文/ Sue

2020年6月23日9點43分，在西昌衛(wèi)星發(fā)射基地，“北斗三號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成功發(fā)射最后一顆衛(wèi)星?，F(xiàn)在，太空中有55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，正圍繞地球，晝夜飛行，為地面上2700多個基準站發(fā)射信號，改變著無數(shù)人的生活方式。

三球交會定位原理

從20世紀80年代提出設(shè)想，到1994年“北斗一號”工程建設(shè)正式啟動，并于2000年發(fā)射2顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星，到2004年“北斗二號”正式立項，再到如今最后一顆“北斗三號”衛(wèi)星成功發(fā)射，完成全球組網(wǎng)，這項龐大的航天工程，歷時30多年，終于轉(zhuǎn)入長期管理模式。

北斗系統(tǒng)（BDS）和美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）、歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo）并稱為“全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）”。北斗系統(tǒng)由于是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，且可以為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)而備受全球矚目。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一項龐大、繁瑣、精密的航天工程，起步較晚的北斗系統(tǒng)是如何趕超、實現(xiàn)的呢？

要想實現(xiàn)定位功能，首先要在太空中至少布置3顆導(dǎo)航衛(wèi)星。它們不斷地向地球發(fā)射電磁波信號，我們利用導(dǎo)航設(shè)備接收信號，信號在一發(fā)一收之間產(chǎn)生的時間差乘以電磁波的傳播速度（等同于光速），便可以計算出我們與衛(wèi)星的距離。

這3顆導(dǎo)航衛(wèi)星所構(gòu)成的三個球面相交后，可得到A、B兩交點，A、B點都可能是我們的位置。而兩點之中，僅有B點位于地表附近，于是便鎖定了我們唯一的位置。如果只有一兩顆衛(wèi)星，是做不到這一點的。這就是衛(wèi)星導(dǎo)航的秘密，即三球交會定位原理。

實現(xiàn)從無到有的跨越

在實際操作中，各種各樣的誤差不可避免。為消除誤差，往往還需要第4顆衛(wèi)星的輔助。而為了保證時刻接收到4顆及以上衛(wèi)星的信號，衛(wèi)星總數(shù)往往要遠遠多于4顆。美國GPS系統(tǒng)和俄羅斯GLONASS系統(tǒng)的導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)量都在24顆以上，也是這個道理。

然而，這對當時國內(nèi)的技術(shù)條件而言，幾乎是不可能實現(xiàn)的夢想。那么能不能用更少的衛(wèi)星完成目標？中國科學(xué)院院士、“兩彈一星功勛獎?wù)隆鲍@得者陳芳允給出了答案：由兩顆衛(wèi)星組成的雙星定位系統(tǒng)。

他提出，在地面設(shè)置一個導(dǎo)航系統(tǒng)的“大腦”，即地面控制中心，利用地面控制中心，人們可以在地球周圍設(shè)置一個虛擬的球體，并通過控制中心、衛(wèi)星、用戶三者之間的交互，計算得到用戶的位置。

可即使只需要兩顆衛(wèi)星，這也是一項極其艱難復(fù)雜的工程。從1994年方案獲得正式立項，到2000年“北斗一號”的兩顆衛(wèi)星成功入軌，無數(shù)科研人員奮戰(zhàn)6年，終于夢想成真，中國的導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)了從無到有的跨越。

從“北斗一號”到“北斗三號”

這一蹣跚起步的過程中，自然是困難重重。比如，導(dǎo)航系統(tǒng)需要用到精度極高的原子鐘。研發(fā)“北斗一號”時，我國并不具備這方面的生產(chǎn)能力，只好從國外進口。但到“北斗二號”時期，采購渠道遭到封鎖，無奈，科學(xué)家們只能從零開始研制原子鐘。

太空資源，講究先到先得。美國和俄羅斯的人造衛(wèi)星已經(jīng)占據(jù)了導(dǎo)航的黃金頻段和軌道，這使得優(yōu)質(zhì)太空資源日益稀缺，研發(fā)工作越發(fā)顯得時間緊、任務(wù)重。

2004年，“北斗二號”立項。為了獲得專屬頻道，科研人員專門向國際電信聯(lián)盟提出申請，但應(yīng)要求，在申請通過后的7年內(nèi)，“北斗二號”衛(wèi)星必須實現(xiàn)發(fā)射入軌和信號接收，否則相關(guān)資源將被回收。這意味著，科學(xué)家們必須在7年內(nèi)爭分奪秒、萬無一失地完成“北斗二號”的研發(fā)任務(wù)。

北斗系統(tǒng)的研發(fā)之路異常艱難，但科學(xué)家們沒有放棄。他們擁有一份無比堅定的信念：讓中國的衛(wèi)星來守護中國的天空。于是，從“北斗一號”的首星發(fā)射到“北斗三號”的末星入軌，我們看到無數(shù)科學(xué)家們不曾退卻，步步為營，努力拼搏，最終收獲成功的身影。

2020年6月23日，北斗系統(tǒng)成功完成全球組網(wǎng)！這一系統(tǒng)將被廣泛應(yīng)用于電力、金融、通信、交通、農(nóng)業(yè)、測繪、減災(zāi)救災(zāi)等生產(chǎn)和生活的方方面面，更重要的是，中國可以徹底擺脫對全球定位系統(tǒng)（GPS）的依賴。

現(xiàn)在，有300多個單位正為之孜孜不倦地工作。8萬多名“北斗人”將一起同心協(xié)力，用中國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，創(chuàng)造出擁有無限可能的新未來。

那些被“北斗”改變的生活

北斗全球組網(wǎng)成功，不單是我國航天史上的一次里程碑事件，它也將從此深刻地改變我們的日常生活。從衣食住行到每一口呼吸，我們的生活被北斗“承包”了。

●外賣秒達美滋滋

當外賣平臺遇上北斗系統(tǒng)，“阿宅”們的生活就更加美滋滋了。配備了北斗車載終端和手環(huán)，外賣小哥便可獲得最佳的配送方案。北斗系統(tǒng)實現(xiàn)了車、人、貨信息的實時調(diào)度，送餐效率立馬提升。

●誰知盤中餐也有衛(wèi)星守護

如今，裝有北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的無人收割機可以奔馳在廣袤的田野之上，滿載農(nóng)民伯伯豐收的喜悅。隨后，這些被收割下來的糧食，又將通過裝載了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車運送到華夏大地的每一個角落，最終運到你的手中。誰知盤中餐，竟也有了衛(wèi)星的守護。

●揪住空氣里的PM2.5

北斗的定位精度極高，可以實現(xiàn)分米、毫米級別的定位，更小的東西也能被北斗“看見”。比如，它可以將空氣里行蹤不定的污染物納入環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)，也就是說，沒有一顆PM2.5能逃出北斗的“慧眼”。保障我們呼吸的每一口空氣都是清新的，北斗做到了。

●等公交再也不心焦

地面公交搭載上北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅能合理地調(diào)動整座城市的每一輛公交車，提高運行效率，還能對到站公交進行實時預(yù)報，準確率達到95%。從此以后，每當你到達公交站，抬頭一看實時時刻表，就能知道自己想坐的公交車什么時候抵達了。

●一秒找到共享單車

用過共享單車的人，或許都曾有過這樣的經(jīng)歷——騎車五分鐘，找車一刻鐘。現(xiàn)在，北斗可以避免這樣尷尬的事情發(fā)生。共享單車將通過北斗提供的亞米級高精度定位，向租借人提供精準的單車位置。即使在高架橋下、樓宇間、樹蔭下等信號遮擋的地方，定位也不會“漂移”。

●“路癡”們的特效藥

據(jù)統(tǒng)計，2020年第一季度，在中國市場申請入網(wǎng)的智能手機中，超過75%支持北斗定位。只要你擁有一只置入了北斗芯片的手機，就可以收到北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航信號。駕車出門，它可以幫你精準地躲避擁堵，選擇最佳路線。有了這樣的手機，再迷糊的路癡也很難再迷路。