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北斗卫星系统创造“中国速度”,“三步走”迈入全球时代

2019-09-19 09:26 编辑:TF010 来源:北京晚报

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行,与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,可在全球范围,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。

自上世纪90年代开始,北斗系统启动研制,按“三步走”发展战略,先有源后无源,先区域后全球,走出了一条中国特色的卫星导航系统建设道路。

最大限度挤出一小段频率

杨长风是北斗卫星导航系统工程总设计师,全程参加或主持了从北斗一号、北斗二号到北斗三号全球系统的论证设计、工程建设和组织管理工作。

牵手北斗,筑梦太空。数十载问天路上,杨长风始终以冲锋的姿态当先锋、打头阵,为我国北斗卫星导航系统建设发展作出了重要贡献,也用北斗精准定位了自己的大写人生。

关于北斗的故事,杨长风的讲述,是从29年前的那场战争开始的——

1990年8月,伊拉克战争打响。战争中,美军首次将大量高科技武器投入实战,特别是装有GPS的精确打击武器首次大规模使用,作战效能令全球震惊。

由此可见,卫星导航系统对于一个国家来说,重要性不言而喻——如果说导弹是枪,原子弹是子弹,那卫星导航就是精确瞄准具。

1994年,党中央、国务院和中央军委毅然决策启动北斗一号工程,进行试验探索。

将我国自主建造的卫星导航系统命名为“北斗”,饱含着中国航天人的企盼:中国重器必须自己打造。

是时,美国的GPS系统、俄罗斯的格洛纳斯系统各发射了20多颗卫星,已完成了全球组网。最适合卫星导航的黄金频段美俄也已全部占用。

经过周密准备、主动出击、积极斡旋、艰苦谈判,我们创造性提出卫星导航信号兼容性评估准则,证明了北斗与其他卫星导航系统频率重叠时互不影响,赢得频率共用的“世界共识”,为国家争取了宝贵的频率资源。

就这样,我国与欧盟联手推动国际电联从航空导航频段中,最大限度地挤出一小段频率,提供卫星导航共同使用。这一小段频率,只有黄金频段的四分之一,却是建设一个全球导航系统最基本的频率需求。

成功于申请失效前4小时

2000年4月17日,中国北斗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。

2005年,欧盟发射了首颗伽利略导航卫星。那时,我们的首颗北斗卫星还在研制之中。

那段日子,我们背水一战,倒排工期,进入了几乎全年无休、日夜交接上班的状态,硬是提前完成全部研制工作。

2007年4月初,首颗北斗导航卫星如期立在发射塔架上。各项测试进展非常顺利,但在发射前的最后检测中,卫星上应答机却出现了异常。

如果应答机坏了,等于卫星没有无线电信号,就拿不到合法的频率资源。这是绝不能允许的!

然而,留给我们修复的时间只有3天。

但在北斗人眼里,从不相信有完不成的任务,从不相信有克服不了的困难,从不相信有战胜不了的敌人。最终,科研人员3天72小时不眠不休,成功排除了应答机隐患。

2007年4月14日4时11分,这颗肩负着重要使命的卫星从西昌卫星发射中心发射升空,成功进入预定轨道。

两天后,北京清晰接收到来自这颗卫星的信号。“接收到信号的那一刻,我们拼命地鼓掌,大声地欢呼,肆意地流泪。”

那一刻,距离国际电联规定的频率申请失效最后期限不到4个小时。

“双星定位”方案脑洞大开

按照空间定位原理,对地球上一个目标点进行定位,至少需要3颗卫星;考虑到时间误差,精确定位至少需要4颗卫星。这就是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,我们既缺技术储备,又缺工程经验,更缺经费支撑。为此,陈芳允院士创造性提出了“双星定位”建设方案,即:把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,实现对区域内地面目标的快速定位。

之后,北斗人又创造性提出了“分步走”战略,也是目前的“三步走”战略。即:2000年年底建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;2020年前后建成北斗全球系统,向全球提供服务。

地球自转“日行八万里”,导航卫星绕飞不间断,要为地面一个特定区域提供连续稳定的导航服务,按照GPS和格洛纳斯采取的单一轨道星座构型,在全球组网完成之前无法实现。

于是,我们又开创性设计了混合星座构型。2012年底,建成了由地球同步轨道卫星、倾斜同步轨道卫星和中圆轨道卫星共14颗星构成的北斗二号卫星导航系统,实现了为亚太大部分地区提供定位导航授时服务。

2008年,四川汶川,山崩地裂。震中映秀20多小时音讯全无,突破死亡线赶到的部队第一时间发出100余字短报文,字字千金。在地面通信信号盲区或其他通信手段失效后,这就成了紧急时刻拯救生命的最后“保险索”。

这个全球卫星导航系统中唯一的独特的短报文服务,便是我们北斗人创造的“独门绝技”——让北斗“客串”通信卫星,通过位置报告和短报文,具备告知别人我“在哪儿”“干什么”的独特功能。

2018年底,北斗三号基本系统完成建设并开始提供全球服务,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化应用时代。2020年底前,我们将建成由30多颗北斗导航卫星组成的全球系统,具备全球服务能力。

可以说,在所有北斗人的团结努力下,创造了“中国速度”。日臻完善的中国北斗,蜕变成为世界北斗的道路越走越宽。

◆1994年

我国启动北斗一号工程,进行试验探索。

◆2000年

第一颗北斗导航试验卫星发射升空。

◆2004年

我国正式开始建设北斗二号卫星导航系统。

◆2007年4月14日

第一颗北斗导航卫星从西昌卫星发射中心发射升空,成功进入预定轨道。

◆2009年

北斗三号工程正式启动建设。

◆2012年底

由14颗星构成的北斗二号卫星导航系统建成并正式投入运行。

◆2016年

北斗二号卫星工程获得国家科技进步特等奖。

◆2017年11月5日

我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射两颗北斗三号全球组网卫星,这是北斗三号卫星的首次发射。

◆2018年12月27日

北斗三号基本系统已完成建设,并于当日开始提供全球服务。中国北斗系统正式迈入全球时代。

 

 

来源:北京晚报 特约撰稿人 李国利 杨志远 摄

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