美国航母变“瞎子”?中国北斗卫星立大功,美
时间:2021-08-30 来源:新闻网 人浏览 -
近日,一则关于美国某航母在南海地区迷失方向一事在各大平台上引起了不小的讨论。据相关媒体报道,美国航母迷失方向的主要原因是舰上所载的GPS定位系统在南海海域突然失灵,在排除了电子干扰战的可能性后,美方认为GPS失灵的原因在于该舰船的定位系统无法与美国卫星建立起相关联系,而两者联系的媒介就是飘浮在海面的GPS浮标。
据调查显示,中国已经将南海关键海域的GPS浮标通通换成了北斗,而美舰搭载的系统无法被纳入到北斗体系之中,如果美方的GPS系统想要正常工作,就必须获得中方给予的短期权限。本是一场耀武扬威的“自由航行”却落了个无头苍蝇的下场,北斗卫星系统可谓是功不可没。
一 、卫星无线电导航的历史演变第二次是世界大战结束后,世界进入了两大阵营对峙的局面之中,作为两大阵营中各自的首脑,美苏两国开始将精力放到军备竞赛以外的领域之中,太空成为了美苏争霸的第二战场。
1958年末,一项由美国军方牵头的特殊项目正式立项,该项目的主要内容是通过建立和卫星相关的定位系统,对埋伏在各海域秘密执行任务的苏联潜艇实行全方位的监控。经过数年的研发,美军于1964年设计出世界第一款卫星导航系统,并开始大规模应用在美军情报系统之中。
与此同时,苏联也发现了卫星导航系统在未来战争中的重要性,在勃日列涅夫的授意下,苏联科研人员开始设计论证系统。到了1979年底,苏联总共发射了4颗蝉系统卫星。该类卫星的轨道高度达到了1000km,下行频率为400Mhz。采用多普勒原理确定用户平面位置坐标。
定位误差约有250m,从感应到定位的响应时间为5-6分钟。后来经过苏联科研人员的改进,该系统的误差缩小至80m。随后数年,苏联科研部门对蝉系统进行了全方位的优化和改进,补充了遇险接收设备,在苏联以及华约各国海域配备了无线电浮标装置,一旦船只发生险情,救援人员可根据相关位置在第一时间抵达事故现场。
同时期,美国在原有系统的基础上,建设搭建了全新的海军无线电卫星系统,代号为子午仪系统。该系统能力对标了苏联的蝉系统,采用与蝉系统相当的轨道高度、工作频率、服务对象为美国海军战略核潜艇海上平面位置定位,确定用户平面位置,从而让美军潜艇在第一时间抵达战斗位置。
但无论是苏联的蝉系统还是美国的子午仪系统,均不能为用户提供准确的速度与定位时间信息,并且卫星轨道低、稳定性较差、难以满足日益旺盛的全球导航需求,因此,两个超级大国很快启动了新型卫星系统的论证研究。
在上世纪八十年代前后,美苏两国分别提出了GPS和GLONASS两种方案,这两种方案是通过发射多颗卫星,组成特殊的环绕结构,进行全方位的测量工作,从而将误差缩小到最低,而这两种系统也成为日后各国发展卫星定位时所参考的蓝本。
二 、中国人自己的卫星系统卫星系统作为未来战争中左右胜负的关键手,美苏两国自然将其视为本国的核心技术,试图将全球所有国家都纳入到他们的卫星定位之下。对于中国而言,在他人的屋檐下就意味着一举一动将处于他国的监视下,任何军事行动将再无秘密可言,因此研发中国人自己的卫星系统可谓是迫在眉睫。
1994年1月,国务院批准了“双星导航定位系统”立项报告,将其命名为“北斗一号”。以两颗卫星为系统核心,建成一个实用化卫星无线系统,拉开了以精确测量时间与空间为目标的卫星无线电系统建设序幕。该工程目标清楚表明,定位报告与通信是北斗一号的主要业务。面临着极大的技术难题。
我国北斗系统与子午仪、蝉系统相比,起步晚了30多年,与GPS、GLONASS相比,也晚了整整二十年,这对于研发团队来说是一个不小的挑战。北斗系统与世界主流系统的时间跨度之大,无论是用户需求还是导航技术均发生了跨时代的变化,如果按照他国的相关蓝本进行卫星定位系统的构建,对我国来说无异于是固步自封,永远在卫星定位技术上落后他人一截,因此北斗系统必须创新,必须一步登天,进入世界卫星定位系统的第一梯队之中。
面对极大的科研压力,中国科研人员不惧困难,通过一系列由中国科学院首创的定位监控技术,北斗一号成功取得了大量世界级的成就,并形成了其鲜明的中国特色:两颗卫星在系统运转中相辅相成,实现了大范围高精度定位授时服务,基本满足了中国全境的导航需求;双向授时精度达到了惊人的10纳秒,时间误差几乎为0,而这也实现了大容量用户1s快速定位报告。
当我们打开手机选择导航时,系统会在第一时间向你提供最近的路程,响应速度居于国际领先水平;定位和报告在同一信道完成,不需要进行多余的工作就可以向用户提供完整精确的报告,这些新突破不仅让北斗系统一跃成为世界先进卫星系统之一,而且几乎完全满足了国内所有的生产需求。科研人员可以利用北斗导航深入探索先前被认为是禁地的无人区,达成相应的科研目标。
三 、北斗系统的改进2004年,在有了北斗一号的经验后,“北斗二号”正式立项,经过8年的研发与实验,终于与2012年年末建成了以实时连续导航与实时定位报告相融合的北斗技术体制,实现了对亚太地区的覆盖,从一国之星变成了区域性的卫星导航系统,满足了日益增长的防务需求,从根本上摆脱了对国外卫星导航系统的依赖,而中国也完成了角色转变,从原本的卫星系统消费者转变成了全球卫星导航的供应商之一,开始为世界各国提供卫星发射服务。
北斗二号弥补了北斗一号一些性能上的不足,和一号卫星一起组成了中国特有的北斗卫星系统,北斗二号上运用了很多新的技术,是全球第一个连续导航与定位报告相融合的技术体制。成功将卫星系统、远控系统、应用终端全面融合,极大提升了地面工作人员的操作效率。
攻克了多信号兼容、用户终端小型化难题吗,使得地面科研人员在旅程中不需要携带笨重的GPS 接收设备。除了技术上的提升外,北斗系统的科研人员构建了以5颗GEO卫星,6颗IGSO卫星组成的混合结构,该结构可以使整个导航系统覆盖至低纬度以及山川峡谷等复杂地形,大幅提升此地区的导航效率。
同时北斗系统也是世界上双线采用以GECO卫星、IGSO卫星为主题的设计方案,后来日本的QZSS系统以及印度的IRNSS系统也效仿北斗的结构体系。
四、北斗三号与未来
2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌中心点火升空,和前面的北斗一号以及二号一起,组成了覆盖全球的卫星导航体系,截止到2020年末,全球共有一百多个国家与北斗导航系统签下了友好合作协议,此举意味着北斗打破了美国对GPS技术的垄断地位,其各项指标都稳居世界前列。同时随着5G时代的到来,北斗正在与新一代通信、人工智能等数字化技术相互融合,在军事和民用领域都得到了广泛的应用。
根据欧洲全球定位研究中心的相关研究显示,到了2025年,全球的卫星导航定位设备的缺口数量将达到92亿部,年产值超过了2680亿欧元。而在亚洲这个发展难度为地狱的特殊地区,对全球定位设备的需求极高,市场规模也愈加增大,年增速将近40%,这意味着北斗系统已经将未来紧紧攥在了手中,美国的GPS全球布局正式破产。
从最初的布局到如今覆盖全球的北斗系统,我国的全球导航系统走出了一条属于自己的发展道路,成功打破了美国和俄罗斯在全球定位系统上多年的垄断,有效维护了国家安全,给未来可能发生的谈判增加了更多的筹码,加上一带一路国际战略的推行,北斗系统能成为一带一路沿岸国家的基础设施,给整个中国的战略布局打下坚实的基础。