创造奇迹的中国北斗卫星

小蝈 小敖

北斗系统将成为一个生命线工程，大地震后我们所有的有线系统都可能失去功能，而北斗系统作为一个卫星监视系统既可以有及时的位置报告，又可通信。海啸后，北斗去做救援是非常有用的，它可以及时地发送位置和与位置有关的信息。

北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第3个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候为各类用户提供精准可靠的定位、导航、授时服务，并具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

历史回顾

2007年4月14日，我国成功将一颗北斗导航卫星送入太空。约14分钟后，卫星准确进入预定轨道。2009年4月15日，第2颗北斗导航卫星被顺利送入预定轨道。2010年1月17日，我国成功将第3颗北斗导航卫星送入预定轨道，这标志着北斗卫星导航系统工程建设又迈出重要一步，卫星组网正按计划稳步推进。2018年11月19日，西昌卫星发射中心成功发射第42颗和第43颗北斗导航卫星。北斗三号基本系统完成建设，于2018年12月26日开始提供全球服务。这标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球，北斗系统正式迈入全球时代。

北斗卫星导航系统建设速度是惊人的，在2018年更是实现了一年10箭18星，其中8次为一箭两星任务，共计布置了18颗卫星进入轨道，且所有发射任务均获成功。按照35颗北斗卫星的设计布局，2018年无疑是北斗建设史上最核心的一年，也创下了全球卫星导航系统组网最快纪录。世界四大卫星导航系统中，美国GPS系统最快纪录为一年6星，俄罗斯GLONASS系统为一年9星，欧洲伽利略系统为一年6星。毫不夸张地讲，北斗的建设速度是空前的，随着2019年剩余卫星的继续布网且前期卫星陆续度过调试期正式服役，北斗将彻底点亮全球。

中国卫星之父——孙家栋

从孙家栋担任中国第一颗人造地球卫星总体设计负责人开始，在中国自主研制发射的100个航天飞行器中，就有34个是由他担任技术负责人、总设计师或总工程师，占整个中国航天飞行器的三分之一。孙家栋因此被业界公认为“中国卫星之父”。

成熟的GPS系统已经发展了30多年，其本质是一个军用卫星导航系统，这个系统主要包含军用和民用两种信号。依赖GPS导航的战斧式巡航导弹为人类战争史贡献了一个新词—“外科手术式打击”，原本需要数十架轰炸机、投弹数百吨才能完成的水坝轰炸任务，变成仅需两枚导弹在数百公里外突袭发射即可，甚至第二枚可以通过第一枚炸开的大坝缺口钻进去。我们日常生活中用到的定位服务，如地图导航、共享单车、打车等，都依赖GPS。大型电网、金融交易、电信通信等都需要星上原子钟精密授时。科学领域，很多研究地球重力场、磁场、板块运动、大气、海洋、冰川、自然灾害的卫星，都需要GPS系统帮助卫星精密定轨。大型基建工程，例如高铁、大桥、机场建设，也需要GPS标定。新兴技术中自动驾驶、精准农业亦是如此。

历史回顾

既然GPS系统已经很成熟了，为什么我们还要花巨额资金建设自己的北斗系统呢？因为GPS是美国建设的，其运作必然以美国利益为第一位。早期，GPS系统在所有的民用信号上都添加了干扰。美国作为运营者，它可以随时停止GPS服务、增加干扰，甚至提供虚假的位置服务信息，这对将GPS用于民用和军用的他国极度不利。1999年印巴战争期间，美国直接关停了印巴战区的所有GPS服务，给印巴双方造成巨大損失。过去20多年内，中国航天人从实验阶段开始，逐渐实现区域有源定位、区域无源定位和全球无源定位，其对应的技术分别是北斗一代、二代和三代，逐步掌握了独立自主的核心技术。现在是北斗三代建设的核心期，大概将在2020年完成全部建设。

目前，三个全球卫星定位系统都采用距离地面2万千米左右的中圆卫星轨道。我国采取了一套与其他导航系统截然不同的思路，采用三种轨道搭配的星座：27颗卫星处在距离地面2.15万千米的中圆轨道，分布在三个轨道面上，保持55度倾角;5颗卫星采取赤道上空3.58万千米高的地球静止轨道;3颗卫星处在地球同步轨道，保持约55度倾角。北斗还有一个独门绝活：短报文通信，简而言之是通过卫星实现天地双向通信。北斗这个功能意味着卫星可以向拥有此项授权服务的接收机发送专属信息，比如在普通移动通讯信号不能覆盖的情况下（例如地震灾害过后通信基站遭到破坏），北斗终端可以通过短报文进行紧急通信。对于军事行动的意义更是无法形容。实事求是地讲，北斗虽然具有后发优势，但是它现在最大的竞争对手依然是GPS系统。