这是个沉重的话题,1993年7月,我方银河号被美国强行切断GPS,并且在未获我方许可的情况下,擅自用巡洋舰逼停我方银河号,而这一切的理由只是“据可靠消息,银河号载有硫二甘醇和亚硫酰氯(违禁品)”。
银河号具体事件感兴趣的朋友可以自行查阅,总之很憋屈,而在这憋屈的背后,又是深深的无奈,因为当时我国并没有独立的导航系统,美国一切断GPS,所有靠GPS导航的设备就跟“无头苍蝇”一样。
如果银河号连接的是我方北斗,在美国没有确凿证据前,完全不必理会。
下面就一起来看看我国北斗导航的发展史,背后的辛酸应当铭记。
为什么我国要研发独立导航系统?在此之前先说三件事,分别是我国银河号事件、美伊战争、欧盟邀请中国加入伽利略计划事件。
银河号事件已经简单聊过,不再重复。
目前全球导航系统有四套,分别为北斗导航(中国)、GPS(美国)、格洛纳斯(俄罗斯)、伽利略(欧盟)。
导航系统又分为军用跟民用,值得一提的是,导航系统对军用至关重要,伊拉克之前本以为能跟美军好好周旋一番,结果美军直接切断了伊拉克的GPS导航权限,使得伊拉克预警雷达、导弹失灵,甚至指挥官跟士兵之间都没法取得联系,这就导致美军战机犹入无人之境,最后美军以摧枯拉朽之姿,迅速结束了美伊战争,有人说,这场战争也可以被称为“GPS”的胜利。
1999年印巴爆发卡吉尔战争,就在印度想集火巴基斯坦时,美国突然关闭GPS,这让印度军队损失惨重。
其实各国都知道独立导航的重要性,欧盟也想摆脱GPS,所以他们开始启动伽利略导航计划,或许是因为资金不够,他们邀请中国加入。
2002年,中国携2亿欧元参与伽利略计划,结果却被欧盟处处排挤,权限甚至还没有印度、日本这些没参加的国家高,所以我国决定单干,并且在2004年启动北斗2号计划。
此番种种,其实已经足够从侧面反映出一个独立的导航系统对国家的重要性。
发射导航卫星的难度不大,难的是其中的核心部件“原子钟”,这是导航系统的“心脏”,没有原子钟的导航卫星,跟一堆废铁并无区别。
本来北斗二号的原子钟是想问欧洲买的,结果人家不卖,背后的原因非常耐人寻味,因为涉及到“争频问题”,这个稍后会讲。
既然人家不卖,那我国只能自己研究了,虽然我国卫星导航科技水平不高,但在我国科学家日以继夜的研发之下,终于研发出了第一代星载铷钟,其定位精度更是达到了一米!
听闻我国成功研发原子钟后,欧洲又想把以前的原子钟半价卖给我国,可谁稀罕呢?
原子钟
欧洲国家之所以这么做,完全是因为他们想拖慢我国研发速度,因为背后涉及到频段资源的争夺。
大家不知道的是,卫星导航系统是需要占用频率资源的,而这个资源极其珍贵且有限,目前全球只划分了5个频段,并且奉行“先到先得”原则。
5个频段中有好有坏,其中美国跟俄罗斯已经抢占了4个优质频段中最好的部分,所以目前只剩下最后一个次优频段,以后的导航系统只能占用“边角料”频段。
此时欧洲跟中国的研发速度其实是差不多的,大家都想抢占最后一个次优频段,所以欧洲给我国添堵,部分原因就是为了拖慢我国导航系统的研发速度。
2007年,就在我国跟欧洲争分夺秒之际,卫星中的应答机却出现了异常,经过3天3夜的抢修,终于在最后期限几小时之前成功拿到了次优频率资源。
2012年10月,在北斗二号连发16颗卫星后,导航系统正式完成组网。
2020年6月,最后一颗北斗三号卫星成功入网,这意味着国之重器北斗导航系统正式完成了对全球的覆盖,20载光辉岁月,我国从无到有,突破层层技术封锁,并且实现零配件100%国产化,背后离不开无数科研人员日以继夜的努力!
北斗导航系统到底有多厉害?1.时间BUG周期是GPS的8倍多
GPS的起点时间是UTC时间1980年1月6日0时,美国设计人员用周计数和周内秒表示当前时刻和初始时刻的时间差,再结合闰秒得到UTC时间,但GPS的周期太短,仅有1023周,也就是约19.7年。
而人类文明中的航空、交通信号灯、电网等等,采用的都是GNSS授时,主要是因为成本比高精度原子钟低,所以当GPS的周计数从“1023”翻转到“0”时,GNSS授时很容易出差错,接着就是相关系统发生紊乱,从而增加了事故的概率。
而我国的北斗导航也有时间BUG,但我们的周期时长高达160年,足足是GPS的8.12倍,我们这辈子是活不到北斗周期翻转的那一天了。
2.独创短报文系统
使用导航系统时,咱们基本上只能接收信息,不能发送信息。
但北斗不同,它既可以接收,也可以发送,这是什么意思呢?
你可以把北斗导航看做一个网络论坛,除了接收上面的信息之外,你还能跟别人聊天,也就是说有“聊天通讯”的功能,这是其他导航系统所不具备的。
为什么美国拿北斗没办法?1.零件100%国产化
这点非常重要,比如光刻机,最顶尖的光刻机需要全球大多数国家的最先进科技成果,所以国外科学家曾说:“就算把光刻机图纸给你,你也造不出来。”
如今这世界格局大家也都清楚,我国被西方技术封锁也不是一天两天的事了,但北斗不同,西方阵营压根拿它没办,因为所有的技术、零件都是100%国产的,不会出现其他国家用零件“卡喉咙”的现象。
2.拥有强大的抗击打与反制能力
可以说每一套导航系统都拥有出色的地外抗击打能力,我国北斗系统在研发之初就早已想好了对策,而且地表发射武器想要击中地外轨道卫星的难度极大。
击毁少量导航卫星是无法造成整个北斗系统瘫痪的,即便某个卫星真的被击落,我国也能在短时间内发送新的导航卫星。
但站在另一种角度来讲,军事武器击中地外轨道的技术也不是超前科技,我国自然也有击落其他国家地外导航卫星的能力。
想打下来,总有办法,关键是打下来之后的局面,可不是这么容易就能收场了……
所以不是美国拿北斗导航没辙,而是我方强大的国力让美国不敢轻举乱动。
——END——
中国北斗系统是30万名科研工作者耗时27年研发的心血,美国并不是不想打击,而是我国技术太过出众,当他意识到问题的严重性时,已经无能为力了。
北斗系统背后付出的努力目前全球正式运营的卫星导航系统有四个,分别为我国的北斗,美国的GPS,欧洲的伽利略和俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)。
美国GPS于1973年启动研发,1993年投入使用,从1994年开始提供全球服务。
俄罗斯格洛纳斯1976年启动研发,1982年发生了第一颗卫星,1995年实现了全球覆盖。
80年代初期,我国的“两弹一星”元勋成芳允院士带领团队提出了双星定位方案,但由于种种原因搁置了十几年,1991年海湾战争,美国通过切断GPS,直接搞垮了伊拉克的作战指挥系统,又通过远程导弹和空中打击在极端时间内摧毁了整个伊拉克的军事防御,实现了降维打击,这让我国产生了国家安全的紧迫感,因此将北斗系统的研发提上日程。
中国北斗1994年启动研发,2000年,我国第一颗卫星北斗-1A星发射成功。到了2003年5月,第三颗北斗-1C星(备用星)顺利入轨之后,我国北斗1号卫星导航系统正式组建完成。不过此时北斗一代正式名字为“北斗卫星导航实验系统”,以实验为主。
2003年,欧盟开发伽利略项目,力邀中国加入,考虑到独自研发技术不确定性高和研发周期较长,我国同意加入,可加入之后,我国的科研人员压根就接触不到核心技术,甚至连开会的决议权都没有,而同时加入的印度、日本待遇都比我们强,因此我们立刻退出了伽利略项目,开始了独立研发之路。
2007年,我国开始了北斗2号系统的建设,并于当年4月发射了北斗2号的首颗实验卫星。
2008年开始,北斗系统在基本实现军用需求的情况下,开始逐步向民用开放,定位精度为10米。
到了2012年,北斗2号组网完毕,定位服务覆盖了中国及亚太区域。
2020年6月23日,随着最后一颗卫星发射入轨,北斗3号正式完成了全球覆盖,在轨卫星共计35颗,我国所有客车、重卡和渔船都已经安装了北斗终端。
北斗系统值得骄傲的成绩北斗系统的民用精度为1米,加密军用精度为1厘米,欧洲伽利略系统在2025年完成系统升级可以达到我国目前精度,美国GPS民用精度4.9m,俄罗斯GLONASS精度为2.8 m,等南极、巴西和印尼的地面站建好之后,精度可提升到0.6m以上。从性能上来看,北斗排在其他三个全球定位系统的首位。
北斗系统除了全球定位功能外,还有“短报文”系统,可以完成收发者的“双向通信”,这项技术在海上遇险、发生自然灾害等情况下尤为重要。2008年汶川地震时,所有的通信设施全部瘫痪,我国解放军带着北斗导航终端深入震中,第一时间向外界传送了灾害信息,为救灾指挥提供了第一手的资料。
同时,北斗产品(包括“智能港口”及测量项目的服务)已销往全球120多个国家。到2020年底,北斗当年总产值超过了4000亿元人民币。以前, 美国的GPS每年都将从中国获得多百亿的利润,而现在这种垄断现象彻底杜绝,北斗系统在民用系统被广泛使用。
这里要重点介绍下,GPS全称是全球定位导航,美国当时发射卫星早,将GPS这个词注册成了商标,我们经常听到的GPS导航并非美国GPS系统,实际上是美国钻了注册的空档。
2019年7月,澳大利亚发生了旷日持久的山火,当地没有移动信号,必须依靠卫星帮忙,此时美国GPS导航卫星爱莫能助,而中国北斗却提供了免费的救援服务,为其扑灭山火贡献了重要力量。
美国无法限制北斗的发展原因美国在中国开始研发北斗系统时并没有过多重视,但没想到北斗系统技术突飞猛进,再想要限制时发现已经无能为力,为何美国没有限制北斗系统的能力呢,主要有以下几点原因:
1、完全自主研发
中国在北斗研发的初期就决定将其构建成一个独立构建的闭环系统,到2020年组网成功时,北斗所有的零部件都实现了国产化,所有的核心技术和配件都掌握在中国人自己手中,完全自主可控,在这种情况下,美国人无法通过技术壁垒或优势资源来卡北斗的脖子,这充分证明了研发团队的前瞻性。
2、用户规模庞大
北斗卫星已经和全世界两百多个国家和地区达成了广泛的合作,使用北斗卫星的用户已经突破一亿,如果对北斗进行限制,很可能得罪这些国家和用户,美国必须权衡利弊。
2020年3月5日,美国空战司令部总司令詹姆斯·霍尔姆斯在一场会议上说“U-2侦察机的飞行员手表中装有北斗接收芯片,可以连接中国的定位系统”,舆论哗然,就连美国自己人都在用北斗系统,由此说明了北斗的先进性。
3、反卫星能力卓越
美国具有摧毁卫星的能力,1959年,美国用B-57轰炸机发射导弹,摧毁了一颗试验卫星标靶,这是人类第一次进行反卫星试验,同时他们还斥巨资成立了太空军,专门用来限制其他国家的空间技术开发和应用。
我国于2007年开始反卫星试验,并且顺利报废了一颗863公里高的老式气象卫星。这也就意味着我国也拥有和美国一样能够摧毁外层空间卫星的能力。
如果美国摧毁我国卫星,我们也可以同样摧毁对方卫星,而摧毁卫星的方式无疑于相互宣战,美国为了几颗卫星去打仗显然十分不划算。
4、反电磁干扰技术
如果不放到明面上,美国也可以通过电磁干扰方式暗中进行,实际上,在北斗卫星建设初期,就有人通过卫星干扰的方式,干扰我国的卫星研发进程,让我们发射的试验卫星无法正常运行,无法向地球发送信号。但是我们的科学家是真的给力,只用了数个月的时间就完成了北斗卫星的反干扰模块。这个方案就是让北斗卫星使用的频率无限接近于GPS。这样如果美国人对中国北斗使用特定频道干扰,那么他们自己的GPS也会变得无法正常使用。
5、卫星快速部署能力
我国有出色的火箭发射技术,可以将火箭发射的时间压缩到几个小时之内,只要有需要,我国可以在短时间里发射大量火箭进入太空,从而实现卫星快速再部署。这是美国现阶段暂时做不到的。也就是说,哪怕我国和美国在卫星战时都变得没有导航可用了,我国凭借快反火箭技术,也能以更快的速度先美国一步,完成卫星的再部署工作。
总结:
科技强大背后有无数科研人员日以继夜的努力,让北斗系统成为全球领先的定位系统,并且背后有强大祖国的支持,让美国想要干扰、破坏我国的卫星系统成为了天方夜谭。另外,我国北斗卫星还在不断地研发,进行迭代升级,开发更多的功能模块,而美国Gps却早已经止步,在几年前就停止研发了。