差点替代北斗的伽利略瘫痪背后是中国与美欧暗战(3)-随便找财经网

差点替代北斗的伽利略瘫痪背后是中国与美欧暗战(3)

　　卫星要有高稳定的时间基准信号，需要星载原子钟，这是导航卫星的“心脏”。在建设北斗之前，中国原子钟技术非常薄弱，原子钟产品全靠进口。进口钟不仅价格昂贵，而且关键技术掌握在别人手里，将使北斗系统潜伏巨大安全隐患。

　　“我们自己的导航卫星一定要用我们自己研制的原子钟！”北斗系统总师、“两弹一星”元勋孙家栋说。

　　原子钟工作原理涉及量子力学、电学、热学以及光学等学科，指标要求相当苛刻。中科院武汉物理与数学研究所、航天科技(12.260, 0.02, 0.16%)集团空间技术研究院、航天科工集团二院 203 所等单位对星载铷原子钟一系列关键技术开展攻关。

　　这是一项非常“熬人”的工作，为了保证24小时不间断地测试，科研人员经常是白天调试，晚上盯在测试仪器前，观察数据，一测就是一整夜。在日夜兼程进行调试的阶段，大家就像上了发条的“钟”一样连轴转。

　　“三天三夜不合眼，那种上眼皮如同坠了铅的感觉大家一开始很不适应，有了第二回、第三回后大家都习以为常了。”大家做梦经常会梦到原子钟联调的情景：如何接线、如何搭电路、示波器上如何显示，如同真实的工作场景一般。有时，技术人员一觉醒来，立马翻身下了在办公室里的行军床，赶紧将梦中的情境记录下来，验证、调试，困扰多日的问题竟然解决了。

　　2005年，203所交付了我国首批两台星载铷原子钟工程化初样鉴定机，标志着我国原子钟自主化迈出一大步。2007年，赶上了为争夺频率资源提前发射的北斗试验星，我国自主研制的星载铷原子钟上天服役。

　　如今，我国已在国产北斗芯片、模块、天线等关键技术方面取得全面突破，已掌握卫星导航芯片核心技术自主知识产权，北斗芯片跨入40纳米新时代。

　　特别值得一提的是，第16颗北斗卫星开始，首次使用中国制造的“龙芯”中央处理器（CPU）。国产化率达到95%。卫星上有3个被称为“单机”的黑盒子，每个约有4本400页的32开图书摞起来那么大。其中两只黑盒子里，每只装了2片龙芯1E芯片和4片龙芯1F芯片。龙芯1E负责进行常规运算，龙芯1F完成数据采集、开关控制、通讯等处理功能。

　　北斗照耀

　　北斗有五个非常显著的特点。

　　第一，是三种工作频率。北斗使用的是三频信号，GPS使用的是双频信号，这是北斗的后发优势。三频有利于提升抗电离层的干扰，提高定位可靠性。

　　虽然GPS从2010年5月28日发射了第一颗三频卫星，但等到GPS卫星全部老化报废更换为三频卫星还要好几年。

　　第二，是有源定位及无源定位的结合。有源定位就是接收机自己需要发射信息与卫星通信，无源定位不需要。有源定位的好处是当你观测的卫星质量很差，仍然可以定位。坏处是在战争中会暴露你的位置信息。

　　孙家栋院士说：“有源与无源两种体制的结合，是中国北斗的最大特色和亮点，也是中国北斗的优势所在。”“北斗是八万多人干了20多年，我们走了一条绝无仅有的路，别人都没走过的，我们走成了。”北斗二号总设计师助理郭树人说。

　　第三，短报文系统。北斗的独门绝活。基于这个功能，北斗不但能知道我在哪，还能让别人知道你在哪。这个功能有利于求救。汶川大地震让大家看到了北斗的优势，震区唯一的通讯方式就是北斗一代。

　　第四，建设开通速度。对比伽利略系统，北斗的建设速度快。此外北斗采取分步开通，而GPS之类必须整个系统建成后才能使用。北斗在创新的空间星座支持下，仅仅发射了16颗卫星，就于2012年12月27日在亚太地区正式开通运行，这有利于加快北斗的商用进程。

　　第五，三种轨道。目前另外三个全球卫星定位系统都采用距离地面20000千米左右的中圆卫星轨道，而北斗是唯一采用三种轨道搭配的星座：27颗卫星处在距离地面21500千米的中圆轨道，分布在三个轨道面上，保持55度倾角；5颗卫星采取赤道上空35800千米高的地球静止轨道；3颗卫星处在地球同步轨道（也接近35800千米高）、保持约55度倾角。

　　北斗的地球静止轨道和倾斜同步轨道是为中国乃至亚太地区特殊定制而来。亚太地区可以几乎永久保持至少12颗卫星可见，大幅提高该区域定位精度。

　　尾声

　　2018年12月24日，马斯克在推特上转发了《科学人》杂志的有关我国探月工程嫦娥四号探测器成功发射的文章，并评论道：“中国在太空方面的进步令人惊叹，2018年他们完成的轨道发射数量首次超过了。”

　　2018年12月23日，在几次拖延之后，第三代GPS系统的首星在卡纳维拉尔角发射升空，这是2016年最后一颗GPS-IIF卫星升空后，首次发射GPS系统的新卫星。

　　2018年，我国一口气部署了17颗北斗第三代导航卫星，同样在年底，中国宣布“北斗三号”基本系统开始提供全球服务。

　　按照北斗35颗卫星的设计布局，2018年是北斗建设史上最核心的一年，10箭18星，也创下了全球卫星导航系统组网最快纪录。世界四大系统中，GPS系统最快纪录为一年6星，苏联/俄罗斯格洛纳斯系统为一年9星，欧洲伽利略系统为一年6星。

　　当年，陈芳允院士提出“双星定位”，仅仅两颗卫星，计划被搁置了十年。陈先生去世已经18年了，世界真的变了，中国也真的变了。

　　小学有一篇语文课文，叫《要是你在野外迷了路》，许多中国人都学过。“要是你在野外迷了路，可千万别慌张，大自然有很多天然的指南针，会帮助你辨别方向。”

　　想给这篇课文加一句：天上还有些星星，是中国人建成。告诉你位置，还可以告诉最想念你的人。

　　想向开拓中国北斗事业的这些科研工作者致敬。

　　延伸阅读：

　　原标题：伽利略系统“拉闸”，也许要从缺少这个技术说起

　　来源：科工力量

　　文 | 石豪

　　从北京时间2019年7月10日起，欧洲伽利略卫星导航系统开始出现数据中断等异常情况。

　　7月11日22时45分，欧洲GNSS服务中心发布公告，称伽利略系统所有卫星“服务降级”，导航信号可能不可用，正在尽快修复。

　　而就在7月14日凌晨4时15分，欧洲GNSS服务中心再次发布公告，宣布“用户服务中断”。

　　四大全球导航系统之一的伽利略，陷入全面“拉闸”状态。

　　罕见的故障

　　自1978年发射第一颗GPS卫星以来，人类对全球导航卫星系统（GNSS， Global Navigation Satellite System）的建设已经超过40年，形成了GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗和欧洲伽利略四大系统。虽然各系统的发展都不是一帆风顺，单星故障、服务不稳定等小毛病不算少，但像伽利略系统这次的全局服务中断故障，着实罕见。