花費35年,突破美國多次阻擾,中國北斗即將建成,不再受GPS威脅

2019-12-11   胖福的小木屋

在聯合國全球衛星導航系統國際委員會第十四屆大會舉辦期間,中方在會上宣布,我國北斗三號將於今年年底完成所有中圓地球軌道衛星發射任務,屆時,北斗全球系統核心星座完成部署。

而這也標誌著明年,中國北斗全球系統將全面建成。中國將打破GPS長達25年的壟斷,不再受到GPS的威脅。



1958年美國軍方研製的一種子午儀( Transit)衛星定位系統,1964年正式投入使用,該系統用5-6顆衛星組成的星網工作,每天最多繞過地球13圈,並且無法給出高度信息,在定位精度方面也不盡如人意。

從20世紀70年代開始,陸、海、空三軍聯合研製了新一代全球定位系統,GPS主要目的是為陸、海、空三軍提供實時、全天候和全球性的導航服務,並用於情報搜集、核爆炸監測和應急通信等一些軍事目的,經過20餘年的研究實驗,耗資300億美元,到1994年,全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座已布設完成。



GPS已經經歷了第一代和第二代,現在已升級到第三代,系統由空間段、地面段和用戶段三大部分組成。衛星星座由分布在6個軌道面上的24顆衛星組成,目前在軌衛星27顆。GPS由美國國防部控制,可提供軍民兩種服務。軍碼定位精度10米,僅供美軍及盟友使用;民碼定位精度20米左右,平時向全球開放,戰時能實施局部關閉。

GPS在海灣戰爭中特別是科索沃戰爭中,對空中平台導航、武器發射瞄準、精確制導、打擊目標定位等重要作戰環節都起到了難以替代的關鍵作用。 該系統是目前最成功的衛星導航系統,在實際應用和產業化上處於國際壟斷地位。



如果中國不能擁有自己的全球定位系統,那麼一旦爆發戰爭,GPS關閉,中國在如今的信息戰中就會像瞎子一樣,那就只能任人宰割。

1985年,中國提出建設北斗一號系統,後來,海灣戰爭爆發,中國第一次見識到了信息戰的恐怖,加快了全球定位系統的研製,北斗一號系統1994年1月批准立項研製建設,「兩彈一星」元勛孫家棟獲聘第一任北斗衛星導航系統總設計師。



當時中國在導航技術上極為薄弱,可以說基本上是從零起步,兩彈一星元勛陳芳允院士創造性提出了「雙星定位」建設方案,即:把地心視為一顆虛擬衛星、再發射兩顆地球同步衛星構成星座,實現對區域內地面目標的快速定位。

而歐洲也在1999年的時候公布伽利略衛星導航系統計劃,其目的是擺脫歐洲對美國全球定位系統的依賴,打破其壟斷。



當時,衛星導航大國(美俄)已把頻率資源瓜分殆盡,而且衛星導航技術也被美俄所壟斷,所以如果想要研製全球導航系統必須要獲取頻率。

當時歐盟也想要發展全球導航系統,所以中歐便選擇了合作,譚述森院士帶領北斗研發團隊經過周密準備、主動出擊、積極斡旋、艱苦談判,我們創造性提出衛星導航信號兼容性評估準則,證明了北斗與其他衛星導航系統頻率重疊時互不影響,贏得頻率共用的「世界共識」,為國家爭取了寶貴的頻率資源。



國際電聯從航空導航頻段中最大限度地擠出一小段頻率,提供衛星導航共同使用。這一小段頻率,只有黃金頻率的四分之一,是建設一個全球導航系統最基本的頻率需求,且各國均可平等申請。

2000年4月17日,中國北斗和歐盟伽利略系統同時成功申報。按照國際電聯規則,必須在7年有效期內成功發射導航衛星。



2000年,中國發射2顆地球靜止軌道衛星,建成系統並投入使用,採用有源定位體制,為中國用戶提供定位、授時、廣域差分和短報文通信服務;2003年,發射第3顆地球靜止軌道衛星,進一步增強系統性能。

在中國剛剛完成「北斗一號」系統的時候,2003年,「伽利略計劃」正式啟動。

這個時候歐洲主動邀請中國加入「伽利略」計劃之中,中國接受了歐洲的邀請,一方面是出錢學技術,為發展我國自己的北斗導航系統奠定基礎,另一方面,想通過參與該計劃打開歐洲市場。



2003年9月,科技部與歐盟能源交通總司9月18日在北京草簽了合作協議,雙方商定在伽利略計劃實施過程中廣泛合作,包括:衛星發射、衛星製造、無線電傳播環境實驗、地面系統及無線電頻率、接收機標準等各個方面。

同年10月中歐正式簽署《中歐伽利略計劃技術合作協議》。協議中國將投資2億歐元,參與該計劃的衛星研製、技術開發、地面設施和用戶服務。該協議使中國成為第一個充分參與該計劃的非歐盟國家,中國將因此對「伽利略」擁有20%的擁有權和100%的使用權。



然而因為歐洲內部利益分配不均,而且加上美國的從中作梗,想要維持自己GPS的獨霸地位,因為如果中國一旦研製成功導航系統,除了在軍事之上,中國將擁有全球精準打擊的實力,在民用上,也將失去中國這個龐大的13億人口市場。

當時歐洲航天局同意修正之前擬定的與美國GPS相近的發射頻率,以便投入使用後產生信號衝突的可能性降至最低限度。技術重新修正花掉了一大筆錢。作為回報,美國人同意在技術上支持伽利略。

在這種情況下,中國雖然是投資方,卻慘遭排擠,歐盟很多核心技術的研究都把中國排除在外。中國當時知道想讓歐洲人分享導航技術無望,於是在2005年提出讓歐洲提供「原子鐘」核心技術,但還是慘遭拒絕,並且把中國踢出了項目之外。



中國整整花費了2億歐元(在那個時候相當於20多億)卻顆粒無收,這讓「北斗」系統的核心科學家楊長風十分生氣,也大大激發了我國獨立自主建設導航系統的決心。

但中國並沒有乖乖被宰,2005年9月,國家發展改革委員會、國防科工委聯合發出《關於加速推進北斗導航系統應用有關工作的通知》,正式將北斗導航系統建設列為國家基礎建設規劃。

之後,北斗人又創造性提出了「分步走」戰略,也是目前的「三步走」戰略。即:2000年年底建成北斗一號系統,向中國提供服務;2012年年底建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務;2020年前後建成北斗全球系統,向全球提供服務。



2007年4月14日4時11分,北斗二號首星從西昌衛星發射中心發射升空,成功進入預定軌道。兩天後的16日20時許,北京清晰接收到來自這顆衛星的信號。這一刻,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。

當時北斗二號首星剛進入軌道不久,就受到某國大功率複雜電磁干擾,信號接收成功率不足50%。要是不解決,即將組網的10多顆衛星發射計劃將無限期推遲,將嚴重影響中國北斗二號系統的建設

在關鍵時刻,航天專家王飛雪立了軍令狀,在3個月內,拿出了具有超強抗干擾能力的衛星載荷,將我國北斗衛星抗干擾能力整整提高了1000倍。王飛雪曾說:「實力,你必須拿出自己的看家本領,讓世界看到你的實力。」


王飛雪和其團隊研究工作


不到3個月,他和團隊拿出了具有強大抗干擾能力的衛星載荷,一舉攻克強幹擾環境下高精度測距這一世界難題,使衛星抗干擾能力提升1000倍。

中國北斗二代把軌道和頻率都占上了,由於頻率覆蓋問題,除非中國事先同意,否則「伽利略」常規公共服務信號便無法用于軍事目的。衛星通信頻道是以誰先占誰有理原則,先占先得原則是西方已開發國家制定的,他們認為這是各國都有同樣機會的公平原則。

中國率先搶占了頻段的使用權,讓歐洲的「伽利略」計劃難以繼續,而中國則繼續自己的北斗二號系統研發,當時歐洲不願意給中國提供原子鐘技術,中國就自主開發研製出天穩定度達到10-14量級的原子鐘,授時精度50納秒,300萬年只有1秒誤差,徹底打破了他國壟斷。



2012年年底,完成14顆衛星(5顆地球靜止軌道衛星、5顆傾斜地球同步軌道衛星和4顆中圓地球軌道衛星)發射組網。北斗二號系統在兼容北斗一號系統技術體制基礎上,增加無源定位體制,為亞太地區用戶提供定位、測速、授時和短報文通信服務。北斗二號系統的建成,標誌著中國的導航系統已經可以向亞太地區提供服務。

而歐洲「伽利略」計劃卻因為被中國搶占頻率而擱置。

早在2009年,歐洲航空航天局專家領銜的代表團飛抵北京,代表歐盟的伽利略衛星導航系統,請求與中國展開頻率爭議談判。歐方官員以頻率是從美國人手裡花「血本」獲得,而且歐洲人的「伽利略」系統早已按此頻率進行技術設計現已無法修改為由,力壓中國北斗系統「搬遷」到其他頻道上。

直到2015年的時候,中國已經開始了「北斗三號」系統的建設,歐盟才被迫接受了中國衛星導航定位應用管理中心提出的頻率共用理念,同意在國際電聯框架下完成衛星導航頻率協調。



而且早在2014年,中國的衛星導航與位置服務產業總產值達到1343億元人民幣,歐洲「伽利略」計劃又想來和我們合作。

可以說,美國這幕後無形的黑手想要阻撓中國的「北斗」計劃,卻被中國反殺,反而將歐洲的「伽利略」導航系統給搞垮,可謂是多行不義必自斃。其實如果歐洲願意和我們一起共同合作,也不至於落得如此下場。

到了2018年12月27日,北斗三號基本系統已完成建設,並於當日開始提供全球服務。中國北斗系統正式邁入全球時代。而到2020年,北斗系統將實現全球組網目標。這也是繼GPS、GLONASS之後的第三個成熟的衛星導航系統。

中國在創造新一代的導航系統時,在研究上下了不少功夫,不僅研究出其同於其他系統一般的基本功能,還獨立自主的創新了一些非常有特點的優勢。絕對快速的反應、精鍊準確的回饋,還有接收和發送簡訊息的功能。



中國的「北斗」系統一旦建成,也會提供給美國「親切」的朋友古巴、伊朗等國家提供服務,給予美國以親切的問候與服務。

從85年立項,到2020年全球組網,中國整整花了35年的時間,而這離不開一大批優秀的航天技術人才的努力,才可以讓中國在與美歐的大國博弈之下獲勝,成功建設北斗系統,從此不再受GPS的威脅,中國也擁有了屬於自己的「眼睛」。