北斗织网罩天庭
  • 来源:科普时报
  • 作者:苏 青
  • 2018-09-10 13:05

醉美河山·康县天鹅湖 禹燕 摄

青诗白话

2018年 8月25日7时52分,我国用长征三号乙运载火箭以“一箭双星”方式,成功发射第35、36颗北斗导航卫星。这使得我国北斗三号全球系统组网卫星数量增至12颗,朝着年底建成北斗三号基本系统,为“一带一路”沿线国家提供服务又迈出了坚实的一步。

北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,与美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和欧盟的伽利略卫星导航系统并称世界四大卫星导航系统。北斗系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务,并具备短报文通信能力。

卫星导航系统是重要的空间信息基础设施,对于保障国家安全尤其是信息安全具有极其重要的作用。还在上个世纪九十年代,我国就已经开始了北斗系统工程的建设工作,以期尽快、彻底摆脱对GPS依赖的窘境,并先后于2000年、2012年分别建成北斗一号和北斗二号卫星导航系统,分别实现了面向中国和亚太地区服务的阶段性建设目标。2020年,将建成世界一流的北斗三号系统,为全球用户提供服务;2035年,将建成以北斗为核心的综合定位导航授时体系。

用卫星对任意观察点进行精准定位,除了要准确测定观测点的经纬度和高程外,还得考虑卫星的时钟与接收机时钟之间的误差。因此,实现北斗系统对任意时刻在地面上的任意一观测点的精准定位,除了要保证至少有4颗卫星同时能捕捉到被观测点外,还必须解决星载原子钟的精准定时问题。我们知道,米是国际单位制中长度的单位,被定义为“光在真空中历时1/299792458秒所经过的距离。”所以说,卫星导航的实质就是精确测量时间,定位一米的距离,需要计量十亿分之三秒的时间,可谓差之毫厘,谬之千里。

导航卫星是用原子钟来计时的,北斗系统工程启动时,我国这一领域的技术还是空白,高精度星载原子钟技术被少数西方国家所垄断。而打破这一技术垄断和封锁的正是中科院武汉物理数学所原子频标重点实验室梅刚华研究员所领导的原子钟工程研制团队,他们用了长达20年的时间,终于在2008年研制成功具有完整自主知识产权、满足航天工程要求的星载铷原子钟正样产品,并批量用于北斗二号卫星。随后,梅刚华团队又用5年时间,研制出应用于北斗三号的新一代星载铷原子钟产品,使计时精度与GPS卫星最新一代星载铷钟并列,跻身国际先进水平。这正是:“定位实质是定时,时间本是长度尺。四星标定观测点,一钟影响精准值。超俄赶美殚心血,布星织网吐春丝。关键技术己拥有,何惧对手恐吓滋。”

在北斗系统未建成之前,北京航空航天大学信息工程学院的施闯教授曾问深圳市国土局的领导,如果GPS停用了会怎么样?对方回答道,没有了精准定位,全市的建设任务和工程项目都将停工。为了不受制于他人,施闯带领团队科研人员历时13年重点突破了稳、准、快的北斗位置服务核心关键技术,建立了中国高精度位置网系统,制定了相关成套技术标准和规范,研制了系列核心装备,开拓了北斗系统在公路、水路、基础设施建设等领域的创新应用,实现了北斗系统在交通领域体系化、规模化应用从无到有的跨越式发展,取得了重大的社会效应和经济效益。

目前,利用中国高精度位置网系统,我国已建立起全球最大的营运车辆动态监管平台,实现了遍布全国的530多万辆重点营运车辆的跨地区精细化监管,有效地减少了重特大交通事故的发生。在维护我国领海主权,以及海事救援活动中,该系统同样起到了保驾护航的作用,全国近5万余艘渔船安装北斗终端,累计救助渔民超过1万人,被渔民誉为“海上保护神”。

有感于施闯教授团队自主创新成果的重大意义,我在参与现场考察“中国高精度位置网及其在交通领域的重大应用”科研项目时,即兴赋诗一首,以抒情怀,以表赞意:“北斗织网罩天庭,目标锁定无遁形。车辆监管促业进,交通疏导畅路行。岛礁夺建卫疆域,海事搜救解危情。核心技术自研发,创新发展国安宁。”


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