你是否曾經在一個陌生的城市裡兜兜轉轉找不到回家方向?你是否為天氣預報的精確度比不上民間諺語而苦惱?你是否為我們的定位信息受制於美國的GPS而擔憂...
雖然我們接受美國GPS導航服務已有26個年頭(1996年美國宣布每一個人都可用上高精度的GPS),在定位導航、軍事、大地測繪等各方面享受到了便利,但操控權在人家美國手中,他高興關閉哪個地區就關閉哪個。據北鬥衛星發起人之一沈榮駿院士介紹,就在1996年中國的一次軍事大演習,由於美國關閉了所在地區的GPS,致使兩顆飛彈發射後失去控制而不知所蹤,中國也只能「打落牙齒和血吞」。
2004年「歐洲伽利略導航系統」向中國拋出橄欖枝,但需要先投資,於是中國向歐洲投資2.3億歐元,但仍然接觸不到核心技術。2005年歐洲拉攏美國,將中國正式排擠出局。中國連連受到外國坑蒙後下定決心研製自己的導航系統。2007年發射「北鬥一號」激活了自主研發的「北鬥衛星導航系統」,2008年中國發射的「北鬥二號」在技術與精度上都已反超歐洲伽利略導航系統,定位精度達到了0.5米。
2020年6月23日9時43分,北鬥三號最後一顆衛星搭載長徵3號乙運載火箭在「三二一」的指令聲中,噴出火紅的烈焰沖天而起。北鬥三號衛星發射的成功,象徵我國獨立自主的全球衛星導航系統全面建成,是繼美國GPS、歐洲「伽利略(Galileo)」、俄羅斯的「格洛納斯(GLONASS)」三大導航巨頭之後的新起之秀。北鬥將為全球帶來全天候、全天時、高精度的導航與授時服務。北鬥的全球覆蓋率高達94%,民用定位精確度在10米以內,測速精度在0.2米/秒,能一次性傳送120個中文短報文,在某些功能上已經超越美國的GPS。
美國的GPS有多精確?
GPS的前身是1964年投入使用的「子午儀衛星定位」,只由5、6顆衛星組成。上世紀70年代開始改為GPS,1988年最後改進為21顆服役星和3顆備用星,這24顆衛星分布在互為60度的6條軌道,距地高度是20200km。實用性的GPS星座在1993年底建成,並投入商用,總耗資300億美元。1994年3月,24顆GPS衛星組網完成,覆蓋率高達98%,地球上幾乎每一個地方都能使用高精度的GPS系統。
GPS具有全天候、自動測量、高精度與操作簡單的特勢,幾乎在地球上任一地方都能看到4、5顆衛星,單機導航就有10米,綜合精度可有釐米與毫米級,民用的也有10米級以內。在300~1500米的精密工程測量,1小時外的平面位置誤差小於1mm,1000km的可有10~9米的精度。
美國的GPS幾乎是全球定位導航的代名詞,除了工程測量,在運輸交通、地球動力學、氣象學、軍事、農業、野生動物保護、旅遊及突發事件等領域都有廣泛可靠的應用。
那麼問題來了,既然美國的GPS這麼精確,為什麼2014年馬航MH370失事發現不了蹤跡呢?
MH370航班是由馬來西亞吉隆坡機場飛往北京,起飛時間是2014年3月8日0時42分,搭載了227名乘客(154名中國人)與12名機組人員,計劃在早晨6:30降落北京機場,然而經過馬來西亞與越南交界處的胡志明管控區時失去聯繫,始終沒收到求救信號,雷達也失去了它的信息。
在搜救2個月無果後,馬來西亞前總理馬哈蒂爾在2014年5月18日發布一篇博文說:
該客機的通訊與GPS一定關閉了。有人在隱瞞一些事,人們應當去問波音公司和美國中央情報局,而不是責問馬航和馬來西亞。
馬航失事GPS竟然沒有它的信息,或許馬哈蒂爾所說不無道理,馬航370客機在失事時通訊和GPS被關閉了。
那麼是誰關閉MH370的GPS呢?為什麼應當去問波音公司和美國中央情報局?是誰在隱瞞什麼事呢?MH370失事究竟是一次意外事故還是人為呢?這些至今還是未解之謎。
由上文可知,GPS雖然是目前最精確的定位導航,但有時由於人為控制總會在關鍵時刻失去應用價值,當然美國自己國家沒有這項顧慮。
看來擁有獨立自主的定位導航系統是多麼重要!就算精確度差那麼一點點,起碼很多不該發生的事是絕不會發生的,1996年的軍事演習就是個典型例子。
北鬥衛星導航的精確度
2020年6月23日,北鬥完美收官,代表中國自主的全球衛星導航系統全面建成,再也不用依賴美國GPS!再不用受制於人!
北鬥衛星總數有30顆,比美國GPS多11顆,在地上任一地方都能看到5~6顆以上的衛星。距離地面30000km,由3顆地球靜止軌道衛星(GEO)、3顆傾斜地球同步軌道衛星(IGSO)、24顆中圓地球軌道衛星(MEO)構成。精準度在水平與高程上都有10米級,專業精確度可達到分米與釐米級,在亞太區的水平與高程為5米,授時精度有10納秒。天氣預報也越來越精準,現已能預測到15天以內,甚至兩個多月,有朋友說都能預測到哪時哪分下雨呢!
其實北鬥在1994年就已立項,到2000年建成了北鬥一號。此時的北鬥已能覆蓋整個中國,並能發送文字信息進行實時交流。這項功能在2008年的汶川地震中發揮了重要作用,這是GPS所不及的。
5北鬥二號在2004年啟動,到2012年完成14顆衛星發射(包括3顆備用星)。覆蓋範圍達到了大部分亞太區,精確度已經趕上了美國GPS,定位精度為釐米級,原子鐘的誤差是10納秒,也就是說10萬年才出現1秒誤差,並且這個原子鐘是在瑞士停止供應後又是我國自主研製的。另外一次性能發送120個漢字的短報信息,這是北鬥的「獨門絕活」。
北鬥三號在2009年啟動,到2020年6月23日發射最後一顆衛星後,已全面完成北鬥衛星組網,覆蓋率達到了全球,原子鐘升級到1000萬年1秒的誤差,定位精度甚至達到了毫米級,共享單車能整齊地停靠在指定區域,能為大橋大壩不間斷提供毫米級的精確監測數據。簡直是一張「明辨秋毫」的天羅地網!當然一次可傳輸120個漢字的通訊是必不可少的!
有人說「北鬥衛星導航系統」和量子衛星讓中國長了一雙翅膀,使中國的發展如虎添翼。而在這個競爭激烈的世界上,落後就要受人欺凌,如果自己不強大,誰也不會無償地為你提供保護。
衛星導航的研究員韓春好曾表示:
沒有免費的午餐,從國家安全角度而言,美國並沒有承諾在任何情況下,讓全球安全使用GPS。一旦發生戰爭或利益衝突,其他國家的安全將受制於人。因此中國要獨立自主,就需要建立自己的導航系統。
現在我們實現了這個宏大的夢想,將安全掌握在自己的手中,並且北鬥的精確度絲毫不比GPS差,中國將會在2035年構建以北鬥為核心的多頻多星座的應用系統,提供體系化的PNT服務,再次提高基本導航、星基增強、短報文通訊、精準定位、國際搜救、星間鏈路六大功能。以後會有「北鬥四號」、「北鬥五號」等完善強大的導航系統!
北鬥的成功,迎來了137個國家的合作協議,包括俄羅斯。而美國的GPS更像是打擊他國的武器,用著都如履薄冰,生怕他在關鍵時候掉鏈子。中國依靠仁義與技術換來了世界的信任,美國GPS一家獨大的局面已成為過去式,北鬥大有取代GPS之勢!