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身负两大“绝活”的中国北斗 能超越美国GPS吗?

时间: 2017-10-11 21:03| 来源: 瞭望智库 |查看: | 评论:   发表评论 分享到微信

摘要: 中国的目标是在2020年将北斗系统的国内利用率到提高到60%。与北斗三号对应的半导体芯片正在开发过程中,将于近期正式投入市场,应用于汽车导航系统和共享单车位置管理系统。
10月9日,《日本经济新闻》报道,中国将于11月发射定位精度更高的北斗三号全球组网卫星,到今年年底将增至4颗。


2018年前后,中国将完成18颗北斗三号全球组网卫星发射,为“一带一路”沿线国家提供基本服务,2020年形成全球服务能力。


文 |  毛新愿 瞭望智库特约科技观察员

身负两大“绝活”的中国北斗 能超越美国GPS吗?_图1-3



1994年,中国着手研发北斗防空系统;2000年,开始应用于试验卫星发射;2011年底,面向民间开放。


现在的北斗二号系统由23颗卫星组成,覆盖中国和西太平洋,其定位精度约为10米。中国开发的北斗三号系统将定位精度提高至2.5米至5米。


中国的目标是在2020年将北斗系统的国内利用率到提高到60%。与北斗三号对应的半导体芯片正在开发过程中,将于近期正式投入市场,应用于汽车导航系统和共享单车位置管理系统。北京拜克洛克科技有限公司透露,将利用北斗系统管理ofo共享单车位置。
 
1
有了GPS,为啥还要搞“北斗”?



GPS全称为Global Positioning System,隶属于美国空军,能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。


这个系统主要包含民码和军码两种信号,二者精密级别不在一个量级,前者是毫米级别,后者是分米级别。


GPS有多强大?


军事方面:目前,美国几乎所有的飞机、坦克、舰船、单兵、精确制导弹药都在使用GPS。


在战场上,精确制导的重要性毋庸置疑。


最典型的应用是在1991年海湾战争时期,美国轰炸伊拉克水电站,至少需要数百吨常规弹药,并且,轰炸机面临着巨大的防空火力威胁。而基于GPS和图像精确制导的导弹,只需两颗——一颗炸出缺口,第二颗沿着缺口飞进去,在百公里外发射便可自动飞向目标。


第二次海湾战争期间,甚至出现了导弹顺着新闻大楼通风口一直钻下去的高精度袭击场景。
  

此外,对于战场指挥系统,特别是大空间跨度的指挥,极其精确的时间同步也是非常重要的,GPS都可以做。


民用方面:离开了GPS,手机不能导航,微信不能共享位置,各种地图都不能用......


离开了GPS,国家的电网都会没那么稳定。


离开了GPS,各大股票/大宗商品交易所的时间没法精确同步(GPS可做到纳秒级别授时),为确保安全,金融效率会降低很多,还玩什么高频交易、超短线?


离开了GPS,科学界现在的大气、重力场、地球磁场、地球板块运动、地震及火山自然灾害、地球洋流和海平面变化、冰川运动和融化等研究,就基本可以退回到20年前的状态了,这些年上述领域的重大突破都和GPS有紧密关系。


离开了GPS,自动驾驶技术、精密农业、民航飞机高精度起飞降落自主导航,都是梦。


离开了GPS,超大工程定位,比如港珠澳大桥、高铁、突破人类天际的各个中国大桥,就没那么多中国速度了,测量与校正就足够折腾的。
......
然而,这么重要的GPS,极易被控制。


如果完全依赖GPS,美国加上了干扰,怎么办?或者,根本不让你用了呢?还有更极端的,干脆给你发送虚假的GPS信号呢(GPS的干扰、欺骗都容易实现)?


那么,轻则汽车、轮船等走错路,重则导弹攻击错误目标,打到自己也极有可能。 


在美国GPS一家独大之时,美国军方在所有民用信号上放了干扰。后来俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)系统出现,美国为了应对竞争才取消了这个干扰(2000年5月2日)。从图中可以看出,取消干扰后,民用信号的定位精度直接从百米级提高到了今天的米级。


身负两大“绝活”的中国北斗 能超越美国GPS吗?_图1-4

 
曾经高度依赖美国GPS系统的印度也吃过大亏。


1999年,印巴卡吉尔(Kargil)战争期间,美国觉得不能让印度太得瑟,就直接关闭了印巴战区的所有GPS服务,导致印度的武器和士兵瞬间“失明”,遭受了巨大的损失。


后来,印度痛定思痛,放弃了自己原先开发的GPS增强系统及与GPS相关的卫星,自己做了一套区域性的导航系统。
 
2
大国重器,必须靠自己!



实际上,早在1970年,中国就提出了关于卫星导航技术的论证方案——“灯塔”项目,与美、苏在同一时期,后来,因国内外形势变化被迫下马。


海湾战争给全世界“上了一课”,大家都深刻意识到卫星导航系统的巨大价值。


1993年7月23日,美国无中生有地指控中国“银河”号货轮将制造化学武器的原料运往伊朗。当时,“银河”号正在印度洋上正常航行,突然船停了下来。事后大家才知道,这是因为当时美国局部关闭了该船所在海区的GPS导航服务,使得船不知道该向哪个方向行驶。


“银河号事件”使我们清楚地意识到:卫星导航,我们一定要自己搞出来!


1994年,中国开始进行北斗一号的研制工作;


2000年,发射了两颗静止轨道卫星,实现了区域性(仅限于亚太地区)卫星导航;


2003年,又发射了一颗备份卫星,北斗一号正式完工,中国已经在军事领域(战术武器等)摆脱了对GPS的依赖。


按原计划,中国只需研发出北斗一号应用于亚太地区即可,在全球性应用方面寄望于与欧盟计划共同推出伽利略系统。


2000年,伽利略系统立项;


2003年,中国率先加入该项目,投资超过2亿欧元,并迅速成立了中欧卫星导航技术培训合作中心。


然而,造价仅仅相当于一个欧洲中型机场的伽利略系统(35亿欧元)进展很不顺利,欧盟麾下各国明争暗斗,导致这个项目被不断推迟——计划于2006年前后建成的系统至今仍未完成。中国虽然是投资方,却被不断排挤,欧盟很多核心技术的研究都把中国排除在外。


中国果断决定:自己干!


2007年,中国开始正式建设自己的北斗卫星导航系统,也就是我们熟知的北斗二代。


到了2012年,我们已经发射了16颗卫星,完全覆盖了亚太地区。


北斗二号的建设与运转给我们积累了大量的技术和经验,我们的目光已超越亚太地区、投向全世界任何一个地方。


于是,北斗三号正式开始建设。2015年,中国发射了北斗三号第一颗卫星,目前,进入建设高潮期。


现在,北斗已经成长为共计23颗的庞大卫星导航系统,在2020年,将有35颗卫星处于工作状态,从而实现全球无差别的高精度定位。


身负两大“绝活”的中国北斗 能超越美国GPS吗?_图1-5

2017年9月28日北斗可见卫星图
 

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