90年代的三大耻辱,造就了北斗卫星的诞生

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2022-07-16 10:28星知计划创作者
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网络上一直流传着这样一句话:90年代的三大耻辱,造就了北斗卫星的诞生。

第一耻:1993年的“银河号”事件

“银河号”是我国一艘万吨级集装箱船,于1984年下水,之后承担着从天津到科威特的国际运输任务。1993年7月7日,银河号正常驶出天津港口,预计在8月3日时抵达迪拜卸货,然后再前往科威特,这是它第81次出航,所有人都以为这次会和以往一样顺利,却不知道有人在前路上为它设下了一个多大的陷阱。

“银河号”出航后第17天,也就是7月23日,美国一名驻华大使跑到我国外交部,声称他们得到情报,“银河号”货轮上运载了违禁化学品——硫二甘醇和亚硫酰氯,并且他们怀疑这是我国提供给伊朗研究化学武器的材料。

而他们所谓的情报中,除了货轮的名字没错之外,其他的都是错的。中国断然对他们的说法进行了反驳。但一向嚣张跋扈的美国并未因此放手,反而派出飞机和舰艇开始跟踪监测“银河号”,并在8月2日的时候,强制“银河号”停驶,他们要上船检查。与此同时,迪拜港也给“银河号”发来信息,说他们拒绝其入港卸货。

当时“银河号”的船长是张如德,他拒绝了美军的登船检查,第一时间将情况上报国内相关部门,外交部对此向美方提出严重抗议。8月3日的时候,美国表示要对我国进行经济制裁,并公然要求银河号返回出发地,否则他们将强行登船检查。

当时,我国的海军实力尚且不足以捍卫自家海洋的大门,更不用说远在海外了。如果放到现在,说不定辽宁舰、山东舰,喊上“三弟”一起就冲过去了。为了不激化矛盾,银河号不得不在公海上停下,周围是虎视眈眈的美国军舰。此时,美方提出了3个无理的要求:一是银河号立即返航,二是允许美国人上船检查,三是要停在原地,等候发落。中方拒绝了其无理要求后,美国竟然关闭了“银河号”导航系统,银河号找不到方向只能停在原地。当时,我国的船只用的都是GPS导航。

这一停就停了22天,中美谈判也进行了22天,最终美国代表在中方的陪同下还是登上了船,检查一圈什么都没发现后声称是其中央情报局情报错误,造成了这场误会。直到9月4日,银河号才被放行,前后共在公海上困了33天,给我国造成了1290万美元的损失。

当时负责处理此事件的中方代表,连说了17个“窝囊”。

第二个是1996年的XX危机,大家自己去查。

第三耻:1999年南联盟大使馆被轰炸

1999年5月7日晚,是中国人永远不会忘记的一个惨痛的夜晚。当天晚上,中国驻南斯拉夫大使馆被轰炸,敌方投下的5枚精确制导重型炸弹,是由美国B-2隐形战略轰炸机携带,分毫不差地落在了中国大使馆的头上,新华社记者绍云环,光明日报记者许杏虎和朱颖在爆炸中遇难。

消息传来,举国震惊,国家成立专门小组前往南联盟处理善后事宜,并立刻与北约和美国进行抗议和交涉。但他们都是一幅“战争造成意外”是难免的姿态,这一行为惹怒了中国国民和世界上一些爱好和平的人士和国家,世界各地游行不断,纷纷指责北约和美国的残暴行为,但对方最终给出的解释是“地图地标标错”了,所以误炸了中国大使馆。虽然最终在中方的强烈要求下,美方的做法大部分满足了谈判时中方提出的要求,比如道歉、赔偿。但就轰炸中国大使馆的真相,对方却一直没有给出另中国和世界满意的答复。

以上“三耻”都与卫星导航有关,在这样的背景下,我国决定自己研发导航系统。

“北斗一号”卫星的诞生

1994年《关于印发双星导航定位系统工程立项报告的通知》印发出台,标志着“北斗一号”项目开始启动、研发。担任工程总设计师的是65 岁的中科院院士孙家栋。

当时世界上存在着两套导航系统,分别是美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯,这两个系统可都是大手笔,前者由24颗卫星组成,后者由30颗卫星组成。这样庞大的工程对于上个世纪90年代的中国而言,是很难做得出来的,当时的中国航天和导航技术都相对落后,想要短时间内将大量卫星送上太空几乎是幻想,那怎么做才行用最少的卫星实现定位的目标呢?

陈芳允,中国科学院院士、两弹一星功勋奖章获得者、中国卫星测量、控制技术的奠基人之一,提成了一个大胆的方案:双星定位系统。通俗点儿讲就是我们要定位,不需要发送那么多的卫星,可以通过地面控制中心、用户和卫星三者之间的交互,来定位、计算位置。

经过6年多的研发,2000年10月13日“北斗一号”第一颗卫星发射升空,12月12日,第二颗也成功,2003年5月25日,第三颗被送入太空,三颗卫星组成了完成了卫星导航定位系统,也标志着我国是继美国、俄罗斯之后,第三个建立了完善卫星导航系统的国家。

“北斗一号”卫星定位系统可覆盖中国全境,在2008年汶川地震的时候发挥了重要作用。救灾部队携带“北斗一号”终端机在通信没有休息、信息传输不畅的情况下,不断从前线发回各类灾情报告,为后方的抗震救灾工作提供了信息支援。

但它也有缺点,首先是其“发短信”式的交互模式过于繁琐,且很容易被拦截,如果用于军工方面就太危险了。其次其定位精度和时间精度与GPS相比还差距明显,“北斗一号”的三维定位精度是20~100米,时间精度是20~100纳秒,而当时GPS的定位精度是10米,时间精度是20纳秒。另外支持的用户数量也较少,仅支持150个用户同时在线,离全球定位系统还差得很远。

攻难克艰,实现2007年4月17日目标

2000年6月,联合国国际电信联盟发了一则公告,各国可平等申请最后一小段航空导航频段,先到先得,但必须在2007年4月17日之前能成功发射导航卫星并成功拨号,否则就没有资格了。这就像现在的星链一样,谁占上就是谁的,你也别管人家用不用。

导航卫星最好的分布区是在中地轨道,且在中地轨道上理想位置也不多,而美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯两个系统已经占用了80%的黄金导航频段。而我国要想实现全球导航定位,这是最后的机会了。

所以,“北斗二号”被提上日程,并开始研发。

肯定有人会想,有了“北斗一号”,研发“北斗二号”还不简单嘛,毕竟有经验了嘛。但“北斗二号”和“北斗一号”是不一样的,最大的研发难度是北斗二号的心脏:

导航卫星最常用的两种方法是多普勒测速、时间测距。多普勒测速定位方法是这样的:用户测量实际接收到的信号频率与卫星发射的频率之间的多普勒频移,并根据卫星的轨道参数,算出用户的位置。“北斗一号”就是用的这种方法。

而时间测距导航定位是利用测量信号的传播时间,即测量系统中4颗(或3颗)卫星发来信号的传播时间,然后完成一组包括4个(或3个)方程式的数学模型运算,求出距离后来定位用户位置。美国的GPS和“北斗二号”采用的就是时间测距。

要实现时间测距,必须有铷原子钟,而在2000年之前,中国并没有铷原子钟,所以要在7年的时间里将“北斗二号”送上太空,是一场非常艰难的攻坚战。

同时,要申请航空导航频段也需要时间。国家做了两手准备,一边申请,一边想办法研究铷原子钟。

当时,欧盟提出了“伽利略”计划,向全球开放注资,我国想着能不能与其合作,来研究下铷原子钟?并于2003年9月加入该计划,注资了2.3亿欧元,但欧盟把钱收了,核心技术根本就不对中国开放,甚至还处处掣肘。这样下去,别说研究铷原子钟了,就是个边角料的技术我们也拿不到啊,想在2007年将导航卫星送上太空,无异于痴人说梦。

但我们又不能放弃,所以北斗二号的科研人员开始专注于研究自己的铷原子钟。此时,联合国通过了中国的申请,“北斗二号”项目正式落地。

经过科学家们夜以继日地研究,终于在2005年研制出了国产初代铷原子钟。毕竟是新诞生的技术和产品,大家都不知道其效果会咋样,所以就想着能不能用国产铷原子钟和国外进口的搭配使用。问到欧洲的时候,人家知道我们缺什么,所以狮子大开口,要我们的铷原子钟可以,但是要花高价购买。总设计师孙家栋一怒之下,不买了,北斗二号我们要全部用国产的铷原子钟。其他的卫星零件同步做,加快时间。

时间一转到了2006年9月,酒泉卫星发射中心成功发射了带着200多公斤种子和一台国产铷原子钟的“实践八号”育种卫星,卫星进入轨道后,地面研发团队开始对每项数据进行测试,最终测试结果一切正常,标志着我们终于成功研制出了国产“北斗二号”的心脏,终于不用再受国外的技术掣肘了,并于2007年4月14日4点,成功发射了“北斗二号”第一颗卫星,并在4月17日晚上8点,接收到了该卫星的信号,我们成功了。此时,距离联合国规定的时间,还差不到4个小时,可以说是险之又险了。

在接下来的几年里,从2009年4月15日到2012年10月25日23时33分,北斗二号的第2颗~第16颗卫星相继被送入太空。

与北斗一号相比,北斗二号进步明显,覆盖范围扩大到了亚太地区大部分区域,定位精度提升到了10米,时间精度提升到了10纳秒。此时,我们距离全球定位导航还差一步。

北斗三号,实现天罗地网

北斗三号要实现的目标是全球定位导航,同时也是我国导航卫星系统的一次全面的升级。首先是卫星的使用寿命延长了,从原来的8年增加到了10年以上,其次是卫星所有的零件都实现国产化,原子钟的精度再次提升,达到了1000万年差1秒的精度。而火箭发射技术也得到了长足的进步,一箭双星技术已经运用的挥洒自如。

在众多技术的进步加持下,2017年底“北斗三号”第一颗和第二颗卫星由一枚火箭送上太空,2018年全年9枚火箭将第3颗到第19颗卫星送上太空,2019年全年6枚获奖将第20颗到第27颗卫星送入太空,2020年,最后3颗卫星也成功发射,至此,北斗三号30颗卫星全部到位,组成天罗地网,终于实现了全球覆盖。

而与之同步的2700多个地面基站和数据处理中心也在短短几年的时间里遍地开花,组成了一张强大的地面数据加工网络。为了保证卫星在国境外缺少地面指令的情况下能正常运行,科研人员在卫星与卫星之间建立了通信、测距等沟通渠道,即便地面基站全部失效不能用,远在太空的导航系统还能继续共工作至少60天。

现在,北斗卫星导航系统已经应用到了我们生活中的方方面面,小到定位共享单车的位置、装备运输工具,大到监测大坝、大桥等工程外观是否变形,自然灾害的检测、军事领域的应用。它为中华民族的伟大复兴贡献了巨大的力量。

小结:

如果此时的你抬头,从头顶上经过的卫星中,可能就有北斗导航卫星系统中的几颗。从1994年到2020年,二十多年的时间里,我们的导航系统从无到有,从有到强,见证的不仅仅是导航系统的发展,更是我国一部技术上的艰难攻坚史。未来的每一天,我们都离不开北斗导航卫星,世界也将离不开它的导航,这就是大国重器。

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