北京時間7月31日10時48分,習近平主席在人民大會堂宣布北斗三號全球衛星導航系統正式開通。 從此,中國自己的衛星導航系統終于以完整的姿態向全球用戶提供服務。 但北斗系統的意義,還遠不止于此。中國的“大星座”現在提到衛星,我們的第一反應就是“人造地球衛星”。但在航天時代的早期,衛星更多地是一個天文學概念——月球是地球的衛星,蘇聯的“斯普特尼克1號”也可以看做地球的衛星,只不過是人造的而已。 那個時候,人造衛星的數量稀少,并且各自為戰,每顆衛星單獨工作,衛星之間基本沒有關聯。 但這還不夠,遠遠不夠。 衛星導航的概念是顛覆性的,人類終于有可能實現真正自由的遠行,不依賴羅盤磁針,不依賴日月星辰,不必在人跡罕至的深山老林建設定位電臺。 衛星星座是“由兩顆或兩顆以上衛星,為實現共同任務目標所組成的衛星系統”。 導航星座,則是衛星星座這個概念最直接的應用。
北斗三號星座 | 圖片來源:中國航天科技集團有限公司 衛星星座能完成單星無能為力的任務,也能通過系統層面的設計令“各自為戰”的單星聯合起來,達到更高的效能。但是,想建設優秀的衛星星座,還要面臨諸多挑戰。 比如:星座的設計要滿足任務需求,并在此基礎上的盡可能降低成本,實現總體最優;星座的發射組網需要合適且可靠的運載火箭,并且要有足夠的能力完成快速組網,時間拖得太長就會出現收官星尚未發射,首發星卻即將退役的窘境。 星座的建成并不是完事大吉,在軌運營同樣要求甚高:既要求地面有實時的全面管控能力,又要求星座能夠在無人照料的情況下自主運營;既要保證每顆衛星在壽命內可靠運行,又要在發生意外故障時及時調度,確保服務不中斷、星座不掉線。 當星座內衛星的壽命即將耗盡之時,還需要吐故納新,安排新一代衛星來接班,同時不能讓失效的老舊衛星干擾星座運行。 如此種種,考驗的是航天人的系統工程水平,更是國家的綜合國力。 而北斗三號星座的成功,證明了中國航天系統工程能力的卓越,也宣示著中國已經有足夠的能力建設并運營大型空間系統。 導航衛星的“大星座”來了,遙感和通信衛星的“大星座”還會遠嗎?導航系統的“合縱連橫”世界上總共有四個能提供全球服務的衛星導航定位體系:美國GPS、俄羅斯GLONASS、中國北斗和歐洲伽利略。美國率先完成,俄羅斯緊隨其后,中國是第三個建成的,而更早上馬的歐洲伽利略系統至今仍然在等待后續的完全運行能力(FOC)組網星。 與曾經期待加入的伽利略系統相比,我們的北斗后發而先至,甚至完成了從區域有源雙星定位,到區域無源定位,再到全球覆蓋的三步走戰略。 再看歐洲,左手握著能夠一箭四星的阿麗亞娜-5運載火箭,右手握著中國曾經不掌握的星載原子鐘等先進技術,頭上頂著一眾老牌資本主義強國的光環,怎么說也不會比我們的進度慢。
阿麗亞娜-5火箭一箭四星發射伽利略衛星 | 圖片來源:Stephane Corvaja @ESA 但誰讓伽利略的“大腦”決策混亂不堪呢?有人想往東,有人想往西,走兩步退三步,總在原地打轉轉。 這大概就是“體制問題”吧。 當然,伽利略系統誕生的原因還是歐洲希望擺脫對美國GPS系統的依賴,這確實是一個很現實的問題。 借助首發優勢和當年強大的軟硬件實力,美國的GPS設備從上世紀90年代開始在全世界傾銷。對GPS的依賴意味著美國成為了其他國家的“導航之神”,可以僅憑自己的好惡決定他人“生死”。1999年印巴沖突期間,美國就曾經對沖突區域關閉過GPS信號,令印度的戰斗機和制導武器大受影響。
GPS衛星發展歷史 | 圖片來源:洛克希德·馬丁公司 因此,就算是美國的盟友,就算是美國羽翼下的北約組織成員,歐洲諸國依然要發展自己的導航星座。 盟友尚且有防人之心,更何況是被美國長期敵視的中國。 再看俄羅斯,盡管在蘇聯時期已經開始建設格洛納斯(GLONASS)系統,但限于電子工業水平,早期衛星壽命普遍偏短,實際工作時間只有一到兩年。在蘇聯解體后,俄羅斯雖然一度完成了GLONASS的組網,但星座的運營長期舉步維艱,俄軍甚至曾需要依靠GPS接收機。
GLONASS衛星發展歷史 | 圖片來源:俄聯邦航天局 對于北斗系統,俄羅斯同樣存在著自己的期待。俄聯邦中央機械制造研究所定位導航授時信息分析中心(GLONASS-IAC)作為官方機構,就一直在關注著GLONASS與北斗的協同效果。根據他們發布的實時監測數據來看,如果同時應用北斗和GLONASS,則導航衛星的可見數量與星座的位置精度因子(PDOP值)都將有顯著提升。
北斗+GLONASS的衛星可見數量(顏色越淺越好) | 圖片來源:GLONASS-IAC,由作者制圖
北斗+GLONASS的PDOP值(顏色越淺越好) | 圖片來源:GLONASS-IAC,由作者制圖 四大全球導航衛星系統的發展史,正是一部“合縱連橫”的斗爭史:美國起步最早,技術最先進,就希望一統全球,不遺余力干擾阻礙其他國家發展;俄羅斯緊隨其后,但先天不足,只能慘淡經營,向美歐進口元器件不順,因此有意與中國進行合作;歐洲技術先進,想擺脫美國依賴癥,奈何人心不齊,各懷鬼胎,更陷于反華政治,斷供中國,結果自己項目一拖再拖,貽笑后人。 只有中國,底子最薄,基礎最差,必須從零起步;曾相信世界美好,但終于為人所欺;于是堅定信心,舉全國之力,400多家單位、30多萬科技人才,26年奮斗,終成大器。 在北斗正式啟用的今天,曾經愛答不理的主動上門,曾經自以為是的只有自慚形穢,一貫心術不正的再想發號施令,就要認真聽一聽中國的聲音。獨立自主是法寶如今,在除蘋果以外的絕大部分智能手機上,定位芯片都能同時接收四大全球導航衛星系統的信號,衛星定位設備也在向多系統兼容方向快速發展。可以說,在和平時期,不同導航系統間的合作是可以實現共贏的。 但是,合作的底氣是獨立自主。 尤其是在美國全力聒噪“中美脫鉤”,并且用實際行動在這條道路上狂奔不已的今天。它們肆意挑起貿易戰,芯片全面斷供華為,甚至許多中國著名高校都上了“實體清單”。 重壓之下,自然也會有不同的聲音。 或曰“中國跟美國硬碰硬是‘戰狼小粉紅’,被美國一卡脖子就完蛋,應該身段柔軟,膝蓋打彎,否則死路一條”。 或曰“國產競爭不過外國,‘礙國者’要用國貨是閉關鎖國,其心可誅”。 或曰“中國竟敢宣傳自己‘世界先進’,這是給中國威脅論遞刀子,忽悠大眾”。 如此種種,相信各位讀者在這幾年或多或少讀到過。 在北斗系統建成的日子里,筆者不止一次想到過這樣的問題:北斗起步的時候,我們只能實現二維定位,連高程都測不了,而且還要主動發射信號暴露目標。如果當時我們繼續使用更好用的GPS,今天會怎么樣? 那是真正的“不堪設想”。 “老王家自己養豬,所以他家的餐館豬肉一定比別人家的豬肉好吃?” 這到不一定,尤其是在老王自己養豬技術生疏的時候,自家的豬肉可能就是沒別人家的好吃。于是老王不養了,只買全村唯一養豬能手張三家的豬。 但有一天,張三嫉妒老王餐館生意紅火,突然不賣老王豬肉了,結果老王的餐館只好關門大吉。 這就是獨立自主的意義。 習近平主席說,關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。 而對于真正自主研發的技術與產品,我們應當給予足夠的保護與支持,畢竟沒有人一生下來就能拳打泰森,也沒有人能夠只吃最后一個饅頭就吃飽。 如果是在小國,它們的市場太小撐不起一個產業的良性循環,也給不了自己的后起之秀足夠的發展空間,最終被現有的行業巨頭控制。而中國的市場之大,足夠撐起關鍵產業的全產業鏈,融入“內循環”。 這是中國堅持獨立自主的資本和底氣。 北斗系統的成功,正是獨立自主道路的成功,也能夠給深陷技術封鎖領域的科研人員帶來足夠的信心——依靠祖國,依靠努力,只要自己不投降,最終一定能打破封鎖,實現技術突圍。 不要在意碰壁的蒼蠅,冢中的枯骨,搖曳的殘燭,它們的結局只會是吹燈拔蠟,徒留一地燈灰。 要做的,是敢于斗爭,敢于勝利。
中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平出席儀式,宣布北斗三號全球衛星導航系統正式開通。| 圖片來源:李響 @新華社
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原文標題:北斗起步時只能實現二維定位,如果當時放棄了……
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