北斗三號來了，“四大天王”將相容而立

北辰

分三步走的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

當(dāng)我們在一個(gè)陌生地方睜眼醒來，總想知道這是在什么地方；當(dāng)船只航行在浩瀚的海洋上，他們要知道自己所處的方位……這是人類的自然反應(yīng)?，F(xiàn)在，GPS可以為人們導(dǎo)航。GPS是美國20世紀(jì)80年代建造的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它可以給車輛、輪船、飛機(jī)等交通工具指明方向，確定它們的位置。不僅如此，它在測繪、農(nóng)業(yè)、找礦等各個(gè)行業(yè)都有應(yīng)用。

我國也一直在努力建設(shè)這樣的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)叫作北斗。建設(shè)這樣一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，需要非常高超的技術(shù)力量，我國一點(diǎn)點(diǎn)地摸索前進(jìn)，把這項(xiàng)工作分為三步，一步比一步技術(shù)高超，一步比一步應(yīng)用廣泛。

我國首先在2000年建成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，這僅僅是個(gè)試驗(yàn)性的系統(tǒng)，衛(wèi)星數(shù)量也只有3顆。2012年，我國建成了北斗二號導(dǎo)航系統(tǒng)，它也談不上是全球性的，但是我國周邊和亞洲的用戶需求基本都能滿足。

正是北斗二號打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)，讓北斗可以進(jìn)一步升級，第三代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也拉開了建設(shè)的序幕。2017年7月，將要開始發(fā)射北斗三號衛(wèi)星的第一顆，預(yù)計(jì)到今年底將發(fā)射8顆左右衛(wèi)星，2018年底之前發(fā)射18顆衛(wèi)星，爭取在2020年建成真正的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。不管你在世界的任何角落，它都能給你的出行指路。

宇宙中最精準(zhǔn)的鐘表

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是高精尖的科學(xué)技術(shù)，要想實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)最關(guān)鍵的是要有精準(zhǔn)的時(shí)鐘。時(shí)鐘哪里都有，即使在天上也有，北斗七星就是一個(gè)時(shí)鐘。它圍繞著北極星運(yùn)轉(zhuǎn)，24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)一圈，看看七顆星的方位，也能大概知道時(shí)間。但這僅僅是古人的計(jì)時(shí)方法，現(xiàn)在鐘表為我們提供了更精確的時(shí)間。對于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來說，時(shí)鐘的精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如果誤差千分之一秒，那么導(dǎo)航系統(tǒng)告訴你的地點(diǎn)可能會跟真正的地點(diǎn)差300千米，從來沒有什么事情對時(shí)間的要求這么高。

衛(wèi)星上使用的時(shí)鐘是銣原子鐘，但是北斗三號導(dǎo)航系統(tǒng)將使用氫原子鐘，氫原子鐘的精度有多高？即使是使用百萬年后也只有一秒的誤差。即使是這樣還是不夠，還需要在地面上準(zhǔn)備兩臺氫原子鐘，一臺需要模擬在宇宙空間的環(huán)境下，讓它們相互監(jiān)督，確保絕對準(zhǔn)確。不僅如此，天上衛(wèi)星攜帶的氫原子鐘每隔幾秒鐘，就要與這個(gè)精準(zhǔn)時(shí)間對照一次，這樣就絕對準(zhǔn)確了。

北斗三號上使用的氫原子鐘是中國自主研制的，已達(dá)到世界先進(jìn)水平。為了這項(xiàng)研究，中國的很多科學(xué)家為之奮斗。幾十年前，各國爭相發(fā)展的技術(shù)是原子彈，現(xiàn)在各國競相發(fā)展的技術(shù)就是原子鐘。北斗三號上使用的氫原子鐘，也能滿足其他科技發(fā)展的需要，這就是最精準(zhǔn)的時(shí)間。

愛因斯坦為北斗導(dǎo)航

宇航員遠(yuǎn)航歸來，迎接他的兒子已經(jīng)白發(fā)蒼蒼，可他卻依然風(fēng)采依舊，這個(gè)故事很多人都聽說過。它告訴我們，在宇宙航行中，時(shí)間會變慢。人造衛(wèi)星搭載著氫原子鐘在天上飛，衛(wèi)星上的時(shí)間也會變慢。

但是，另一個(gè)因素卻讓衛(wèi)星上的時(shí)間變快，那就是引力。地面上的每一個(gè)物體都要受到地球引力的作用。即使衛(wèi)星飛到高空，也同樣受到引力的牽引，但是它的引力會變小，引力減小會導(dǎo)致時(shí)間變快。

高速飛行讓時(shí)間變慢，在地球上空又讓時(shí)間變快，這兩個(gè)因素需要綜合考慮，也只有考慮了這兩個(gè)因素之后，才能得到衛(wèi)星上真正正確的時(shí)間。

時(shí)間對于每個(gè)人來說都是公平的，它緩緩流過，為了珍惜時(shí)間，人們說時(shí)間像一條河。這句話在愛因斯坦的相對論面前就成了錯(cuò)誤的言論，愛因斯坦的相對論讓我們對時(shí)間有了全新的認(rèn)識。正是因?yàn)檫@種全新的認(rèn)識，導(dǎo)致了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的誕生。

使用衛(wèi)星導(dǎo)航的人開著汽車，車?yán)锏恼Z音提醒裝置就會告訴他，前面有什么路口，距離有多遠(yuǎn)，過了路口往哪拐。對司機(jī)來說十分方便，即使沒有司機(jī)，汽車也能自動(dòng)駕駛，帶著人到達(dá)目的地。這讓使用的人十分感激，他們要感謝那些研制北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的人們。但是，科研人員會告訴他們，應(yīng)該感謝愛因斯坦，是愛因斯坦的相對論讓他們對時(shí)間有了全新的認(rèn)識，這種認(rèn)識為導(dǎo)航衛(wèi)星的研制指明了方向。

“四大天王”時(shí)代來臨

北斗三號衛(wèi)星發(fā)射之后，還會陸續(xù)發(fā)射這個(gè)系列的其他衛(wèi)星，最終建立起來北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)將構(gòu)成一個(gè)龐大的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。不管在哪個(gè)地方往天上看，都會看到1顆靜止不動(dòng)的衛(wèi)星，它在天上固定的位置，這樣的衛(wèi)星共有5顆。此外，還有30顆衛(wèi)星是運(yùn)動(dòng)的。要確保不管在什么地方，都能看到天上的4顆衛(wèi)星，這4顆衛(wèi)星就可以確定地面上目標(biāo)的位置。

中國的北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將會在2020年建成，開始具有全球?qū)Ш侥芰?。目前，在天上工作的主要是美國的GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它也不斷地推陳出新，并升級到第三代。此外，俄羅斯也有一個(gè)格洛納斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但它的部分功能難以使用，還處在進(jìn)一步的升級過程中。歐洲很多國家也一起合作，研制了伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，伽利略還沒有完全建成。中國的北斗將于2020年建成，正式開通全球服務(wù)。在未來的十年內(nèi)，將會出現(xiàn)四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的時(shí)代。

這四個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在接近兩萬多干米的地球上空，環(huán)繞地球運(yùn)行，看上去不分彼此，但卻分別屬于四個(gè)系統(tǒng)，你中有我，我中有你，相互包容對方而存在著，這就是未來的“四大天王”，這是名副其實(shí)的“四大天王”，它們真的在天上。

責(zé)任編輯：陸燕 責(zé)任校對：夏越endprint