北斗三号卫星家族有何厉害之处?
出品:科普中国
制作:《知识就是力量》微平台 钱航
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  1129日,中国卫星导航系统委员会王力主席与美国国务院乔纳森·马戈利斯助理副国务卿在北京举行了中美卫星导航会晤。中美双方签署了《北斗与GPS信号兼容与互操作联合声明》,中国北斗与美国GPS将实现信号兼容了! 

  而就在前不久,1151945分,我国西昌卫星发射中心再次用长征三号乙运载火箭,成功发射两颗北斗三号全球组网卫星。以此次任务为起点,我国将迎来北斗三号卫星高密度发射。到2018年年底,将有18颗北斗卫星发射升空,服务区域覆盖“一带一路”沿线国家及周边国家;到2020年,将完成35颗北斗三号卫星的组网,向全球提供相关服务。 

  作为中国北斗中的新星,北斗三号家族这么人丁兴旺,新卫星有何“新意”,究竟有什么厉害之处?下面就请北斗三号的第一颗卫星M1告诉你吧。 

   

    

  从区域走向全球 

  大家好,我是北斗三号M1卫星,跟我的双胞胎弟弟M2星作为第一批北斗全球导航的太空使者已经同时发射到了太空。跟你所知道的其他卫星家族不太一样,比如实践卫星家族,讲实践多少号一般就是一颗卫星,而由于我的北斗家族太庞大了,可以进一步分为北斗一号、二号和三号家族。 

  这是由于根据北斗系统“三步走”发展战略,中国首先在2000年建成北斗一号系统。第二步建成了由14颗组网卫星和32个地面站天地协同组网运行的北斗二号系统。第三步是到2020年前后将建成由5颗地球静止轨道卫星和30颗非地球静止轨道卫星组成的北斗三号系统。地球上的人在看位于静止轨道运动的卫星时,看起来在任意时辰始终可以在天空的同一个位置观察到卫星,会发现卫星在天空中静止不动。位于该轨道的卫星,覆盖面积大(一颗卫星几乎可以覆盖整个半球),且相对于地面是静止的,因此在通信、导航、预警、气象等民用和军用领域正发挥着越来越重要的作用。根据我们这样的全球组网,可以提供全球导航,这就是我们比北斗二号家族的区域导航更进一步拓展使命的地方。 

   

  不但如此,科学家在我们身上的载荷、星间链路、激光通信等方面“利器”有了更创新的配备。比如,我携带的星载氢原子钟,其精度将比北斗二号的星载铷原子钟提高一个数量级。再如,增加了卫星搜救功能及全球位置报告功能。这些关键技术,以及98%的关键器件均为“中国造”。 

    

  如何做到全球导航? 

  一般来说,出门在外的你们要首先知道自己的位置,然后找准方向,选择最优的路线,才能走入去往目的地的“康庄大道”。以美国GPS系统为例,遨游在太空的导航卫星都是“广播”卫星,会不断地用无线电波发送自己的位置和时间,地面上需要导航的用户只需要利用GPS接收机就可以接收到这些“来自星星”的广播信号。 

   

  已知3个点的平面坐标及3个点到1个未知点的水平距离,就可求解出未知点的位置,当把3个已知点搬入太空成为3颗人造卫星,再同时测得未知点与3颗卫星的距离,就能求解出未知点的位置,这就是常用的“距离后方交会”法。 

  当我们需要解算出自己的方位信息时,相当于需要知道3个位置量和一个时间量,就需要同时接收到4颗以上的卫星信号才有可能进行定位,这也就是全球卫星导航系统都需要组建一个覆盖全球卫星星座的原因。现有的全球卫星导航系统普遍选用了中高轨道来部署导航星座,不仅实现成本较为低廉,也可以仅凭2030颗卫星就实现全球的广播信号覆盖。 

    

  服务“一带一路”建设 

  再悄悄告诉你一个小秘密,我们家族不仅可以提供位置、导航和授时这样的基本功能,还能提供短报文通信功能,定位的同时,还可以将用户的位置信息发送出去,让其他人可以知道用户的情况,较好地解决了何人、何事、何地的问题。把短信和导航结合起来,是北斗卫星导航系统的一大特色,一个终端,就可以导航、通信兼备。 

  举个例子,假如有一天你漂流到孤岛上,如果你选择的是GPS,你只能知道自己在什么位置,无法通知别人前来救援,所以你只能在荒岛上求生。如果你用的是北斗卫星导航系统,情况完全不同,你既可以知道自己位置在哪里,还能够把自己的位置发送到方圆几十公里、几百公里甚至千里之外的人,这样你很快就能在救援船上和你手持GPS的小伙伴说再见啦! 

   

  我们自“出生”之初就始终践行“中国的北斗,世界的北斗”理念,要与其他卫星导航系统相互兼容、共同发展,造福全球“一家人”。在这一原则指导下,师父们给我们设计了兼容互操作技术,为用户能在终端上接收多个信号提供了基础,由此带来的便利性将保证全球用户利益的最大化。用户可放心在包括GPS、北斗在内的多个导航系统之间顺利切换,给用户提供了多种选择。如今,我们已敞开胸怀,等待世界的接纳。 

  未来,我们将更好地为服务国家“一带一路”建设、服务北斗系统国际化发展提供了智力支撑! 

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