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揭秘!北斗完成全球组网意味着什么?

作者:admin 来源: 发布时间:2020-06-26 浏览次数:1

6月23日,北斗终于完成了全球组网,这是历史性的成功。北斗的发展历程是怎样的?完成全球组网意味着什么?背后的北斗人付出了哪些努力?来看国家北斗重大专项地面试验验证系统副总设计师、国际合作专家组副组长卢鋆的分享。

6月23日,我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。新华社记者 江宏景 摄

北斗导航的“三生三世”

上世纪70年代,我国科研工作者就开始了研究探索卫星导航的脚步。从“灯塔计划”到北斗一号,再到北斗二号、北斗三号,经过五十年发展,我国卫星导航逐步形成了适应国情的“三步走”发展战略,“先有源、后无源,先区域、后全球”,走出了一条中国特色卫星导航发展道路,为世界卫星导航发展贡献了中国智慧、中国路径和中国方案。

北斗一号解决有无

1994年,北斗一号正式立项。

2000年,两颗地球静止轨道(GEO)卫星成功发射,北斗一号系统建成并投入使用。

系统采用有源体制,为我国用户提供定位、授时和短报文通信等服务,我国成为继美俄后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

北斗二号服务亚太

2004年,北斗二号立项实施。

2012年,我国完成14颗卫星发射组网,北斗二号系统建成。

系统在北斗一号基础上,增加无源体制,为亚太大部分地区用户提供定位、测速、授时、短报文通信等服务。

北斗三号服务全球

2009年,北斗三号立项,正式开启我国卫星导航逐梦全球之旅。

2018年底,我国完成19颗北斗三号卫星组网发射,提前开通全球服务。

2020年,北斗三号系统提前半年全面建成,具备全球完整服务能力。

系统继承有源和无源两种体制,可为全球用户提供定位导航授时、短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等多样化服务。

北斗全球新时代的新能力

筚路蓝缕,玉汝于成。正是因为始终坚持以更高标准、更先进理念建设北斗,北斗才能进入全球新时代,具备完整的全球服务能力。

1.宇航能力经略全球

北斗三号全球系统建设部署采用新的运载火箭技术,实现成功密集组网。所有中圆轨道(MEO)卫星采用“火箭+上面级”一箭双星直接入轨方式发射,快速进入预定轨道;地球静止轨道卫星(GEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)重量大致为MEO卫星的5倍,采取的是“一箭一星”间接入轨发射方式,发射后通过几次变轨到达预定轨位。
其中,“上面级”是运载火箭发射北斗卫星一项极为关键的技术创新,其专业名称为轨道转移飞行器,可形象地理解为“太空摆渡车”,它可接力火箭飞行,将卫星从转移轨道送入预定工作轨道或空间位置。

北斗系统星地测控依托我国航天测控网,从卫星发射到控制入轨,再到测试验证、组网运行,都有测控中心、各个测站、测控船以及星基测控的实时接力。此外,我国在陆海空全方位布局航天测控网,用无形电波进行遥测遥控地面测控站、海上测控船以及中继卫星,确保北斗在飞行过程中时刻在线、永不掉线。

2.星座服务覆盖全球

根据卫星导航系统定位原理,全球可观测4颗卫星即可实现定位。根据北斗三号系统标称星座(3GEO+3IGSO+24MEO)设计,全球至少可观测6颗北斗卫星;亚太地区由于有高轨卫星,可见卫星数目在7-15颗之间,平均可见数目为11颗左右。所以,全球随时随地可见4颗以上北斗卫星,北斗星座具备全球服务能力。

北斗三号星座覆盖重数分布

3.性能指标比肩全球

目前,基于我国发起的国际GNSS(全球卫星导航系统)连续监测评估系统,可实时对世界四大全球卫星导航系统进行监测。北斗信号精度与欧伽利略系统、美GPS相当,强于俄格洛纳斯系统。

北斗、欧伽利略系统以及美GPS较新的IIF、III系列卫星的精度均小于1米;

美GPS IIR、 IIR-M卫星由于在轨时间较长,信号精度较新的卫星差,约为1-3米;

俄格洛纳斯系统卫星信号精度约为2-6米。

4.星间链路连接全球

全球系统需要全球分布的地面站进行卫星全弧段观测,以支持卫星轨道的精确测定。美、俄、欧基本都采用全球或大范围建站的途径来满足全球连续观测要求。

美GPS监测站位于科罗拉多、迪戈加西亚、阿森松、卡瓦加林、夏威夷等,分布全球;俄国土东西跨度大,基本可解决格洛纳斯系统全球观测问题;欧伽利略系统在其他地区建站,可实现全球观测;我国北斗系统主要是立足国内建站,这就需要通过星间链路实现全球观测和运维支持。

北斗卫星之间建立星间链路,可实现星间数据传输和精密测量,大幅提高卫星测定轨精度,提升电文注入频度,并减少对海外布站的依赖,有效降低系统的运行管理成本。自2015年3月30日发射第17颗北斗导航卫星开始,北斗卫星就搭载了星间链路载荷。目前,北斗三号所有卫星均配置星间链路载荷,完成星间链路全球组网。

5.服务聚合引领全球

北斗三号提供6大星基服务和1大地基服务,既有国际通用的基本定位导航授时服务,又有北斗特色服务。北斗将区域短报文通信、全球短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等多种特色服务高度集成,系统功能集约高效。目前,美、俄、欧等全球系统,在其后续和下一代系统建设中,也在积极考虑增加多样化的服务功能,以满足用户多样化的需求。

6.合作伙伴遍布全球

北斗是联合国认可的全球卫星导航系统核心供应商之一,积极履行责任担当。目前,北斗已与俄、美、欧等卫星导航系统等建立卫星导航合作机制,中美、中俄已完成兼容与互操作协调,并签署成果文件,中欧正在开展新一轮兼容协调。

此外,还先后与巴基斯坦、泰国、沙特、伊拉克、阿拉伯信息通信技术组织、阿拉伯科技海运学院等“一带一路”国家和国际组织建立合作机制,并与东盟、阿盟、联合国外空司等组织和机构建立合作机制。北斗全球朋友圈逐步扩大。

7.规则标准面向全球

北斗积极进入民航、海事、通信、搜救等国际组织标准,获得进入国际主流应用领域的许可。

北斗已成为国际海事组织认可的全球卫星无线电导航系统;

北斗全球信号即将完成国际民航组织技术验证,计划今年进入国际民航标准;

支持北斗二号信号的20余项国际移动通信标准获发布;

持北斗三号新信号的首个5G移动通信国际标准成功立项;

首个北斗船载终端检测标准通过国际电工委员会审议向全球发布;

正在开展北斗搜救载荷相关国际标准制定。

8.应用产品出口全球

北斗在交通运输、农林牧渔、测绘地理信息、电力能源、减灾救灾等传统领域应用不断深化,在工业互联网、物联网、车联网等新兴领域,自动驾驶、自动物流等创新应用层出不穷。

致力于服务国际用户,国产北斗应用产品已出口120余个国家和地区,基于北斗的土地确权、精准农业、数字施工、智慧港口等,已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地得到成功应用。北斗迈入全球服务新时代,为建设人类命运共同体、时空服务共同体贡献北斗力量。

北斗人的英雄本色

北斗的大发展也锻造了一支对党忠诚、堪当重任的航天劲旅。这支队伍,科学规划了北斗“三步走”发展战略,绘就了世界一流卫星导航系统发展蓝图,用20多年走过了美俄40多年的发展历程,将北斗服务扩展到全球,建成了我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、性能要求最高的巨型航天系统,与世界其他系统同台竞技。

锲而不舍,金石可镂。20多年来,北斗人自我加压,在继承中创新,在创新中发展,在发展中超越,走出了一条迭代演进、富有特色的中国卫星导航发展之路。

北斗二号

从2004年立项到2012年北斗二号系统建成,八年奋战,突破了高精度和高稳定度的一系列关键难题。

从2007年发射首颗北斗二号导航试验卫星算起,12年间,长三甲系列火箭用40次圆满成功的完美表现,将55颗北斗导航卫星送入预定轨道。如果再算上更早前发射的北斗导航试验卫星,那么长三甲系列火箭也以44次100%的发射成功率,护送59颗北斗卫星进入轨道。

北斗三号

一年10箭19星的密集发射速度,远超过美GPS系统一年6星、俄格洛纳斯系统一年9星、欧伽利略系统1年6星的发射速度。高密度、高成功率的组网发射,用中国精神、中国速度、中国质量创造了世界奇迹。

此外,2018年12月,北斗三号系统比预先目标提前两年开通全球服务;2020年6月,北斗三号完成最后一颗组网卫星发射,比预先时间提前半年完成全球星座部署。

大国重器,自主可控。现在,北斗单星器部件国产化能力由“十一五”末的84%提升至100%,根本上扭转了关键器部件依赖进口的局面,北斗三号卫星核心单机和元器件百分之百国产化,做到了完全自主可控。

终端产品方面,国产芯片、模块等关键基础产品取得全面突破,性能指标与国际同类产品相当,达到国际先进水平,并已形成一定价格优势,彻底改变“十一五”末卫星导航终端基础产品受制于人的局面。

在自主可控发展道路上,北斗人深深体会到,关键核心技术产品是大国重器,是要不来、买不来、讨不来的,只有自主创新,始终把关键技术掌握在自己手中,才能赢得北斗系统发展的主动权。

北斗人梦想不止于此

回顾几十年发展历程,北斗三步走战略稳步实施,成绩斐然。2035年,我国还将大力发展下一代导航系统,同时融合低轨增强、移动通信、水下导航、深空导航等多种手段,建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系,为各类用户提供基准统一、无缝覆盖、安全可信、高效便捷的时空信息服务,这些都为我们下一步的工作提供了前进的方向。

历史只会眷顾坚定者、奋进者、搏击者,而不会等待犹豫者、懈怠者、畏难者。求索之路,在于实践;求索之路,在于创新;求索之路,在于修远。过去,北斗人从未停止求索的脚步,站在新的历史起点,北斗人将不忘初心、赓续奋斗、砥砺前行,建设完善国家综合时空体系,筑梦新北斗、筑梦新时代。

来源:“网络传播杂志”微信公众号

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