为什么我们要自己建北斗?除了北斗还有哪些卫星导航系统?

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2020年06月23日 22:07:10
来源:澎湃新闻

6月23日9时43分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星,暨北斗三号最后一颗全球组网卫星,至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。

中国的北斗全球卫星导航系统、欧洲伽利略系统、美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统并称为全球四大卫星导航系统。

其中,美国GPS是全球导航界老大,起步最早,自20世纪70年代开始建造。有了GPS,为什么我们还要花大力气造自己的北斗?除了全球四大卫星导航系统,还有哪些卫星导航系统?

中国科学院空天信息创新研究院研究员、博士生导师徐颖曾表示,卫星导航系统是一把守护国门的金钥匙,自己家的这把金钥匙一定要握在自己人手中。

美国GPS系统于1994年建成,全系统在1995年投入运行。美国曾承诺在95%的情况下维持至少24颗可用的GPS卫星。过去几年已发射30多颗可操作的GPS卫星。

为了保护自身利益,美国在研制GPS系统时使用了两套不同的标准向用户提供定位服务,分军用和民用两种定位模式。

军用定位模式最初精度在10米左右,主要供美国军方及其同盟国使用,目前已经可以达到1米以内。另一种民用方式向全球开放,最初精度为100米,目前精度可达到5米以内。

对于全世界应用最广泛的美国GPS导航系统来说,曾有一段时间,美国在自己的导航系统上添加了干扰性误差。

美国自己知道误差数据、可以直接修正,但其他国家无法修改那时候GPS系统的精度在百米左右。后来全世界抗议,美国才取消了人为误差,把精度恢复到10米左右。

法国前总统希拉克曾说,没有伽利略系统,欧洲“将不可避免地成为(美国的)附庸,首先是科学和技术,其次是工业和经济”。

伽利略系统是欧洲的全球卫星导航系统。为了减少对美国GPS系统的依赖,1999年欧洲提出伽利略计划,2002年欧盟正式批准启动自己的伽利略项目。

该系统预定于2020年实现全部卫星组网,一旦可以达到完全操作能力,伽利略系统将由30颗卫星构成。

在精度方面,GPS系统对地面目标的定位误差大约为10米,而伽利略系统的免费公共服务误差为1米左右,加密的收费服务误差为30厘米。

不过由于成本等问题,伽利略系统的建设并非一帆风顺。直到2016年12月,该系统才启动“初始服务”,为全球用户提供定位、导航和授时服务,并且没有采用星间链路技术。

上线一个月后,系统组网卫星上的原子钟出现大规模故障,18颗卫星上72台原子钟有9台停止工作。由于当时故障原子钟分布较“均匀”,对卫星运行影响不大。

受与地面基础设施相关的技术问题影响,去年7月,伽利略系统初始导航和计时服务暂时中断,搜索和救援服务并未受影响。部分服务“休克”一周后,伽利略系统才恢复正常。

另外,格洛纳斯全球卫星导航系统是俄罗斯的军民两用系统,可为全球用户提供陆地、海上及空中的定位和导航服务。

1982年10月,随着“Kosmos-1413”卫星发射,格洛纳斯系统开始进入测试。1995年格洛纳斯系统成为一个完全可操作的系统,不过一个重大缺点是缺乏民用导航设备和民用用户,且精度低于GPS。

格洛纳斯系统导航信号全球覆盖需要24颗运行的卫星。目前,格洛纳斯轨道星座拥有27颗卫星,包括25颗“格洛纳斯-M”和2颗“格洛纳斯-K”。其中23颗卫星用于指定用途,1颗正进行飞行测试,1颗处于技术维护状态,2颗备用。

除中国、美国、欧洲、俄罗斯之外,日本和印度也在寻求建设自己的卫星导航系统。

日本在卫星定位方面完全依赖美国的GPS系统,因此希望建立能兼容美国GPS并能提高定位精度的自有卫星定位系统,未来实现不依赖美国GPS的独立全球卫星定位系统。

日本“引路”系列卫星被称为准天顶卫星系统,该卫星系统包括多颗轨道周期相同的地球同步轨道卫星,这些卫星分布在多个轨道面上,无论何时,总有一颗卫星能够完整覆盖整个日本。这一系统也被称为日本版的GPS。

2010年,日本“引路”1号卫星发射升空。2017年6月日本发射了“引路”2号,当年8月又将“引路”3号送入预定轨道。2018年,日本初步形成4星运行体制,计划到2023年实现7星运行,从而摆脱对GPS的依赖。

印度区域导航卫星系统(NavIC)由7颗卫星组成,只覆盖印度周边地区。2013年7月发射印度区域导航卫星系统第一颗卫星IRNSS -1A。2017年印度想用IRNSS-1H卫星替代IRNSS-1A卫星时还遭遇了发射失败,整流罩在火箭上升过程中未能成功分离。

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