厉害了!我国即将完成又一“大国标配”

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第42、43颗北斗导航卫星发射

2018年11月19日,我国在西昌卫星发射中心以“一箭双星”的方式顺利将第42、43颗北斗导航卫星送入轨道,这两颗卫星也是北斗三号第18、19号组网卫星。

此次任务的成功发射,标志着我国北斗三号基本系统星座部署圆满完成

按照计划,2019年至2020年,我国还将发射11颗北斗三号卫星,2020年服务范围覆盖全球。作为中国“智造”的靓丽名片,“北斗星座”将更加闪亮。

自主创新打造中国北斗

北斗一号实现了中国导航卫星从无到有的突破,使我国成为继美、俄之后第三个拥有导航卫星的国家。北斗二号突破了区域混合导航星座构建、高精度时空基准建立等关键技术,跻身国际卫星导航系统四大核心服务商

2015年至2016年,我国陆续发射了5颗北斗三号试验卫星,验证了高精度星载原子钟等卫星载荷,轻量化、长寿命、高可靠的卫星平台以及星间链路、全新导航信号体制等

关键技术

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相比之前的导航卫星

北斗三号有哪些创新闪光点?

定位精度是导航系统的生命。相比北斗二号,北斗三号的性能提升1至2倍,定位精度将达到2.5-5米的水平。而且,从北斗二号向北斗三号过渡,能够确保老用户无感知、新用户提性能,最终实现技术的新老更替。

高精度时钟是导航卫星的心脏,天地间时间越同步、误差越小,定位精度越高。北斗三号卫星采用国际先进水平的铷原子钟和氢原子钟。相比授时精度50纳秒、300万年只有1秒误差的北斗二号,北斗三号将带给用户更好的使用体验。北斗三号还采用了新型导航信号,频率稳定度和信号质量都较北斗二号有大幅提高。

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除了这些,北斗三号身上还有很多创新闪光点:建立星间链路,解决全球布站、卫星境外监测的难题;开发适于直接入轨、一箭多星发射的“全桁架式卫星平台”;卫星设计寿命由8年提升至10-12年……

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北斗三号全球卫星导航星座

更重要的是,北斗三号的研制过程中,加大了国产化部件的应用验证力度,工程师们用超过一般卫星3倍的时间反复验证、测试、迭代,全面考核器部件的可用性、可靠性。目前,北斗三号卫星上的关键部件全部实现了国产化

中国为什么一定要搞“北斗”?

因为全球卫星导航定位系统

“国之重器”、“大国标配”

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北斗导航系统目前的覆盖范围主要集中在亚太

过去的一年其实是北斗系统高密度发射的关键年,这次将北斗三号第18、19号卫星送入轨道之后也完成了19颗北斗三号导航卫星的发射和1颗北斗二号的发射任务。可以认为北斗导航35颗卫星组网的一大半(19/35)都是在过去一年的时间内完成的,组网间隔时间最短仅为17天也刷新了美俄导航系统年发射组网的记录。

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已建成的全球定位系统

当今世界上有两个已经建成的全球定位系统,即美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯系统

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发射GPS卫星

GPS在1994年建成,24颗导航卫星组网,轨道倾角55度,早期定位精度在10米左右。目前该系统正在用GPS blockIII卫星进行换代。GPS blockIII卫星与北斗系统类似,具有双向数据能力

,也有单向客户端被动定位的模式,这是之前二代GPS卫星所不具备的能力。

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GPS系统

俄罗斯的格洛纳斯系统于1982年开始研发,也是24颗卫星组网,在卫星发射频率、坐标系使用以及时间标准方面与美制GPS有一些区别。由于历史原因,该系统一度缺失多颗导航卫星几近荒废,2000年之后俄罗斯开始重新组网。到了2006年,格洛纳斯系统才达到17颗卫星。

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格洛纳斯系统

截止2018年,该系统在轨卫星数量为26颗,定位精度比美制GPS要低一些,在数十米至100米,军用精度为10米。随着俄罗斯经济的复苏,下一代Glonass-K2和KM导航卫星正在研发中。因为导航卫星也是有寿命的,一般在7年至12年,一旦失效就要补网发射。从运营上看,维持一个全球导航系统的运行是要有长期投入的。

正在打造的全球定位系统

中国的北斗导航系统和欧洲的伽利略系统都处于正在建设中,定位一致,都是全球导航系统。与日本、印度正在组网的区域导航系统有本质的区别。伽利略系统也计划在2019年具备完全工作能力,在2020年实现30颗导航卫星的全部组网,其中包括24颗工作星、6颗备用星。伽利略系统在建立初期,中国、印度、韩国等都加入。

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伽利略导航系统示意图

2006年,中国选择了独立发展北斗系统,也有了今天看到的完完全全属于我们自己的北斗导航系统。可以认为北斗系统和伽利略系统存在一定的竞争关系,因为双方都处于组网阶段,而且完工时间也非常接近。伽利略系统要在2020年建成,这也是过去一年北斗系统高密度发射一个外部因素。

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图中可以看出北斗卫星

在亚太上空分布着更加密集的轨道

日本目前正在研发的准天顶导航系统和印度IRNSS区域导航系统定位都是区域性质,服务范围比较小。

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全球及区域卫星导航系统

全球导航定位系统是大国标配

北斗导航历史近20年,距离最后一个关键年近在咫尺,2020年之后北斗导航系统将开始为全球服务,届时中俄美欧各拥有一套全球定位系统。建立全球定位系统不仅是

综合国力的标志,也是自身发展的选择

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全球定位系统

从本质上说,导航系统的出现也是军用需求为起点,1958年美国海军研发子午仪定位系统,用于核潜艇的导航和定位,1973美国防部将美空军的621B导航计划与海军导航系统合并,建立了DNSS国防导航卫星系统,这就是GPS的前身。

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民用车载导航

目前导航系统都有军民两用的功能,不仅服务于民间,也满足军方对导航和定位的需求,建立一套完全独立自主的导航系统显然是大国的标配。


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