历时26年!中国终于有了自己的全球导航系统
乾明發自凹非寺
對撞派出品公眾號 ai7gua
三、二、一,點火!
中國航天,迎來里程碑!
剛剛, 北斗三號全球衛星導航系統的最后一顆組網衛星成功發射。
25 分鐘后,星艦分離。
這意味著,北斗導航系統全球星座部署全面完成,北斗系統正式全球組網。
歷時 26 年,中國終于有了屬于自己的全球衛星導航系統。
更具代表性意義的是,這是屬于國產航天產業鏈的高光時刻。
中新社報道,北斗三號系統中的導航衛星單機和關鍵元器件,國產化率達到 100%。
同樣,北斗系統的性能,也不輸 GPS 等成熟系統,而且在某些方面,還更加好用。
在接受媒體采訪時,知名大地測量與衛星導航專家、武漢大學前校長劉經南院士說過:
北斗三號的功能,在精度、可靠性方面與 GPS 接近。而能實現通、導、遙一體化的,只有北斗。
26 年從 0 到 1 建北斗,全球組網預算 400-500 億
北斗系統的建設在 1994 年啟動,至今經歷了 26 年,跨越了三代。
背后不只是從無到有,北斗也在不斷壯大:從中國到亞太,再到全球。
“拓荒”的北斗一號
第一代北斗系統(北斗一號),也是北斗衛星導航試驗系統,承載中國導航衛星的拓荒任務。
2000 年,中國發射 2 顆地球靜止軌道(GEO)衛星,北斗能在有限的區域內提供服務。
2003 年,中國又發射了一顆備份衛星,來進一步增強系統性能,這也意味著北斗一號組建完成,能滿足中國及周邊區域的定位、導航、授時需求。
不過,這并不完美。北斗一號采取的是有源定位技術。
整個過程,要用戶先通過衛星向地面控制中心發出申請定位的信號,然后地面控制中心發出測距信號,并根據信號傳輸的時間,得到用戶與兩顆衛星的距離。
因為依賴地面控制中心的衛星轉發器,在定位精度、用戶容量、定位的頻率次數、隱蔽性等方面均受到限制。
而且這個系統沒有測速功能,不能用于精確制導武器,北斗還需加油。
但北斗一號建成,也讓中國成了繼美國、俄羅斯之后,第三個擁有衛星導航系統的國家。
而且與美俄的系統相比,北斗一號也有創新:比如雙向短報文通信功能,實現了通信導航的一體化。
“逐步變強”的北斗二號
在北斗一號正式完成的次年——也就是 2004 年,北斗二號建設開始啟動。
與北斗一號相比,北斗二號成熟了太多。
一方面是范圍,從中國擴大到亞太地區,提供定位、測速、授時和短報文通信服務。
另一方面是技術,在有源定位的技術上,還增加了無源定位,用戶不需要發射信號,只靠接收信號,就能完成定位,解決用戶容量限制,滿足高動態需求。
這自然滿足了精確制導武器的要求。
所以,整個北斗二號的組網衛星和衛星的類型要比北斗一號多了不止一個層次。
不僅有 5 顆地球靜止軌道衛星,還有 5 顆傾斜地球同步軌道(IGSO)衛星和 4 顆中圓地球軌道(MEO)衛星。
從 2007 年開始組網,到 2012 年完成 14 顆衛星的發射組網,采用的是中高軌混合星座架構。
人民網 2012 年報道,中國衛星導航系統管理辦公室主任、北斗系統新聞發言人冉承其說,為了建設北斗一號和二號,投入的總經費是幾百億。
面向未來 10 年,北斗要做全球組網,還要再投入四五百億。
這年 12 月,北斗一號的最后一顆衛星壽命到期,2013 年正式退役。
與此同時,面向全球的北斗三號,已經開建 3 年了。
“全球覆蓋”的北斗三號
2009 年,北斗三號系統開始建設,因為要面向全球組網,整體數量也進一步提升,達到了 30 顆衛星。
其中有 3 顆靜止軌道衛星、24 顆中地球軌道衛星、3 顆傾斜同步軌道衛星。
今天發射成功的是一顆靜止軌道衛星,也是北斗全球衛星導航系統星座部署的收官衛星。
而在此之前,北斗三號早已在全球范圍內提供服務了。
從 2017 年 11 月開始正式發射第三代衛星之后,2018 密集發射后,已經覆蓋了“一帶一路”國家,同年 12 月 27 日,正式提供全球服務。
在技術上面,北斗三號在繼承有源定位和無源定位兩種技術的同時,還有星間鏈路技術,實現衛星之間的通訊,來解決全球布站的問題。
據央視網和上海證券報報道,與北斗二號相比,北斗三號的性能也有提升:
不僅為全球用戶提供定位導航授時、全球短報文通信和國際搜救等服務,截至 2019 年底,北斗三號在全球區域定位精度優于 10 米,亞太區域定位精度優于 5 米。
也能在中國及周邊地區提供星基增強、地基增強、精密單點定位和區域短報文通信服務。在全國范圍內提供實時米級、分米級、厘米級和后處理毫米級高精度定位基本服務能力。
在如此性能的加持下,北斗三號系統直接帶動了中國衛星導航產業,以及新基建的發展。
今年產業規模超 4 千億,北斗 +5G 助力新基建
衛星導航產業,一共可以分為三大部分:空間段、地面段和用戶段。
相比空間段(衛星設計、衛星制造、衛星發射)和地面段(主控站、注入站、檢測站),用戶段在整個產業中的開發程度更高,可以分為上中下游三個鏈條。
上游主要是基礎部件,主要包括芯片(基帶芯片、射頻芯片)、模塊、板卡、天線等基礎產品。
這里面隱藏的諸多上市公司,在北斗全球組網完成之前,就備受關注。
比如北斗星通,宣稱芯片已具備支持北斗的全球信號,同時也兼容其他衛星導航系統。
比如華測導航,宣稱北斗三代完成全球組網,會給公司帶來大量訂單、刺激板卡芯片等需求。
中游是終端產品,比如智能手機以及汽車等產品。
下游則是為北斗相關的解決方案、運維服務等行業落地應用。
在諸多券商等分析機構看來,因為進入門檻較低,這也是衛星導航產業接下來將迎來高速發展,但競爭非常激烈的一塊。
根據《國家衛星導航產業中長期發展規劃》,今年衛星導航產業規模將超過 4000 億元,北斗對國內導航應用貢獻率達到 60%,重要應用領域能到 80% 以上。
但北斗系統給整個經濟帶來的影響,不僅僅限于衛星導航產業,對于當前的新基建也會提供極大助力,尤其是與 5G 的結合下。
北斗本身提供的服務,在于衛星定位導航,在目前的生活場景中,已經不可分割:
比如今年疫情期間,北斗系統直接為武漢火神山醫院、雷神山醫院建設提供高精度測量,引導成千上萬輛應急物資運輸車輛安全運行、及時送達……
目前,北斗系統在定位方面的應用,已經覆蓋了交通、海事、電力、民政、氣象、漁業等傳統行業,還在共享單車、智能手機領域有非常廣泛的落地。
你能想象手機沒有了導航和定位,是什么體驗嗎?
北斗科普專家沈軍在接受央視新聞采訪時說,70% 的智能手機都用的北斗,尤其是安卓手機。
但這只是北斗應用的一個方向,在與更多新技術的結合下,北斗能做的不少。
比如車聯網領域,北斗的定位和授時功能,可以幫助系統完成精準的時間信息和位置信息感知,在與 5G 技術低延時、高帶寬技術的結合下,完成全場景、高精度的位置感知。
同時還有自動駕駛,在 5G 基站輔助定位、北斗地基增強系統的支持下,可以滿足其亞米級、甚至厘米級的定位精度。
北斗系統全球組網完成,也被認為是中國汽車產業的新機會。
同時,在更加廣泛的物聯網場景中,北斗與大數據、人工智能等技術的結合,想象力更大。
當前,北斗系統的服務由北斗二號和三號系統共同提供,完成組網之后,將平穩過渡到以北斗三號系統為主提供。
與此同時,北斗導航系統的新階段任務也已經開始:
到 2035 年,以北斗系統為核心,建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。
到時候,我們的北斗會更加厲害,在全球的科技競爭中,也就能夠提供更多的支持,能給我們提供的服務也就更多。
所以,你期待嗎?
—完—
總結
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