经济日报:北斗来了,你准备好了吗

2017-11-13

 

中国自主研制的北斗三号全球导航系统首发星日前成功发射,至此,我国将迎来新一轮北斗组网卫星高密度发射。按照规划,到2018年底,将发射18颗北斗三号组网卫星,覆盖“一带一路”沿线国家;到2020年左右,完成30多颗组网卫星发射,实现全球服务能力。

轰鸣巨响,长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心拔地而起,肩负着“中国的北斗、世界的北斗”的光荣使命直刺苍穹。这标志着我国建设北斗系统全球组网的大幕已经拉开。

此次发射的两颗卫星属于中圆地球轨道卫星,是北斗三号第一、二颗组网卫星。作为我国北斗系统“三步走”发展战略的第三步,北斗三号导航系统建成后能够全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。相较于北斗二号卫星系统,其服务区域将拓展至全球范围。

安全可靠 联通世界 

——新技术为解决境外卫星数据传输提供有效方案 

“星间链路是北斗三号实现全球导航服务功能的重要手段。”中国航天科技集团五院北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军告诉《经济日报》记者,我国不可能像GPS那样在全球建立地面站,因此,星间链路技术的攻克为解决境外卫星数据传输提供了有效方案。

北斗三号导航系统采取星间、星地传输功能一体化设计,让太空兄弟们手拉手、心相通。这不仅实现了高轨、中轨卫星及地面站之间的链路互通,还能相互测距,自动“保持队形”,大幅减轻地面管理的维护压力。虽然“看不见”在地球另一面的北斗卫星,但使用星间链路技术同样能取得联系。“在星间链路技术应用中,我们还开创性设计了全新网络协议、管理策略和路由策略,解决了不能通过全球布站进行卫星境外监测的难题,这是北斗全球导航系统建设的另一大特色。”谢军说。

建设一个安全可靠的全球卫星导航系统是中国航天对世界的庄严承诺。“卫星导航技术是国民经济的强大支撑,也是为全人类提供时间、空间坐标的基础设施,其服务的连续性和稳定性十分重要。”中国航天科技集团五院北斗三号卫星总指挥迟军认为,就像停水停电之于城市生活,卫星导航服务一旦中断,国家和社会的正常运行会受到很大影响,这就给卫星导航的可靠性提出了极为苛刻的要求。

“北斗是一个系统工程,每次为用户提供服务必须保证有至少4颗卫星正常运行;北斗又是一个全球覆盖系统,至少需要20余颗卫星运转完好。这一特点决定了北斗系统产品必须性能出众、质量过硬。”迟军说,总结北斗二号经验,我国进一步提升了北斗三号可用性指标。

从卫星元器件的层层把关到自主修复功能的不断改进;从采取多种软、硬件手段保证服务不中断到利用多项新技术提高卫星抗干扰能力;从反复进行卫星地面验证工作到使卫星的设计寿命超过10年……这些保障措施都将是北斗卫星连续、稳定在轨服务的御林军、护卫队。

中国精度 领先国际 

——未来,北斗的精度将与美国GPS相媲美 

除了服务范围由区域覆盖扩大到全球覆盖外,北斗三号导航系统在精度上也取得了显著突破。“在北斗二号性能的基础上,北斗三号全球导航系统的定位精度将提升1至2倍,达到2.5米至5米的水平。”谢军介绍说,建成后的北斗全球导航系统将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务、0.2米/秒的测速服务,并且将为付费用户提供更高精度等级的服务。随着北斗地基增强系统投入使用,米级、亚米级、分米级甚至厘米级的定位服务将触手可及。届时,中国北斗的精度将与美国GPS相媲美。

有“导航卫星心脏”之称的星载原子钟是卫星上十分关键的载荷产品。原子钟是以原子跃迁为物理基础建立的一套极度精密的电子设备,在导航卫星上发挥着提供时间基准的作用。原子钟的稳定度直接关乎导航卫星定位、测速和授时功能的精度,其质量和可靠性直接决定导航卫星的成败。目前国际上主要有铷原子钟、氢原子钟、铯原子钟等。

“北斗三号卫星采用新一代铷原子钟,其每天的频率稳定度较北斗二号提高了10倍,达到世界先进水平。”中国航天科技集团五院北斗三号卫星总设计师王平表示,铷原子钟技术的进步,直接推动了北斗导航系统定位精度,由之前区域系统的10米量级向后续全球系统米级分辨率跨越,测速和授时精度同步提高一个量级,为北斗导航系统更深入广泛的社会应用打下坚实基础。

与此同时,北斗卫星还配置了性能更好的新研国产氢原子钟。氢原子钟虽然质量和功耗比铷原子钟大,但稳定性和漂移率等指标更为优秀,对于实现北斗导航定位“分秒不差”,起到至关重要的作用。

惠及民生 服务全球 

——凭借高精度优势,可提供更多更好的服务 

较高定位精度意味着更多更好的服务。以当前人们使用的共享单车为例,该项目就可以通过高精度定位功能提供的“电子围栏”技术进行测量划定,支持后台对车辆是否停放在指定区域做出判断,方便引导规范停车,降低其社会管理成本。

凭借北斗高精度优势,手机导航可以实现1米的定位精度,特别是在卫星信号观测环境较差、短时间完全遮挡的情况下,手机终端通过增强定位服务,可解决手机用户在山洞、隧道、车库等情况下无法定位的问题。

渔船、营运车辆、民航客机安装北斗终端以后,群众出行变得更加安全便利;在北斗导航的指引下,拖拉机自动沿线耕作,无人机定点定量喷洒农药,劳动生产率大幅提升;地震后建筑物几毫米下沉变化等精密数据的测量,也全靠北斗的一双“火眼金睛”。

此外,北斗三号导航系统还保留了北斗现有系统的短报文服务,即通信功能——这是其他卫星导航系统不具备的能力。今年8月8日四川九寨沟地震,北斗短报文第一时间将灾区情况送达应急指挥中心,为灾后救援、搜救失踪人员提供了宝贵信息。面对一起起突发重大灾害,北斗开启了一扇扇“生命之门”。

在加速北斗系统建设的同时,有一个问题无法回避,那就是该如何看待北斗与GPS、格洛纳斯、伽利略等卫星导航系统的关系?“北斗是一个开放的系统,中国的北斗同样也是世界的北斗。”对此,谢军表示,我国始终坚持和实践北斗“服务全球、造福人类”的发展理念,要与其他卫星导航系统相互兼容、合作共赢。在这一原则指导下,北斗卫星在设计建造过程中,就通过兼容互操作技术,为用户能在终端上接收多个信号奠定基础,向用户提供多种选择方案。北斗导航系统兼容、互操作的便利性将保证全球用户利益最大化。

3年前,北斗与GPS在达成频率兼容共识基础上,正式建立合作机制,共同推动民用卫星导航技术发展;2年前,北斗与伽利略完成卫星导航频率协调工作;近日,北斗与格洛纳斯成功进行两大系统的兼容试验,联手打造兼容使用、精度更高卫星集群的前景指日可待。

今天,中国的北斗已经敞开胸怀、迈开步子,等待世界的接纳。明天,中国的北斗将惠及百姓、服务全球,你准备好了吗?

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