北斗起步时只能实现二维定位,如果当时放弃了……

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  原标题:北斗起步时只能实现二维定位,如果当时放弃了……

  [文/ 观察者网专栏作者 石豪]

  北京时间7月31日10时48分,习近平主席在人民大会堂宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。

  从此,中国自己的卫星导航系统终于以完整的姿态向全球用户提供服务。

  但北斗系统的意义,还远不止于此。

  中国的“大星座”

  现在提到卫星,我们的第一反应就是“人造地球卫星”。但在航天时代的早期,卫星更多地是一个天文学概念——月球是地球的卫星,苏联的“斯普特尼克1号”也可以看做地球的卫星,只不过是人造的而已。

  那个时候,人造卫星的数量稀少,并且各自为战,每颗卫星单独工作,卫星之间基本没有关联。

  但这还不够,远远不够。

  卫星导航的概念是颠覆性的,人类终于有可能实现真正自由的远行,不依赖罗盘磁针,不依赖日月星辰,不必在人迹罕至的深山老林建设定位电台。

  卫星星座是“由两颗或两颗以上卫星,为实现共同任务目标所组成的卫星系统”。

  导航星座,则是卫星星座这个概念最直接的应用。

北斗三号星座 | 图片来源:中国航天科技集团有限公司
北斗三号星座 | 图片来源:中国航天科技集团有限公司

  卫星星座能完成单星无能为力的任务,也能通过系统层面的设计令“各自为战”的单星联合起来,达到更高的效能。但是,想建设优秀的卫星星座,还要面临诸多挑战。

  比如:星座的设计要满足任务需求,并在此基础上的尽可能降低成本,实现总体最优;星座的发射组网需要合适且可靠的运载火箭,并且要有足够的能力完成快速组网,时间拖得太长就会出现收官星尚未发射,首发星却即将退役的窘境。

  星座的建成并不是完事大吉,在轨运营同样要求甚高:既要求地面有实时的全面管控能力,又要求星座能够在无人照料的情况下自主运营;既要保证每颗卫星在寿命内可靠运行,又要在发生意外故障时及时调度,确保服务不中断、星座不掉线。

  当星座内卫星的寿命即将耗尽之时,还需要吐故纳新,安排新一代卫星来接班,同时不能让失效的老旧卫星干扰星座运行。

  如此种种,考验的是航天人的系统工程水平,更是国家的综合国力。

  而北斗三号星座的成功,证明了中国航天系统工程能力的卓越,也宣示着中国已经有足够的能力建设并运营大型空间系统。

  导航卫星的“大星座”来了,遥感和通信卫星的“大星座”还会远吗?

  导航系统的“合纵连横”

  世界上总共有四个能提供全球服务的卫星导航定位体系:美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗和欧洲伽利略。美国率先完成,俄罗斯紧随其后,中国是第三个建成的,而更早上马的欧洲伽利略系统至今仍然在等待后续的完全运行能力(FOC)组网星。

  与曾经期待加入的伽利略系统相比,我们的北斗后发而先至,甚至完成了从区域有源双星定位,到区域无源定位,再到全球覆盖的三步走战略。

  再看欧洲,左手握着能够一箭四星的阿丽亚娜-5运载火箭,右手握着中国曾经不掌握的星载原子钟等先进技术,头上顶着一众老牌资本主义强国的光环,怎么说也不会比我们的进度慢。

阿丽亚娜-5火箭一箭四星发射伽利略卫星 | 图片来源:Stephane Corvaja @ESA
阿丽亚娜-5火箭一箭四星发射伽利略卫星 | 图片来源:Stephane Corvaja @ESA

  但谁让伽利略的“大脑”决策混乱不堪呢?有人想往东,有人想往西,走两步退三步,总在原地打转转。

  这大概就是“体制问题”吧。

  当然,伽利略系统诞生的原因还是欧洲希望摆脱对美国GPS系统的依赖,这确实是一个很现实的问题。

  借助首发优势和当年强大的软硬件实力,美国的GPS设备从上世纪90年代开始在全世界倾销。对GPS的依赖意味着美国成为了其他国家的“导航之神”,可以仅凭自己的好恶决定他人“生死”。1999年印巴冲突期间,美国就曾经对冲突区域关闭过GPS信号,令印度的战斗机和制导武器大受影响。

GPS卫星发展历史 | 图片来源:洛克希德·马丁公司
GPS卫星发展历史 | 图片来源:洛克希德·马丁公司

  因此,就算是美国的盟友,就算是美国羽翼下的北约组织成员,欧洲诸国依然要发展自己的导航星座。

  盟友尚且有防人之心,更何况是被美国长期敌视的中国。

  再看俄罗斯,尽管在苏联时期已经开始建设格洛纳斯(GLONASS)系统,但限于电子工业水平,早期卫星寿命普遍偏短,实际工作时间只有一到两年。在苏联解体后,俄罗斯虽然一度完成了GLONASS的组网,但星座的运营长期举步维艰,俄军甚至曾需要依靠GPS接收机。


  GLONASS卫星发展历史 | 图片来源:俄联邦航天局

  对于北斗系统,俄罗斯同样存在着自己的期待。俄联邦中央机械制造研究所定位导航授时信息分析中心(GLONASS-IAC)作为官方机构,就一直在关注着GLONASS与北斗的协同效果。根据他们发布的实时监测数据来看,如果同时应用北斗和GLONASS,则导航卫星的可见数量与星座的位置精度因子(PDOP值)都将有显著提升。

北斗+GLONASS的卫星可见数量(颜色越浅越好) | 图片来源:GLONASS-IAC,由作者制图
北斗+GLONASS的卫星可见数量(颜色越浅越好) | 图片来源:GLONASS-IAC,由作者制图

  北斗+GLONASS的PDOP值(颜色越浅越好) | 图片来源:GLONASS-IAC,由作者制图

  四大全球导航卫星系统的发展史,正是一部“合纵连横”的斗争史:美国起步最早,技术最先进,就希望一统全球,不遗余力干扰阻碍其他国家发展;俄罗斯紧随其后,但先天不足,只能惨淡经营,向美欧进口元器件不顺,因此有意与中国进行合作;欧洲技术先进,想摆脱美国依赖症,奈何人心不齐,各怀鬼胎,更陷于反华政治,断供中国,结果自己项目一拖再拖,贻笑后人。

  只有中国,底子最薄,基础最差,必须从零起步;曾相信世界美好,但终于为人所欺;于是坚定信心,举全国之力,400多家单位、30多万科技人才,26年奋斗,终成大器。

  在北斗正式启用的今天,曾经爱答不理的主动上门,曾经自以为是的只有自惭形秽,一贯心术不正的再想发号施令,就要认真听一听中国的声音。

  独立自主是法宝

  如今,在除苹果以外的绝大部分智能手机上,定位芯片都能同时接收四大全球导航卫星系统的信号,卫星定位设备也在向多系统兼容方向快速发展。可以说,在和平时期,不同导航系统间的合作是可以实现共赢的。

  但是,合作的底气是独立自主。

  尤其是在美国全力聒噪“中美脱钩”,并且用实际行动在这条道路上狂奔不已的今天。它们肆意挑起贸易战,芯片全面断供华为,甚至许多中国著名高校都上了“实体清单”。

  重压之下,自然也会有不同的声音。

  或曰“中国跟美国硬碰硬是‘战狼小粉红’,被美国一卡脖子就完蛋,应该身段柔软,膝盖打弯,否则死路一条”。

  或曰“国产竞争不过外国,‘碍国者’要用国货是闭关锁国,其心可诛”。

  或曰“中国竟敢宣传自己‘世界先进’,这是给中国威胁论递刀子,忽悠大众”。

  如此种种,相信各位读者在这几年或多或少读到过。

  在北斗系统建成的日子里,笔者不止一次想到过这样的问题:北斗起步的时候,我们只能实现二维定位,连高程都测不了,而且还要主动发射信号暴露目标。如果当时我们继续使用更好用的GPS,今天会怎么样?

  那是真正的“不堪设想”。

  “老王家自己养猪,所以他家的餐馆猪肉一定比别人家的猪肉好吃?”

  这到不一定,尤其是在老王自己养猪技术生疏的时候,自家的猪肉可能就是没别人家的好吃。于是老王不养了,只买全村唯一养猪能手张三家的猪。

  但有一天,张三嫉妒老王餐馆生意红火,突然不卖老王猪肉了,结果老王的餐馆只好关门大吉。

  这就是独立自主的意义。

  习近平主席说,关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。

  而对于真正自主研发的技术与产品,我们应当给予足够的保护与支持,毕竟没有人一生下来就能拳打泰森,也没有人能够只吃最后一个馒头就吃饱。

  如果是在小国,它们的市场太小撑不起一个产业的良性循环,也给不了自己的后起之秀足够的发展空间,最终被现有的行业巨头控制。而中国的市场之大,足够撑起关键产业的全产业链,融入“内循环”。

  这是中国坚持独立自主的资本和底气。

  北斗系统的成功,正是独立自主道路的成功,也能够给深陷技术封锁领域的科研人员带来足够的信心——依靠祖国,依靠努力,只要自己不投降,最终一定能打破封锁,实现技术突围。

  不要在意碰壁的苍蝇,冢中的枯骨,摇曳的残烛,它们的结局只会是吹灯拔蜡,徒留一地灯灰。

  要做的,是敢于斗争,敢于胜利。

中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席仪式,宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。 | 图片来源:李响 @新华社
中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席仪式,宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。 | 图片来源:李响 @新华社

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责任编辑:刘德宾 SN222

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