北斗系统实现全球组网：让中国的卫星来守护中国的天空

文/ Sue

2020年6月23日9点43分，在西昌卫星发射基地，“北斗三号”卫星导航系统成功发射最后一颗卫星。现在，太空中有55颗北斗导航卫星，正围绕地球，昼夜飞行，为地面上2700多个基准站发射信号，改变着无数人的生活方式。

三球交会定位原理

从20世纪80年代提出设想，到1994年“北斗一号”工程建设正式启动，并于2000年发射2颗地球静止轨道（GEO）卫星，到2004年“北斗二号”正式立项，再到如今最后一颗“北斗三号”卫星成功发射，完成全球组网，这项庞大的航天工程，历时30多年，终于转入长期管理模式。

北斗系统（BDS）和美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星系统（GLONASS）、欧盟伽利略卫星导航系统（Galileo）并称为“全球四大卫星导航系统（GNSS）”。北斗系统由于是我国自主研发的卫星导航系统，且可以为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务而备受全球瞩目。

全球卫星导航系统是一项庞大、繁琐、精密的航天工程，起步较晚的北斗系统是如何赶超、实现的呢？

要想实现定位功能，首先要在太空中至少布置3颗导航卫星。它们不断地向地球发射电磁波信号，我们利用导航设备接收信号，信号在一发一收之间产生的时间差乘以电磁波的传播速度（等同于光速），便可以计算出我们与卫星的距离。

这3颗导航卫星所构成的三个球面相交后，可得到A、B两交点，A、B点都可能是我们的位置。而两点之中，仅有B点位于地表附近，于是便锁定了我们唯一的位置。如果只有一两颗卫星，是做不到这一点的。这就是卫星导航的秘密，即三球交会定位原理。

实现从无到有的跨越

在实际操作中，各种各样的误差不可避免。为消除误差，往往还需要第4颗卫星的辅助。而为了保证时刻接收到4颗及以上卫星的信号，卫星总数往往要远远多于4颗。美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统的导航卫星数量都在24颗以上，也是这个道理。

然而，这对当时国内的技术条件而言，几乎是不可能实现的梦想。那么能不能用更少的卫星完成目标？中国科学院院士、“两弹一星功勋奖章”获得者陈芳允给出了答案：由两颗卫星组成的双星定位系统。

他提出，在地面设置一个导航系统的“大脑”，即地面控制中心，利用地面控制中心，人们可以在地球周围设置一个虚拟的球体，并通过控制中心、卫星、用户三者之间的交互，计算得到用户的位置。

可即使只需要两颗卫星，这也是一项极其艰难复杂的工程。从1994年方案获得正式立项，到2000年“北斗一号”的两颗卫星成功入轨，无数科研人员奋战6年，终于梦想成真，中国的导航系统实现了从无到有的跨越。

从“北斗一号”到“北斗三号”

这一蹒跚起步的过程中，自然是困难重重。比如，导航系统需要用到精度极高的原子钟。研发“北斗一号”时，我国并不具备这方面的生产能力，只好从国外进口。但到“北斗二号”时期，采购渠道遭到封锁，无奈，科学家们只能从零开始研制原子钟。

太空资源，讲究先到先得。美国和俄罗斯的人造卫星已经占据了导航的黄金频段和轨道，这使得优质太空资源日益稀缺，研发工作越发显得时间紧、任务重。

2004年，“北斗二号”立项。为了获得专属频道，科研人员专门向国际电信联盟提出申请，但应要求，在申请通过后的7年内，“北斗二号”卫星必须实现发射入轨和信号接收，否则相关资源将被回收。这意味着，科学家们必须在7年内争分夺秒、万无一失地完成“北斗二号”的研发任务。

北斗系统的研发之路异常艰难，但科学家们没有放弃。他们拥有一份无比坚定的信念：让中国的卫星来守护中国的天空。于是，从“北斗一号”的首星发射到“北斗三号”的末星入轨，我们看到无数科学家们不曾退却，步步为营，努力拼搏，最终收获成功的身影。

2020年6月23日，北斗系统成功完成全球组网！这一系统将被广泛应用于电力、金融、通信、交通、农业、测绘、减灾救灾等生产和生活的方方面面，更重要的是，中国可以彻底摆脱对全球定位系统（GPS）的依赖。

现在，有300多个单位正为之孜孜不倦地工作。8万多名“北斗人”将一起同心协力，用中国自主研发的卫星导航系统，创造出拥有无限可能的新未来。

那些被“北斗”改变的生活

北斗全球组网成功，不单是我国航天史上的一次里程碑事件，它也将从此深刻地改变我们的日常生活。从衣食住行到每一口呼吸，我们的生活被北斗“承包”了。

●外卖秒达美滋滋

当外卖平台遇上北斗系统，“阿宅”们的生活就更加美滋滋了。配备了北斗车载终端和手环，外卖小哥便可获得最佳的配送方案。北斗系统实现了车、人、货信息的实时调度，送餐效率立马提升。

●谁知盘中餐也有卫星守护

如今，装有北斗导航系统的无人收割机可以奔驰在广袤的田野之上，满载农民伯伯丰收的喜悦。随后，这些被收割下来的粮食，又将通过装载了北斗导航系统的汽车运送到华夏大地的每一个角落，最终运到你的手中。谁知盘中餐，竟也有了卫星的守护。

●揪住空气里的PM2.5

北斗的定位精度极高，可以实现分米、毫米级别的定位，更小的东西也能被北斗“看见”。比如，它可以将空气里行踪不定的污染物纳入环境监测信息系统，也就是说，没有一颗PM2.5能逃出北斗的“慧眼”。保障我们呼吸的每一口空气都是清新的，北斗做到了。

●等公交再也不心焦

地面公交搭载上北斗导航系统，不仅能合理地调动整座城市的每一辆公交车，提高运行效率，还能对到站公交进行实时预报，准确率达到95%。从此以后，每当你到达公交站，抬头一看实时时刻表，就能知道自己想坐的公交车什么时候抵达了。

●一秒找到共享单车

用过共享单车的人，或许都曾有过这样的经历——骑车五分钟，找车一刻钟。现在，北斗可以避免这样尴尬的事情发生。共享单车将通过北斗提供的亚米级高精度定位，向租借人提供精准的单车位置。即使在高架桥下、楼宇间、树荫下等信号遮挡的地方，定位也不会“漂移”。

●“路痴”们的特效药

据统计，2020年第一季度，在中国市场申请入网的智能手机中，超过75%支持北斗定位。只要你拥有一只置入了北斗芯片的手机，就可以收到北斗卫星的导航信号。驾车出门，它可以帮你精准地躲避拥堵，选择最佳路线。有了这样的手机，再迷糊的路痴也很难再迷路。