我們?yōu)槭裁葱枰倍?/h1>
2020-10-28 08:47:30月落烏堤
讀者 2020年21期
月落烏堤
“長征三號乙”運(yùn)載火箭成功發(fā)射第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星
2020年6月23日9時(shí)43分，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，由中國自主研制的“長征三號乙”運(yùn)載火箭，成功發(fā)射第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，這也是“北斗三號”組網(wǎng)部署的最后一顆衛(wèi)星。衛(wèi)星發(fā)射成功后，北斗全球定位系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星部署圓滿收官。
一次偶然的發(fā)現(xiàn)
1957年10月4日，人類歷史上第一顆人造地球衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功，標(biāo)志著人類邁出太空探索的第一步。
這引起美國的極大震動。在美國馬里蘭州的約翰斯·霍普金斯大學(xué)，在由美國政府組建的物理實(shí)驗(yàn)室中，兩名科學(xué)家對這顆衛(wèi)星展開了連續(xù)的跟蹤和監(jiān)控。在對衛(wèi)星的無線電發(fā)報(bào)機(jī)信號的追蹤過程中，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)蘇聯(lián)人忽略的物理現(xiàn)象——多普勒頻移。根據(jù)多普勒頻移，可以確定衛(wèi)星的實(shí)時(shí)位置。
不久之后，美國向外界公布了蘇聯(lián)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道。這一數(shù)據(jù)，作為衛(wèi)星設(shè)計(jì)及發(fā)射的國家，蘇聯(lián)也未能精確計(jì)算出來。
1958年2月1日，美國在匆忙中將自己的第一顆人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者1號”發(fā)射升空，并在“探險(xiǎn)者1號”衛(wèi)星上，增加了一個(gè)無線電信號功能：導(dǎo)航。
1958年3月，一項(xiàng)“公交導(dǎo)航系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目，在物理實(shí)驗(yàn)室開展起來。原理就是既然通過地球上固定的點(diǎn)，可以計(jì)算出衛(wèi)星的軌道、速度及方位，那么通過衛(wèi)星，也可以計(jì)算出地球上某一個(gè)信標(biāo)的軌道、速度及方位。
沒有人能想到，全球定位系統(tǒng)竟發(fā)軔于美國對蘇聯(lián)衛(wèi)星的監(jiān)控。
1968年，美國軍方的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式投入使用，這個(gè)名為國防導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的項(xiàng)目，成為美國乃至全球衛(wèi)星導(dǎo)航方面第一次偉大的嘗試，這一嘗試，拉開衛(wèi)星定位及導(dǎo)航的序幕。
1973年，美國國防部召開了一次由12名（軍方）各部門人員參加的內(nèi)部會議，在五角大樓正式提出組建一個(gè)全球性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為方便引用及推廣，又將之稱為全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）。這是美國航空航天史上，繼阿波羅計(jì)劃、航天飛機(jī)計(jì)劃之后，第三大空間探測及應(yīng)用計(jì)劃，它持續(xù)、深刻地影響著世界。
一項(xiàng)偉大的發(fā)明
GPS是一項(xiàng)偉大的發(fā)明，它真正地讓地球上所有事物之間有了準(zhǔn)確的聯(lián)系信息，讓每一個(gè)靜止的或者移動的物體，有了可以被捕獲的方式及手段，并能與其他信號源產(chǎn)生聯(lián)系，甚至共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
但是，GPS在設(shè)計(jì)之初只是為軍方服務(wù)的，直到1973年9月才由美國國會批準(zhǔn)，改為“軍民兩用”性質(zhì)。
民用信號為SPS，這一信號可供公眾自由使用。由于GPS誕生的特殊背景，美國保留限制GPS信號強(qiáng)度，甚至關(guān)閉GPS信號的權(quán)力。GPS對提供給非軍事用戶的信號精度上，進(jìn)行了一定的限制，在這一公開信號中，美國加入了SA碼的干擾源，以降低GPS功能的精度。
2000年4月28日，克林頓政府簽署命令，解除對SPS的SA碼干擾，使SPS的精度，從之前的100米～300米，直接提升到1米～20米，人們自此得以真正享受到GPS帶來的便利。
軍用信號為PPS，這一信號，只有獲得授權(quán)的使用者具備解碼設(shè)備、密碼及特殊信號接收機(jī)才能使用。PPS信號是整個(gè)GPS系統(tǒng)中最優(yōu)質(zhì)的部分，它能達(dá)到厘米級定位。為了保障PPS信號不被干擾，美國對GPS系統(tǒng)加入反電子欺騙技術(shù)，通過對PPS信號進(jìn)行加密處理，防止PPS信號被電子干擾和非特許用戶對精碼進(jìn)行解碼。
中國人警醒
20世紀(jì)90年代初，海灣戰(zhàn)爭爆發(fā)，這場戰(zhàn)爭廣泛使用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的武器裝備。戰(zhàn)爭表明，掌握電磁空間的控制權(quán)，對取得戰(zhàn)爭勝利具有重大意義。
GPS在戰(zhàn)爭中的作用，進(jìn)一步刺激了中國的科學(xué)家。
1983年9月1日，一架大韓航空客機(jī)從紐約起飛，在經(jīng)過蘇聯(lián)邊境時(shí)，偏離航線，誤入蘇聯(lián)的禁飛區(qū)。蘇聯(lián)在發(fā)出警告沒有收到回應(yīng)的情況下，將其擊落，269人無一生還。
之后，里根總統(tǒng)簽署總統(tǒng)令，開放發(fā)展了10年的GPS系統(tǒng)供民用。這對地球上每一個(gè)有志于研究衛(wèi)星定位導(dǎo)航的國家來說，既是機(jī)遇，又是挑戰(zhàn)。
這一年，北京跟蹤與通信技術(shù)研究所所長、國家“兩彈一星”科學(xué)家陳芳允提出一個(gè)有別于GPS系統(tǒng)的定位理論——雙星定位通信系統(tǒng)，即通過兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性快速導(dǎo)航定位并兼有通信功能的定位方式。
1985年4月15日，GPS全球定位系統(tǒng)國際運(yùn)用研討會在華盛頓召開，中國受邀參加，出席本次會議的是后來成為解放軍少將的卜慶君。會上，美國向所有與會者表明立場：“在特殊情況下，為了保證國家安全，軍方會采取三種措施應(yīng)對緊急狀況：第一，降低對方的導(dǎo)航精度;第二，隨時(shí)變換編碼;第三，進(jìn)行區(qū)域性管理?！币簿褪钦f，美國對GPS系統(tǒng)有絕對的控制力。
會議結(jié)束，卜慶君回到北京，寫了一份報(bào)告，闡述了兩個(gè)重要觀點(diǎn)：一要跟蹤、研究、應(yīng)用GPS;二要著手建立我國自己的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
1986年，是中國現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展史上最為重要的一個(gè)年份，就在這一年，形成了共和國歷史上規(guī)模最為龐大的一個(gè)科研產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃——“863計(jì)劃”。同時(shí)，“雙星快速定位通信系統(tǒng)”技術(shù)方案形成。
但是，由于國內(nèi)與國際時(shí)局的變化，這一項(xiàng)目被推遲了。
首先，反對者們認(rèn)為美國有GPS，俄羅斯有格洛納斯，中國沒必要發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，與他們合作就可以了。
其次，這是一個(gè)燒錢的項(xiàng)目。GPS到第二代組網(wǎng)完成，前后投資高達(dá)300億美元。而格洛納斯更是因?yàn)橘Y金原因，一度停止更新衛(wèi)星，只能提供區(qū)域性服務(wù)，在最為窘迫的時(shí)候，甚至不能維持基本所需。那么，中國的導(dǎo)航系統(tǒng)又要花多少錢呢？
第三，歐洲也在獨(dú)立開發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)，完全可以選擇與他們合作開發(fā)，分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)和資金壓力。
國際事件的刺痛
“銀河號事件”是第一件刺激中國人的事情。
1993年7月23日，美國單方面宣稱，駛往伊朗阿巴斯港的“銀河號”中國貨船載有制造化學(xué)武器的化學(xué)品，要求中國政府立即采取禁止措施，否則美國將按照其國內(nèi)法制裁中國。在國際貿(mào)易中，貨輪代表的是發(fā)出國，所載貨物代表的是發(fā)出國與發(fā)往國的貿(mào)易主權(quán)。
8月1日起，美方派遣在附近巡游的航空母艦戰(zhàn)斗群的驅(qū)逐艦、飛機(jī)對“銀河號”近距離跟蹤和低空偵察、拍照。
隨后，美國將“銀河號”的GPS信號中斷，“銀河號”被迫在公海漂泊長達(dá)22天。
1994年1月10日，國家批準(zhǔn)“北斗一號”工程立項(xiàng)，北斗終于在提出設(shè)想10余年后得以立項(xiàng)。立項(xiàng)后，緊隨而來的危機(jī)，加快了北斗的研發(fā)步伐。
2001年4月1日，一起震驚中外的事件發(fā)生，這就是“南海撞機(jī)事件”。
當(dāng)天早上，中國在發(fā)現(xiàn)美國一架偵察機(jī)飛抵中國海南島東南海域上空執(zhí)行偵察任務(wù)后，派出兩架殲-8Ⅱ殲擊機(jī)進(jìn)行合法監(jiān)視并喊話。9時(shí)7分，在海南島東南104公里處，美國軍機(jī)突然轉(zhuǎn)向，其左翼同王偉駕駛的戰(zhàn)斗機(jī)相撞，撞擊造成我方飛機(jī)墜毀，駕駛員王偉少校跳傘。王偉跳傘后，中國調(diào)動了超過10萬人次進(jìn)行了連續(xù)10多天的搜尋，最后沒有找到。
反觀1999年3月27日，南聯(lián)盟擊落美國F-117隱形轟炸機(jī)，飛行員澤爾科跳傘后，在南聯(lián)盟首都貝爾格萊德附近40公里的農(nóng)田里被救走。前來營救的，僅僅是一架美軍A-10攻擊機(jī)與3架MH-60G直升機(jī)，他們就是依靠GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)，精確地將澤爾科找到并救出。
走出第一步
2000年10月31日，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星01星發(fā)射;2000年12月21日，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星02星發(fā)射。從“雙星定位通信系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變而來的北斗系統(tǒng)，終于初現(xiàn)雛形。這是北斗走出的第一步，“北斗一號”開始初步實(shí)施組網(wǎng)并提供服務(wù)。
“北斗一號”的成功發(fā)射，使我國成為繼美、俄之后第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。
2004年8月31號，“北斗二號”正式立項(xiàng)，“北斗二號”并不是“北斗一號”的延續(xù)，而是全新設(shè)計(jì)的導(dǎo)航系統(tǒng)，為此專門向國際電信聯(lián)盟申請了專屬頻段。
從2015年3月30日首顆“北斗三號”試驗(yàn)衛(wèi)星入軌，到2020年6月23日第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射，“北斗三號”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。
“北斗三號”提供的服務(wù)，在全球范圍內(nèi)，定位精度優(yōu)于10米，測速精度優(yōu)于0.2米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于20納秒;在亞太地區(qū)，定位精度優(yōu)于5米，測速精度優(yōu)于0.1米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于10納秒。
從1994年立項(xiàng)，2000年首星入軌，到2020年組網(wǎng)完成，中國在20年的時(shí)間里，發(fā)射了59顆北斗系統(tǒng)衛(wèi)星，這在世界衛(wèi)星發(fā)射史上都是罕見的。
過了九九八十一難
“一次次被逼到絕境，又一次次爬起來?！边@句話是總設(shè)計(jì)師楊慧接受采訪時(shí)說的。這句話，也是對北斗系統(tǒng)最真實(shí)的反映。
首先，頻段方面，根據(jù)國際電信聯(lián)盟的規(guī)則，衛(wèi)星運(yùn)行的軌道和信號頻率在使用前必須提前申請，必須在申請通過后的7年內(nèi)完成衛(wèi)星發(fā)射入軌和信號接收，否則相關(guān)資源會被回收，且有“先申請，先獲得;先發(fā)射，先占有”的規(guī)定。
2000年4月18日，中國申請的頻段獲得通過。這意味著在接下來的7年里，衛(wèi)星必須發(fā)射升空并傳回可接收的信號。
留給中國人的時(shí)間不多了，在“北斗一號”第三顆衛(wèi)星發(fā)射成功，開始提供服務(wù)之后，中國選擇與歐盟合作，共同推進(jìn)歐洲版的GPS——伽利略計(jì)劃。
根據(jù)預(yù)估，伽利略計(jì)劃的資金投入為33億歐元，中國應(yīng)該出資約2.3億歐元。錢付了，但中國的工作人員連伽利略計(jì)劃的核心內(nèi)容都不能接觸。
2006年年中，為伽利略系統(tǒng)注資的政府社會資本共同體瓦解，歐盟委員會決定將伽利略系統(tǒng)國有化。隨著歐盟委員會將伽利略計(jì)劃收歸國有，出于對歐美關(guān)系以及對安全與技術(shù)獨(dú)立的考量，中國被踢出伽利略計(jì)劃，中國之前的投資也沒有得到任何回報(bào)。
2006年12月，中國重啟被耽擱的北斗系統(tǒng)，并搶在歐盟之前，率先在2007年先后發(fā)射了“北斗一號”的最后一顆接續(xù)衛(wèi)星和“北斗二號”首星?！氨倍范枴笔仔堑陌l(fā)射時(shí)間是2007年4月14日，從變軌到入軌到定點(diǎn)，已經(jīng)是4月16日晚8時(shí)。監(jiān)控大廳接收到從兩萬公里外的太空傳回的信號并成功解析，此時(shí)距向國際電信聯(lián)盟申請的頻段失效僅剩4個(gè)小時(shí)。
借此，中國獲得了國際電信聯(lián)盟劃分給中國的“北斗二號”系統(tǒng)的頻段，這部分頻段，正是與伽利略計(jì)劃頻段重疊的部分黃金優(yōu)質(zhì)頻段。
絕境不止一次
發(fā)射“北斗一號”時(shí)，中國采用的授時(shí)原子鐘是從瑞士進(jìn)口的。當(dāng)時(shí)，僅美國、俄羅斯和歐盟（僅瑞士）有原子鐘。美國不可能出口原子鐘給中國，俄羅斯自顧不暇，那么，中國的授時(shí)原子鐘，只能向歐洲求助。
“北斗二號”立項(xiàng)后，中國試圖繼續(xù)從瑞士進(jìn)口原子鐘，結(jié)果瑞士不予出口。原因是“北斗一號”采用的是有源定位，只能民用，軍用價(jià)值不大，而且“北斗一號”的實(shí)驗(yàn)意義更大。但“北斗二號”改為無源定位，這意味著跟GPS一樣，是軍民兩用的產(chǎn)品。瑞士作為《瓦森納協(xié)定》的締約方之一，絕不可能出口高精尖產(chǎn)品給中國，用于可能軍用的產(chǎn)品。
當(dāng)時(shí)，中國在衛(wèi)星搭載授時(shí)原子鐘方面，技術(shù)幾乎為空白。
用了整整兩年時(shí)間，中國航天科工集團(tuán)二院203所便突破了銣原子鐘技術(shù);之后，上海天文臺自主研發(fā)了星載氫原子鐘。也就是說，中國不同的部門，自主研發(fā)了不同的星載原子鐘，而且精度比從歐盟進(jìn)口的還要高。
北斗的突破，其實(shí)不只是單個(gè)器件的突破，還是整個(gè)系統(tǒng)和整個(gè)系統(tǒng)之下的產(chǎn)業(yè)鏈，甚至包括運(yùn)載火箭的突破。
“北斗三號”衛(wèi)星的使用壽命，從“北斗二號”的8年增至10年以上，其部件全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，其中被限制進(jìn)口的原子鐘，性能更是得到極大的提升，精度已經(jīng)達(dá)到1000萬年差1秒，并且還有兩套不同類型的原子鐘可供選擇。運(yùn)力方面，2017年年底發(fā)射1箭2星，2018年發(fā)射9箭17星，2019年發(fā)射6箭8星，2020年發(fā)射3箭3星……不到3年時(shí)間，30顆衛(wèi)星發(fā)射升空，完成組網(wǎng)。
浩瀚星空，北斗指路。古人借助北斗七星，找尋方位和星座;而今，借助北斗系統(tǒng)，我們踏上星辰大海的征途。
（陳金峰摘自微信公眾號“財(cái)經(jīng)無忌”，本刊節(jié)選）
猜你喜歡
gPhone重力儀的面波頻段響應(yīng)實(shí)測研究地震研究(2021年1期)2021-04-13 01:04:56 說說“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”中學(xué)生數(shù)理化·八年級物理人教版(2020年11期)2020-12-14 06:58:24 超高精度計(jì)時(shí)器——原子鐘中學(xué)生數(shù)理化·八年級物理人教版(2019年9期)2019-11-25 07:33:06 “北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)是怎樣煉成的中學(xué)生數(shù)理化·八年級物理人教版(2018年4期)2018-06-27 08:08:02 用于小型銣如原子鐘中介質(zhì)諧振腔激勵(lì)分析電子測試(2018年11期)2018-06-26 05:56:12 一種GNSS/SINS容錯(cuò)深組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)(2017年1期)2017-06-09 08:15:14 解讀全球第四大導(dǎo)航系統(tǒng)百科探秘·航空航天(2016年9期)2016-12-01 03:04:14 原子鐘頻跳快速探測方法測繪科學(xué)與工程(2016年6期)2016-04-17 06:51:27 推擠的5GHz頻段CHIP新電腦(2016年3期)2016-03-10 14:07:52 TD—LTE在D頻段和F頻段的覆蓋能力差異中國新通信(2015年1期)2015-05-30 10:30:46
月落烏堤
“長征三號乙”運(yùn)載火箭成功發(fā)射第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星
2020年6月23日9時(shí)43分，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，由中國自主研制的“長征三號乙”運(yùn)載火箭，成功發(fā)射第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，這也是“北斗三號”組網(wǎng)部署的最后一顆衛(wèi)星。衛(wèi)星發(fā)射成功后，北斗全球定位系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星部署圓滿收官。
一次偶然的發(fā)現(xiàn)
1957年10月4日，人類歷史上第一顆人造地球衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功，標(biāo)志著人類邁出太空探索的第一步。
這引起美國的極大震動。在美國馬里蘭州的約翰斯·霍普金斯大學(xué)，在由美國政府組建的物理實(shí)驗(yàn)室中，兩名科學(xué)家對這顆衛(wèi)星展開了連續(xù)的跟蹤和監(jiān)控。在對衛(wèi)星的無線電發(fā)報(bào)機(jī)信號的追蹤過程中，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)蘇聯(lián)人忽略的物理現(xiàn)象——多普勒頻移。根據(jù)多普勒頻移，可以確定衛(wèi)星的實(shí)時(shí)位置。
不久之后，美國向外界公布了蘇聯(lián)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道。這一數(shù)據(jù)，作為衛(wèi)星設(shè)計(jì)及發(fā)射的國家，蘇聯(lián)也未能精確計(jì)算出來。
1958年2月1日，美國在匆忙中將自己的第一顆人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者1號”發(fā)射升空，并在“探險(xiǎn)者1號”衛(wèi)星上，增加了一個(gè)無線電信號功能：導(dǎo)航。
1958年3月，一項(xiàng)“公交導(dǎo)航系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目，在物理實(shí)驗(yàn)室開展起來。原理就是既然通過地球上固定的點(diǎn)，可以計(jì)算出衛(wèi)星的軌道、速度及方位，那么通過衛(wèi)星，也可以計(jì)算出地球上某一個(gè)信標(biāo)的軌道、速度及方位。
沒有人能想到，全球定位系統(tǒng)竟發(fā)軔于美國對蘇聯(lián)衛(wèi)星的監(jiān)控。
1968年，美國軍方的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式投入使用，這個(gè)名為國防導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的項(xiàng)目，成為美國乃至全球衛(wèi)星導(dǎo)航方面第一次偉大的嘗試，這一嘗試，拉開衛(wèi)星定位及導(dǎo)航的序幕。
1973年，美國國防部召開了一次由12名（軍方）各部門人員參加的內(nèi)部會議，在五角大樓正式提出組建一個(gè)全球性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為方便引用及推廣，又將之稱為全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）。這是美國航空航天史上，繼阿波羅計(jì)劃、航天飛機(jī)計(jì)劃之后，第三大空間探測及應(yīng)用計(jì)劃，它持續(xù)、深刻地影響著世界。
一項(xiàng)偉大的發(fā)明
GPS是一項(xiàng)偉大的發(fā)明，它真正地讓地球上所有事物之間有了準(zhǔn)確的聯(lián)系信息，讓每一個(gè)靜止的或者移動的物體，有了可以被捕獲的方式及手段，并能與其他信號源產(chǎn)生聯(lián)系，甚至共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
但是，GPS在設(shè)計(jì)之初只是為軍方服務(wù)的，直到1973年9月才由美國國會批準(zhǔn)，改為“軍民兩用”性質(zhì)。
民用信號為SPS，這一信號可供公眾自由使用。由于GPS誕生的特殊背景，美國保留限制GPS信號強(qiáng)度，甚至關(guān)閉GPS信號的權(quán)力。GPS對提供給非軍事用戶的信號精度上，進(jìn)行了一定的限制，在這一公開信號中，美國加入了SA碼的干擾源，以降低GPS功能的精度。
2000年4月28日，克林頓政府簽署命令，解除對SPS的SA碼干擾，使SPS的精度，從之前的100米～300米，直接提升到1米～20米，人們自此得以真正享受到GPS帶來的便利。
軍用信號為PPS，這一信號，只有獲得授權(quán)的使用者具備解碼設(shè)備、密碼及特殊信號接收機(jī)才能使用。PPS信號是整個(gè)GPS系統(tǒng)中最優(yōu)質(zhì)的部分，它能達(dá)到厘米級定位。為了保障PPS信號不被干擾，美國對GPS系統(tǒng)加入反電子欺騙技術(shù)，通過對PPS信號進(jìn)行加密處理，防止PPS信號被電子干擾和非特許用戶對精碼進(jìn)行解碼。
中國人警醒
20世紀(jì)90年代初，海灣戰(zhàn)爭爆發(fā)，這場戰(zhàn)爭廣泛使用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的武器裝備。戰(zhàn)爭表明，掌握電磁空間的控制權(quán)，對取得戰(zhàn)爭勝利具有重大意義。
GPS在戰(zhàn)爭中的作用，進(jìn)一步刺激了中國的科學(xué)家。
1983年9月1日，一架大韓航空客機(jī)從紐約起飛，在經(jīng)過蘇聯(lián)邊境時(shí)，偏離航線，誤入蘇聯(lián)的禁飛區(qū)。蘇聯(lián)在發(fā)出警告沒有收到回應(yīng)的情況下，將其擊落，269人無一生還。
之后，里根總統(tǒng)簽署總統(tǒng)令，開放發(fā)展了10年的GPS系統(tǒng)供民用。這對地球上每一個(gè)有志于研究衛(wèi)星定位導(dǎo)航的國家來說，既是機(jī)遇，又是挑戰(zhàn)。
這一年，北京跟蹤與通信技術(shù)研究所所長、國家“兩彈一星”科學(xué)家陳芳允提出一個(gè)有別于GPS系統(tǒng)的定位理論——雙星定位通信系統(tǒng)，即通過兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性快速導(dǎo)航定位并兼有通信功能的定位方式。
1985年4月15日，GPS全球定位系統(tǒng)國際運(yùn)用研討會在華盛頓召開，中國受邀參加，出席本次會議的是后來成為解放軍少將的卜慶君。會上，美國向所有與會者表明立場：“在特殊情況下，為了保證國家安全，軍方會采取三種措施應(yīng)對緊急狀況：第一，降低對方的導(dǎo)航精度;第二，隨時(shí)變換編碼;第三，進(jìn)行區(qū)域性管理?！币簿褪钦f，美國對GPS系統(tǒng)有絕對的控制力。
會議結(jié)束，卜慶君回到北京，寫了一份報(bào)告，闡述了兩個(gè)重要觀點(diǎn)：一要跟蹤、研究、應(yīng)用GPS;二要著手建立我國自己的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
1986年，是中國現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展史上最為重要的一個(gè)年份，就在這一年，形成了共和國歷史上規(guī)模最為龐大的一個(gè)科研產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃——“863計(jì)劃”。同時(shí)，“雙星快速定位通信系統(tǒng)”技術(shù)方案形成。
但是，由于國內(nèi)與國際時(shí)局的變化，這一項(xiàng)目被推遲了。
首先，反對者們認(rèn)為美國有GPS，俄羅斯有格洛納斯，中國沒必要發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，與他們合作就可以了。
其次，這是一個(gè)燒錢的項(xiàng)目。GPS到第二代組網(wǎng)完成，前后投資高達(dá)300億美元。而格洛納斯更是因?yàn)橘Y金原因，一度停止更新衛(wèi)星，只能提供區(qū)域性服務(wù)，在最為窘迫的時(shí)候，甚至不能維持基本所需。那么，中國的導(dǎo)航系統(tǒng)又要花多少錢呢？
第三，歐洲也在獨(dú)立開發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)，完全可以選擇與他們合作開發(fā)，分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)和資金壓力。
國際事件的刺痛
“銀河號事件”是第一件刺激中國人的事情。
1993年7月23日，美國單方面宣稱，駛往伊朗阿巴斯港的“銀河號”中國貨船載有制造化學(xué)武器的化學(xué)品，要求中國政府立即采取禁止措施，否則美國將按照其國內(nèi)法制裁中國。在國際貿(mào)易中，貨輪代表的是發(fā)出國，所載貨物代表的是發(fā)出國與發(fā)往國的貿(mào)易主權(quán)。
8月1日起，美方派遣在附近巡游的航空母艦戰(zhàn)斗群的驅(qū)逐艦、飛機(jī)對“銀河號”近距離跟蹤和低空偵察、拍照。
隨后，美國將“銀河號”的GPS信號中斷，“銀河號”被迫在公海漂泊長達(dá)22天。
1994年1月10日，國家批準(zhǔn)“北斗一號”工程立項(xiàng)，北斗終于在提出設(shè)想10余年后得以立項(xiàng)。立項(xiàng)后，緊隨而來的危機(jī)，加快了北斗的研發(fā)步伐。
2001年4月1日，一起震驚中外的事件發(fā)生，這就是“南海撞機(jī)事件”。
當(dāng)天早上，中國在發(fā)現(xiàn)美國一架偵察機(jī)飛抵中國海南島東南海域上空執(zhí)行偵察任務(wù)后，派出兩架殲-8Ⅱ殲擊機(jī)進(jìn)行合法監(jiān)視并喊話。9時(shí)7分，在海南島東南104公里處，美國軍機(jī)突然轉(zhuǎn)向，其左翼同王偉駕駛的戰(zhàn)斗機(jī)相撞，撞擊造成我方飛機(jī)墜毀，駕駛員王偉少校跳傘。王偉跳傘后，中國調(diào)動了超過10萬人次進(jìn)行了連續(xù)10多天的搜尋，最后沒有找到。
反觀1999年3月27日，南聯(lián)盟擊落美國F-117隱形轟炸機(jī)，飛行員澤爾科跳傘后，在南聯(lián)盟首都貝爾格萊德附近40公里的農(nóng)田里被救走。前來營救的，僅僅是一架美軍A-10攻擊機(jī)與3架MH-60G直升機(jī)，他們就是依靠GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)，精確地將澤爾科找到并救出。
走出第一步
2000年10月31日，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星01星發(fā)射;2000年12月21日，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星02星發(fā)射。從“雙星定位通信系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變而來的北斗系統(tǒng)，終于初現(xiàn)雛形。這是北斗走出的第一步，“北斗一號”開始初步實(shí)施組網(wǎng)并提供服務(wù)。
“北斗一號”的成功發(fā)射，使我國成為繼美、俄之后第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。
2004年8月31號，“北斗二號”正式立項(xiàng)，“北斗二號”并不是“北斗一號”的延續(xù)，而是全新設(shè)計(jì)的導(dǎo)航系統(tǒng)，為此專門向國際電信聯(lián)盟申請了專屬頻段。
從2015年3月30日首顆“北斗三號”試驗(yàn)衛(wèi)星入軌，到2020年6月23日第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射，“北斗三號”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。
“北斗三號”提供的服務(wù)，在全球范圍內(nèi)，定位精度優(yōu)于10米，測速精度優(yōu)于0.2米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于20納秒;在亞太地區(qū)，定位精度優(yōu)于5米，測速精度優(yōu)于0.1米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于10納秒。
從1994年立項(xiàng)，2000年首星入軌，到2020年組網(wǎng)完成，中國在20年的時(shí)間里，發(fā)射了59顆北斗系統(tǒng)衛(wèi)星，這在世界衛(wèi)星發(fā)射史上都是罕見的。
過了九九八十一難
“一次次被逼到絕境，又一次次爬起來?！边@句話是總設(shè)計(jì)師楊慧接受采訪時(shí)說的。這句話，也是對北斗系統(tǒng)最真實(shí)的反映。
首先，頻段方面，根據(jù)國際電信聯(lián)盟的規(guī)則，衛(wèi)星運(yùn)行的軌道和信號頻率在使用前必須提前申請，必須在申請通過后的7年內(nèi)完成衛(wèi)星發(fā)射入軌和信號接收，否則相關(guān)資源會被回收，且有“先申請，先獲得;先發(fā)射，先占有”的規(guī)定。
2000年4月18日，中國申請的頻段獲得通過。這意味著在接下來的7年里，衛(wèi)星必須發(fā)射升空并傳回可接收的信號。
留給中國人的時(shí)間不多了，在“北斗一號”第三顆衛(wèi)星發(fā)射成功，開始提供服務(wù)之后，中國選擇與歐盟合作，共同推進(jìn)歐洲版的GPS——伽利略計(jì)劃。
根據(jù)預(yù)估，伽利略計(jì)劃的資金投入為33億歐元，中國應(yīng)該出資約2.3億歐元。錢付了，但中國的工作人員連伽利略計(jì)劃的核心內(nèi)容都不能接觸。
2006年年中，為伽利略系統(tǒng)注資的政府社會資本共同體瓦解，歐盟委員會決定將伽利略系統(tǒng)國有化。隨著歐盟委員會將伽利略計(jì)劃收歸國有，出于對歐美關(guān)系以及對安全與技術(shù)獨(dú)立的考量，中國被踢出伽利略計(jì)劃，中國之前的投資也沒有得到任何回報(bào)。
2006年12月，中國重啟被耽擱的北斗系統(tǒng)，并搶在歐盟之前，率先在2007年先后發(fā)射了“北斗一號”的最后一顆接續(xù)衛(wèi)星和“北斗二號”首星?！氨倍范枴笔仔堑陌l(fā)射時(shí)間是2007年4月14日，從變軌到入軌到定點(diǎn)，已經(jīng)是4月16日晚8時(shí)。監(jiān)控大廳接收到從兩萬公里外的太空傳回的信號并成功解析，此時(shí)距向國際電信聯(lián)盟申請的頻段失效僅剩4個(gè)小時(shí)。
借此，中國獲得了國際電信聯(lián)盟劃分給中國的“北斗二號”系統(tǒng)的頻段，這部分頻段，正是與伽利略計(jì)劃頻段重疊的部分黃金優(yōu)質(zhì)頻段。
絕境不止一次
發(fā)射“北斗一號”時(shí)，中國采用的授時(shí)原子鐘是從瑞士進(jìn)口的。當(dāng)時(shí)，僅美國、俄羅斯和歐盟（僅瑞士）有原子鐘。美國不可能出口原子鐘給中國，俄羅斯自顧不暇，那么，中國的授時(shí)原子鐘，只能向歐洲求助。
“北斗二號”立項(xiàng)后，中國試圖繼續(xù)從瑞士進(jìn)口原子鐘，結(jié)果瑞士不予出口。原因是“北斗一號”采用的是有源定位，只能民用，軍用價(jià)值不大，而且“北斗一號”的實(shí)驗(yàn)意義更大。但“北斗二號”改為無源定位，這意味著跟GPS一樣，是軍民兩用的產(chǎn)品。瑞士作為《瓦森納協(xié)定》的締約方之一，絕不可能出口高精尖產(chǎn)品給中國，用于可能軍用的產(chǎn)品。
當(dāng)時(shí)，中國在衛(wèi)星搭載授時(shí)原子鐘方面，技術(shù)幾乎為空白。
用了整整兩年時(shí)間，中國航天科工集團(tuán)二院203所便突破了銣原子鐘技術(shù);之后，上海天文臺自主研發(fā)了星載氫原子鐘。也就是說，中國不同的部門，自主研發(fā)了不同的星載原子鐘，而且精度比從歐盟進(jìn)口的還要高。
北斗的突破，其實(shí)不只是單個(gè)器件的突破，還是整個(gè)系統(tǒng)和整個(gè)系統(tǒng)之下的產(chǎn)業(yè)鏈，甚至包括運(yùn)載火箭的突破。
“北斗三號”衛(wèi)星的使用壽命，從“北斗二號”的8年增至10年以上，其部件全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，其中被限制進(jìn)口的原子鐘，性能更是得到極大的提升，精度已經(jīng)達(dá)到1000萬年差1秒，并且還有兩套不同類型的原子鐘可供選擇。運(yùn)力方面，2017年年底發(fā)射1箭2星，2018年發(fā)射9箭17星，2019年發(fā)射6箭8星，2020年發(fā)射3箭3星……不到3年時(shí)間，30顆衛(wèi)星發(fā)射升空，完成組網(wǎng)。
浩瀚星空，北斗指路。古人借助北斗七星，找尋方位和星座;而今，借助北斗系統(tǒng)，我們踏上星辰大海的征途。
（陳金峰摘自微信公眾號“財(cái)經(jīng)無忌”，本刊節(jié)選）
猜你喜歡
地震研究(2021年1期)2021-04-13 01:04:56
中學(xué)生數(shù)理化·八年級物理人教版(2020年11期)2020-12-14 06:58:24
中學(xué)生數(shù)理化·八年級物理人教版(2019年9期)2019-11-25 07:33:06
中學(xué)生數(shù)理化·八年級物理人教版(2018年4期)2018-06-27 08:08:02
電子測試(2018年11期)2018-06-26 05:56:12
中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)(2017年1期)2017-06-09 08:15:14
百科探秘·航空航天(2016年9期)2016-12-01 03:04:14
測繪科學(xué)與工程(2016年6期)2016-04-17 06:51:27
CHIP新電腦(2016年3期)2016-03-10 14:07:52
中國新通信(2015年1期)2015-05-30 10:30:46
