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集微網消息(文/Jimmy),北斗三號最後一顆全球組網衛星已於今年4月運抵西昌衛星發射中心西昌航天發射場,計劃於6月發射。屆時,北斗三號全球星座部署將全面完成。
北斗三號系統隸屬中國北斗衛星導航系統,是中國自行研製的全球衛星導航系統,也是聯合國衛星導航委員會認定的全球衛星導航系統四大核心供應商之一,其餘認定供應商為美國GPS、俄羅斯GLONASS和歐盟GALILEO。
北斗衛星導航系統是信息時代的基礎性設施,國之重器,信息社會的支柱。從衛星導航與定位的早期研究到北斗導航即將完成全球定位的今天,已走過幾十年光陰,也代表著「中國速度」。
從「燈塔」到北斗一號
我國開始關於衛星導航與定位的研究得追溯至20世紀60年代,彼時,美國的全球衛星定位系統(GPS)也才開始起步。1970年,我國對導航衛星的方案論證結束,並命名為燈塔一號導航衛星,但好景不長,「燈塔」項目因國家財力等原因夭折。
陳芳允(圖源:中國科學技術協會)
1983年,「兩彈一星功勳獎章」獲得者、中國科學院院士陳芳允創造性地提出了雙星定位設計方案,即利用兩顆地球靜止軌道衛星,實現一個區域的導航定位。在這一設想的基礎上,北斗一號雙星定位系統開始了積極地立項論證。
1989年,在陳芳允院士的帶領下,我國首次利用通信衛星展開了雙星定位演示驗證試驗,證明北斗衛星導航試驗系統技術的正確性和可行性。
伊拉克戰爭打響,美軍首次將裝有GPS的精準打擊武器大規模使用,之後的海灣戰爭中,美軍利用GPS引導炸彈的戰果都令世界震驚。
1994年,黨中央、國務院等拍板決定啟動北斗一號工程,進行試驗探索。我國自主建造的衛星導航系統從此賦予「北斗」之名,國之重器必須親手打造。
北斗一號被稱為北斗衛星導航試驗系統,是中國第一代衛星導航系統,即有源區域衛星定位系統。該試驗階段以2000年成功發射2顆地球靜止軌道衛星為結束,由於是採用少量衛星實現的有源定位,該系統成本較低,但是系統在定位精度、用戶容量、定位的頻率次數、隱蔽性等方面均受到限制。另外該系統無測速功能,不能用於精確制導武器。
2003年,第3顆地球靜止軌道衛星成功發射。經過近3年的調試、測試和試運行,北斗一號系統正式開通運行。
雖然北斗一號系統缺陷明顯,但意義重大。北斗一號的出現打破了美、俄在此領域的壟斷地位。通過該階段研究,為我國北斗衛星建設積累大量技術經驗,也培養了一批優秀人才並研發了一些地面應用的基礎設施。
「三步走」發展戰略
我國自20世紀80年代開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路,形成了「三步走」發展戰略,北斗一號系統即是第一步,而第二步便是北斗二號。
2003年9月,中國打算加入歐盟的伽利略定位系統計劃,並在接下來的幾年中投入了2.3億歐元的資金。由此,人們相信中國的北斗系統只會用於自己的武裝力量,但事實並非如此。
2004年10月9日,中國與歐盟正式簽署伽利略計劃技術合作協議。同年,中國啟動了具有全球導航能力的北斗衛星導航系統的建設(北斗二號)。
2007年4月初,首顆北斗導航衛星如期立在發射塔架上。各項測試進展非常順利,但在發射前的最後檢測中,衛星上應答機卻出現了異常。最終,科研人員3天不眠成功排除隱患。
2007年4月14日4時11分,這顆肩負著重要使命的衛星從西昌衛星發射中心發射升空,成功進入預定軌道。兩天後,北京清晰接收到來自這顆衛星的信號。那一刻,距離國際電聯規定的頻率申請失效最後期限不到4個小時。
2009年起,後續衛星持續發射,並在2011年開始對中國和周邊地區提供測試服務
2012年,由14顆衛星構成的北斗二號衛星導航系統完成了對亞太大部分地區的覆蓋並正式提供衛星導航服務。
中國選擇獨立自主開發北斗導航系統的原因在於上文提到的伽利略定位系統計劃。
早期,伽利略系統被看作是一個政府財政參與的私營項目,項目主管積極邀請中國加入,這樣在短期內可以獲得中國的投資,從長遠看還能在中國的定位授時市場獲得獨特優勢。然而,由於歐盟委員會的安全與技術獨立性政策,中國實際上被伽利略系統排除在外。中國之前的投資也沒有得到任何回報,這促使中國決定建設自己的全球定位系統。
北斗二號並不是北斗一號的簡單疊代,此衛星導航系統的發展目標是對全球提供無源定位,與全球定位系統相似。在計劃中,整個系統將由16顆衛星組成,其中6顆是靜止軌道衛星,以與使用靜止軌道衛星的北斗衛星導航試驗系統兼容。
北斗從其試驗系統開始就有其軍事目的,其正式系統也是一個軍民兩用的系統。由於該正式系統繼承了試驗系統的一些功能,能在亞太地區提供無源定位技術所不能完成的服務,如短報文通信。
作為「三步」發展戰略的最後一步,我國於2009年正式啟動北斗三號的建設。
2017年11月5日,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,以「一箭雙星」的方式成功發射兩顆北斗三號全球組網衛星,這是北斗三號衛星的首次發射,標誌著中國北斗衛星導航系統全球組網的新時代。
北斗三號系統首顆地球靜止軌道衛星 (圖源:人民日報)
2018年年底,北斗三號在該軌道上規劃的24顆衛星已全部到位,標誌著全球系統核心星座部署完成,將為全球用戶提供導航服務,以及全球短報文通信、國際搜救等特色服務。
2020年5月14日,中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其接受央視記者專訪時表示,我國計劃在下個月發射最後一顆北斗衛星,這也是我國北斗三號系統的「收官之星」。
2020年底前,我國將建成由30多顆北斗導航衛星組成的全球系統,具備全球服務能力。未來2035年,我國還將計劃建成以北斗為核心的綜合定位導航授時體系。
中國北斗系統正式邁入全球時代。
北斗三號系統繼承北斗有源服務和無源服務兩種技術體制,能夠為全球用戶提供基本導航(定位、測速、授時)、全球短報文通信、國際搜救服務,中國及周邊地區用戶還可享有區域短報文通信、星基增強、精密單點定位等服務。
北斗衛星導航系統三步走發展規劃將在今年順利實現,從2004年的區域有源定位到2012年的區域無源定位再到2020年的全球無源定位,見證了從無到有,從弱到強的歷史性一刻,也標誌著中國科技力量的日漸強大,敢與時間賽跑的「中國速度」。(校對/Aki)