北斗追梦,领航苍穹
2024-12-07李国利武中奇
三十载北斗追梦,看今朝领航苍穹。从1994年北斗系统工程立项至今,几代北斗人栉风沐雨、接续奋斗,秉持自主创新、分步建设、渐进发展的理念,走出了一条具有中国特色的卫星导航系统建设之路。中国北斗系统不仅完成了从无到有、从有到优的跨越,还实现了从有源到无源、从区域到全球的飞跃,为服务全球、造福人类贡献了中国智慧和中国力量。
2024年9月19日9时14分,乳白色的长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心腾空而起,将两颗北斗导航卫星送入浩瀚太空。
这是北斗三号全球卫星导航系统的最后两颗卫星。任务的完满完成,标志着北斗三号全球卫星导航系统工程正式收官,意味着中国人自主建设的北斗系统进入新的发展阶段。
三十载北斗追梦,看今朝领航苍穹。从1994年北斗系统工程立项至今,几代北斗人栉风沐雨、接续奋斗,秉持自主创新、分步建设、渐进发展的理念,走出了一条具有中国特色的卫星导航系统建设之路。中国北斗系统不仅完成了从无到有、从有到优的跨越,还实现了从有源到无源、从区域到全球的飞跃,为服务全球、造福人类贡献了中国智慧和中国力量。
北斗一号:从无到有、摸索起步
1994年,北斗一号工程启动,标志着我国的卫星导航事业在摸索中起步。
那时,美国的GPS系统已开始向全球提供服务,俄罗斯的格洛纳斯导航系统也已基本建成。
按照空间定位原理,对地球上某一目标点进行定位,至少需要3颗卫星;考虑到时间误差,精确定位则至少需要4颗卫星。这是GPS和格洛纳斯的工作原理和全球组网方案。
如果按这条路径探索试验,缺乏技术储备、工程经验及经费支持,困难重重,难以顺利实现。
因此,北斗团队决定另辟蹊径。陈芳允院士提出了“双星定位”方案:将地心视为一颗虚拟卫星,再发射两颗地球同步卫星构成星座,可实现对区域内地面目标的快速定位。
这一方案具备最小的星座、最少的投入和最短的周期的优势,使我国卫星导航系统从无到有变为可能。
之后,北斗工程首任总设计师孙家栋院士,带领北斗人创造性地提出了“分步走”战略:先试验后建设,先国内后周边,先区域后全球。
2000年,在不到两个月的时间内,我国相继发射两颗北斗导航试验卫星,北斗一号系统建成。
从那时起,中国人正式拥有属于自己的卫星导航系统,成为世界上第三个建成卫星导航系统的国家。
北斗二号:自主创新、弯道超车
北斗一号的建成并投入使用,虽然解决了“有”和“没有”的问题,但与美俄导航系统相比仍有差距。
于是,北斗二号系统的建设被提上日程。
当时,最适合卫星导航的频率几乎都被其他国家占用。我国与欧盟联合推动国际电联从航空导航频段中挤出了一小段频率。
这一小段频率,虽然只有黄金频段的1/4,却足以满足建设一个全球卫星导航系统最基本的需求。
2000年4月17日,北斗系统和伽利略系统同时成功申报。按照国际电联规则,必须在7年有效期内成功发射导航卫星。
5年后,首颗伽利略导航卫星成功发射,而北斗导航卫星还在研制之中。那些日子,北斗团队背水一战,终于在规定时间内将搭载首颗北斗二号卫星的火箭矗立在发射塔架上。
发射前,卫星上的应答机突现异常。“如果应答机坏了,等于卫星没有无线电信号;而没有无线电信号,就拿不到合法的频率资源,就没有空间国土的合法地位。”北斗卫星导航系统工程总设计师、中国工程院院士杨长风对这段经历记忆犹新。
“我们立即归零,重新打开星箭组合体,拆出应答机,72小时不眠不休排除了故障,最终成功解决了问题。”
2007年4月14日,中国北斗二号成功发射,几天后太空传来卫星信号。这一刻,距离频率申请失效最后期限仅剩4小时。
之后,我国在5年半的时间内先后将16颗北斗二号卫星送入太空,建成北斗二号导航系统并开始提供区域服务。
北斗三号:独门绝技、服务全球
2009年,北斗三号工程启动。站在前两代星座的肩膀之上,中国北斗迈出了更加坚定的步伐——
从首组双星发射到最后一颗组网星入轨,仅用不到3年的时间,北斗三号全球卫星导航系统星座部署提前半年全面完成,
2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统正式建成,面向全球用户提供完整的全天时、全天候、高精度的全球定位导航授时服务。
这份沉甸甸的“成绩单”来之不易——
按照传统的卫星管理方法,要有效控制绕飞地球的卫星,必须依赖遍布全球的地面站。在难以全球布站的情况下,必须建立卫星之间的星间链路。
中国北斗,服务全球,必须实现覆盖全球。
北斗三号系统在全球首次突破了Ka频段星间链路技术,使所有北斗卫星连成一个大网,每颗卫星之间可以进行“通话”与测距,从而大幅提高了卫星定位的精度。
中国北斗,服务全球,必须提供更高的精度。
近几年的实际应用测试表明,北斗三号系统在全球的定位精度可达4至5米,亚太区域的精度更优。同时,我国已建成北斗地基增强“全国一张网”,可在全国范围内提供实时米级、亚米级精准定位服务。
原子钟是导航卫星的“心脏”。北斗三号系统则突破了新型氢原子钟以及原子钟的无缝切换技术,显著提高了导航系统的时频精度。
中国北斗,服务全球,具有“独门绝技”。
与其他全球卫星导航系统相比,北斗三号系统拥有自己的“独门绝技”——短报文服务。其他卫星导航系统用户只能知道“我在哪”,北斗用户不但知道“我在哪”,还能告诉别人“我在哪”“在干什么”,开创了通信导航—体化的独特服务模式。
“5,4,3,2,1,点火!”2024年9月19日,两颗北斗导航卫星被成功送入太空。由中国科学院微小卫星创新研究院研制的这组卫星,将确保北斗三号系统的精稳运行,并开展下一代北斗系统新技术的试验与应用。
中国北斗,服务全球,更要服务未来。
“到2035年,我国将建设完善更加广泛、更加融合、更加智能的综合时空体系。”杨长风说,在这一目标的引领下,我们将创新并发展更为先进的下—代北斗系统,同时加强不依赖卫星的多种定位导航授时(PNT)技术研究,为推动人类社会发展、构建人类命运其同体,做出新的更大贡献。