來講，是勉為其難的。聰明的中國人想出來一個絕妙辦法，提出由兩顆衛星組成雙星定位系統，同時在地面設置一個地面控制中心，通過控制中心、衛星、用戶三者之間的交互計算得到用戶的位置。這時需要兩顆衛星均位于地球靜止軌道保持相對位置不動，其軌道高度在35786千米。

2000年，首批兩顆北斗衛星成功入軌，這就是北斗一號的開端。它覆蓋中國全境，還能像“發短信”一樣主動發送文字消息，比單向接收數據的GPS等系統好。

北斗一號的缺陷在于，它的定位精度為20-100米，時間精度為20-100納秒，與同期GPS的10米和20納秒差距明顯。

2010年起，中國又發射了14顆導航衛星，組網成北斗二號系統，覆蓋范圍擴大至亞太地區大部分區域，定位精度從20米提升至10米，時間精度達到10納秒。

最適宜導航衛星的軌道，是高度約20000千米的中圓軌道。但這個軌道飛越目標區域的時間較短，要實現穩定覆蓋必須發射足夠多的衛星，而此時中國相關技術能力尚不具備，中國另辟蹊徑開創了“混搭”的衛星布局方式，將14顆衛星分布于三種軌道，4顆中圓軌道，5顆傾斜同步軌道衛星保證對亞太地區長時間覆蓋，5顆地球靜止軌道衛星實現此區域的全時段穩定覆蓋。

導航衛星的授時對精度影響極大，1納秒的時間誤差會產生距離誤差0.3米，國際先進的星載原子鐘精度需要達到每10萬年才會產生1秒的誤差。

2017年底開始發射的北斗三號衛星，能力與水平都提升到了一個嶄新高度。使用壽命從8年增至10年以上，所有部件全部實現中國造，原子鐘精度達到1000萬年差1秒。

2017年底發射1箭2星，2018年發射9箭17星，2019年發射6箭8星，2020年發射3箭3星，不到3年時間30顆衛星以前所未有的速率發射升空，完成組網星座部署。3顆地球靜止軌道衛星分布在赤道上空，3顆傾斜同步軌道衛星穩定覆蓋亞太地區，24顆中圓軌道衛星晝夜不停圍繞地球奔跑，共同組成一個先進的北斗三號衛星導航網絡。從此，每時每刻無論身處地球任何角落，總有5-6顆北斗衛星在關心你。

特別是中國北斗特有的星間鏈路，大大減少了系統對地面站的依賴，提高了穩定性。整個系統的精度持續增加，可達到米級、分米級甚至是厘米級、毫米級。

從北斗一號首星到北斗三號末星入軌，20年間，55顆北斗為中國、為亞太、為世界搭建起了獨樹一幟、功能全面、技術先進的衛星導航系統，它將向全世界開放，成為地球上70多億人生活的一部分。

這是世界上最亮的指路明星。