2020年6月23日,长征火箭在中国西昌卫星发射中心搭载着最后一颗北斗组网卫星,发射升空后进入预定轨道平稳运行,标志着历时长达20多年的中国北斗卫星导航系统全面建成。

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在感叹祖国实力日益强大之余,一些网友不禁要问:

除了北斗系统,世界上还有哪些定位系统?中国为何要花20年的时间建设北斗卫星系统?在我们的日常生活中有哪些用途?美国为什么不阻止中国研制北斗系统呢?

让我们来一起来了解下吧。

一、全球四大定位系统

当前世界上有四大主要的全球导航系统:

美国的GPS、中国的北斗、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧洲的“伽利略”。

1、美国GPS系统

美国第2代GPS系统的民用精度约为10米,目前正在升级到第3代,而军事精度达到了惊人的0.3米,是全球定位系统的领导者,GPS系统在应用经验、技术水平、完善性方面均遥遥领先其他系统;

2、中国北斗系统

中国北斗系统的民用精度是5米,军事精度约为1米,基本可以满足军队的需要。目前,我国的卫星发射速度最快,定位精度也在逐年提高,相信几年后,北斗系统的军事精度将突破0.5米。

3.俄罗斯“格洛纳斯”系统

俄罗斯“格洛纳斯”系统的民用精度在10米左右,而军事用精度略小于1米,稍比中国强一点,“格洛纳斯”系统的主要优点是抗干扰能力强。

4.欧洲“伽利略”系统

欧洲“伽利略”系统通常不提供军事用途,它的民用精度是四大系统中最高的,达到1米,与GPS相比,“伽利略”系统具有更大的覆盖范围、更小的误差。

二、中国为什么要建立北斗系统?

许多网友心中可能有个疑问:

既然GPS系统已经开发了30多年,其商业应用和市场已经非常成熟了,中国为什么还要花费大量时间和资金,研制自己的北斗系统呢?

美国的GPS实质上是一种军事卫星导航系统,隶属于美国空军,并且常年保持32颗卫星在轨,该系统主要包括军用、民用两种信号,军用信号的最高定位精度级别为毫米级别,民用信号精度则为分米级别。

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1991年的海湾战争中,美国首次使用GPS卫星定位导航系统。当时,美国军方依靠GPS全球定位功能对伊拉克,使用大量的新式GPS武器对伊拉克进行了精确打击,打得伊拉克毫无还手之力,从而在人类战争史上提出了一个新的术语“外科手术式打击”,也使全世界看到了GPS系统的强大功能。

GPS是美国人的专利,美国作为运营商,拥有绝对的控制权,如果美国对其他国家的GPS停止服务、进行干扰、提供虚假定位,不仅会极大地影响普通居民的生活,而且还会对军事领域的使用造成致命打击。

在1999年的印巴战争中,美国直接关闭了印度-巴基斯坦战区的所有GPS服务,从而导致印巴双方均无法使用GPS相关的武器和设备,给双方的战争造成巨大损失。

再比如,上个世纪,当中国试射某种新型导弹时,美国为了遏制中国导弹工业的发展,悄悄关闭了GPS信号,使得中国无法追踪发射出去的导弹,最终导致试射失败,中国科研人员的心灵也受到了沉重打击。

如果中国没有自己的全球卫星导航系统,在安全性、可靠性方面将会长期受制于人。

因此,中国从上世纪90年代开始启动北斗系统的研制,走上了建设具有中国特色卫星导航系统的道路。

三、北斗20多年的曲折建设之路

简而言之,北斗20年来的发展历程如下:

2000年底,北斗一号系统建成,向中国提供服务。

2012年底,北斗二号系统建成,为亚太地区提供服务。

2020年中,北斗三号系统建成,在全球范围提供服务。

1.北斗一号(覆盖中国全境)

1991年的海湾战争唤醒了中国人,美国GPS在战斗中应用得非常成功,中国深刻体会到导航定位系统的重要性,因此开始启动卫星定位系统的研制。

著名电子学家陈芳允,也是“两弹一星”的功勋,首次提出了由两颗卫星组成的双星定位系统。

从1994年该项目的正式批准,到2000年两颗北斗卫星成功进入轨道,北斗双星的设想经过6年多的研究和开发,终于成为现实,这就是北斗一号,信号可以覆盖整个中国。

但是,北斗一号也存在明显的缺陷,它的定位精度为20-100米,时间精度为20-100纳秒,相比同期GPS的10米、20纳秒还存在很大的差距,而且北斗一号仅支持150个用户同时在线,离全球覆盖的目标还很遥远。

2.北斗二号(覆盖亚太地区)

在北斗一号卫星的基础上,科学家们研制出了第二代系统,称为北斗二号。

2007年、2009年,中国各发射升空了一颗北斗二号卫星。2012年底,新系统成功组网。

与北斗一号相比,北斗二号的覆盖范围已明显扩大,扩展到了亚太地区的大部分区域,定位精度也从20米提升到10米,时间精度达到了10纳秒。

北斗一号使用的原子钟是从瑞士进口的,但是当北斗二号开始研制时,原子钟方面的合作被迫中断了。

为了成功完成北斗二号的计划,科学家们夜以继日,不断进行实验和测试,在2年内突破了技术封锁,克服了原子钟的困难,并在7年内掌握了新的卫星技术,完成了覆盖亚太地区的卫星导航系统。

至此,距离实现全球导航的目标只差最后一步了。

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3.北斗三号(覆盖全球)

在科学家们不断的努力下,北斗三号卫星终于研制成功,卫星的使用寿命从8年增加到10年以上,而且所有组件均在中国制造,原子钟的精度也升级到1000万年相差1秒,一箭双星的技术也日臻完善,火箭技术不再成为制约因素。

自2017年起,中国在不到3年的时间里,以前所未有的速度发射了30颗卫星:

2017年底发射了1箭2星,2018年发射了9箭17星,2019年发射了6箭8星,2020年发射了3箭3星。

2020年6月23日,最后一颗北斗三号全球组网卫星发射升空,标志着全球组网的完成。

自此,30多颗北斗卫星昼夜围绕地球运行着,在太空中共同形成了一个庞大的卫星网络,无论您在地球的任何角落,只要抬头都能看到5到6颗北斗卫星,北斗系统终于实现了全球覆盖的目标。

四、北斗系统有什么作用?

这里主要谈谈与我们老百姓生活密切相关的民用功能。

1、手机定位

大多数人都以为手机上只有一个GPS导航系统,然而事实并非如此。

手机支持的导航系统主要取决于手机处理器,很多处理器都可以使用北斗导航系统,例如高通骁龙的835、821、820,联发科的P20、P10、X20等,华为的海思等。

除了苹果手机外,华为、小米、Oppo、一加等大多数国产手机都支持北斗导航系统。

2、气象服务

北斗导航卫星可以帮助气象部门进行天气分析、天气预报、气候变化监测、气象预警等业务,增强中国的气象防灾减灾能力。

3、车辆监管

北斗导航系统在车辆监管方面也有很大的用处。

比如:监测车辆是否超速行驶,提醒驾驶员疲劳驾驶,对工程车辆、出租车、公交车、共享单车进行定位等。

4.铁路智能交通

北斗导航系统将促进铁路交通的升级和改造,比如铁路因自然灾害出现异常情况时,能自动报警,保证铁路运输的安全。

5、水运及航空

北斗卫星导航系统能为飞机、船舶提供导航和定位,以及独特的短信通讯功能,为航运提供安全保障。

6、应急救援

北斗卫星导航系统具有短报文通讯功能,可以通过相关终端设备及时报告人员地点和灾害情况,有效缩短救援时间,提高救援效率,大大减少了人员伤亡和财产损失。

7、电力能源

自2010年以来,国家电网将北斗系统与电力系统相结合,有效减少了电力故障,及时解决电力事故,减少人员伤亡。

8、指导放牧

2014年10月,青海省牧区开始试行北斗卫星放牧信息系统,实现了牧场、牛羊的动态监控。

当然,北斗系统的应用远不止于此,还可以在农业、社区等方面发挥作用。

2014年11月,联合国下属的国际海事组织海上安全委员会,正式将中国的北斗系统纳入全球无线电导航系统,这意味着,北斗系统成为继美国的GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”之后,联合国批准的第三套个海上卫星导航系统。

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五、美国为什么不阻止中国建立北斗系统?

当初,欧洲航天局希望摆脱GPS控制,召集多国开发伽利略定位系统。结果,刚进入第一阶段,就收到美国的警告,并以多种方式予以压制。

为了减轻经济压力,欧洲航天局决定将中国纳入合作伙伴,但在收到中国的2亿欧元后,却将中国排除在外。

而当中国开始研制北斗系统项目的消息一经传出,美国就要求所有国家不得帮助中国。

如今,中国完全靠自主技术研制出了北斗系统,为什么美国却没有强力干预和阻止呢?

这是因为,2007年1月,中国使用导弹成功摧毁了一颗废弃的卫星,这意味着中国完全有能力摧毁所有在轨卫星,也展现了中国在太空领域的实力和话语权。

因此,并不是说美国不想阻止,也不是没有能力阻止,而是中国在太空领域具有强大的反制能力,令美国不敢轻举妄动。

而在商业上,美国肆意打压中国的科技公司,最主要的原因就是中国的科技公司没有足够的反制能力和手段,因此,中国需要掌握更多的尖端技术,以免受他人掣肘。

结语

2000年到2020年的20年里,从北斗一号第一颗卫星的发射,到北斗三号最后一颗卫星进入轨道,中国科学家们付出了艰辛的努力和汗水,最终排除万难、步步为营,为中国、为亚太、为全球开发出先进的北斗卫星导航系统,令人由衷敬佩和感动。

截止目前,全球已有120多个国家和地区使用中国的北斗系统。

未来,北斗系统将向更多的国家和地区开放,为改善全球70多亿人的生活做出贡献。