眾所周知,美國的GPS,可是全球導航的"老大哥"。
美國GPS靠24顆衛星織就天網,每面4顆,以20200公里高度55度傾角,分布在6個軌道面。
令人意外的是,中國北斗作為全球主要的衛星導航系統之一,和美國24顆衛星相比,中國則需要39顆衛星。
那么,為啥中國要比美國多用這么多?難道真的是技不如人?
GPS究竟是啥原理?
要想弄清楚這個問題,咱們要先了解一下GPS的原理。
我們在地球上的位置,就像三維空間里的一個坐標,需要經度、緯度和高度這三個關鍵信息才能準確鎖定。
而GPS接收器的工作原理,就像是給衛星和自己 “量距離”,利用幾何知識來推算出這個坐標。
理論上,用三顆衛星的數據就可以算出經度、緯度和高度這三個未知數,但實際情況遠比數學公式復雜得多。
因為,衛星和接收器的時鐘哪怕只有極微小的誤差,也會導致距離計算出現偏差,讓定位結果 “失之毫厘,謬以千里”。
這時候,第四顆衛星就派上用場了,它專門用來修正時間誤差,和其他三顆衛星的數據一起聯立計算,就像給方程增加了一個關鍵條件,從而得出更準確的位置信息。
在城市高樓林立的 “峽谷” 間,或是群山環繞的山區,衛星信號容易被遮擋或反射,影響定位精度。
為了應對這些復雜環境,GPS系統設定了 “保底規則”:至少要有四顆衛星同時工作,才能保障基本的定位功能。
而衛星數量越多,就像有了更多參考數據,能讓定位算法不斷優化,定位結果也就更精準、更可靠。
所以,這就是中國衛星比美國衛星多的重要原因之一。
而且,為了防止 “掉鏈子”,GPS系統還準備了“替補隊員”—— 備用衛星。
一旦有主衛星出現故障,這些備用衛星就會立刻 “替補上場”,確保全球任何一個角落的用戶,都能隨時享受到穩定的定位服務。
看完GPS的原理,咱們再把目光轉向中國衛星的艱難發展歷程。
在上世紀八九十年代,全球衛星導航領域幾乎被美國GPS系統“壟斷”。
那時候,中國的很多領域都不得不依賴美國的GPS服務,這就像把自家大門的鑰匙交給了別人,看似方便,實則暗藏風險。
而1993年發生的“銀河號”事件,更是徹底地敲醒了我們,讓我們走上了自主研發的道路......
臭名昭著的“銀河號”事件
1993月7日,一艘名為 “銀河號” 的中國商船緩緩駛離天津港,它此行肩負著貿易重任,計劃途經上海、香港,最終抵達迪拜等中東地區。
船員們像往常一樣有條不紊地忙碌著,誰也沒想到,一場突如其來的風波正悄然逼近。
8月2日,當 “銀河號” 航行至阿曼灣海域時,一架美軍直升機突然低空盤旋而來,機組人員通過無線電詢問船只信息。
船員們雖然感到疑惑,但還是按照國際慣例進行了回應。
但僅僅3個小時后,一艘美軍巡洋艦氣勢洶洶地駛來,悍然要求 “銀河號” 立即停船,接受美方檢查,并威脅若不停船就直接擊沉。
面對美軍的武力威懾,“銀河號” 船長在接到國內指令后,無奈選擇停船。
從那一刻起,“銀河號” 便陷入了美軍的嚴密監視之中,仿佛一只被困在牢籠里的飛鳥。
原來,美方毫無根據地懷疑,“銀河號”載有制造化學武器的違禁品。
更過分的是,為了達到其目的,美方直接切斷了 “銀河號” 的GPS信號。
這下麻煩大了,失去了衛星導航的指引,“銀河號” 就像在茫茫大海中失去了眼睛,只能原地漂泊。
隨著時間的推移,船上的食物和淡水越來越緊缺,船員們不僅要忍受饑餓和口渴的煎熬,還要承受著身體和心理的雙重壓力,不少人出現了身體不適的癥狀。
在困境中煎熬了近20天后,8月20日,阿聯酋向“銀河號”提供了淡水,暫時緩解了燃眉之急。
為了證明自身清白,船員們最終同意美軍登船檢查。
但我方始終堅持必須有第三方參與,以保證檢查的公正性。
最終,在多方協調下,美方人員和沙特阿拉伯人員一同登上了 “銀河號”。
經過一番細致檢查,9月4日,中、美、沙特阿拉伯三方簽署了《銀河號調查報告》,這份報告用事實有力地證明了 “銀河號” 并未載有任何違禁品。
雖然事后美方象征性地賠償了1040萬美元,但始終沒有為此事道歉。
“銀河號” 事件就像一記響亮的耳光,讓中國深刻認識到,在關鍵技術領域依賴他人,就如同把命運交到別人手中,隨時可能面臨被 “卡脖子” 的風險。
在重重壓力和困難面前,中國立志要打破國外技術壟斷,讓中國在衛星導航領域擁有自己的 “一片天”。
中國衛星崛起
1994年,北斗一號系統建設正式啟動。
彼時,中國在衛星導航領域幾乎是從零起步,既沒有成熟的技術經驗,也缺乏高端的研發設備。
但科研團隊沒有退縮,他們日夜泡在實驗室里,反復推導算法、模擬衛星軌道,甚至為了節省經費,常常把廢棄的零部件重新拆解組裝利用。
經過無數次失敗,2000年,兩顆北斗導航試驗衛星成功發射,中國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家,邁出了從無到有的關鍵一步。
如今,隨著時代發展,全球衛星導航市場競爭愈發激烈,中國需要更先進、更完善的導航系統。
于是,北斗二號、北斗三號系統的建設相繼提上日程。
科研人員面臨著信號抗干擾、高精度原子鐘等 “卡脖子” 難題。
為攻克原子鐘技術,團隊成員在零下20℃的低溫實驗室里一待就是幾個月,不斷調整參數、優化設計。
2020年,北斗三號全球衛星導航系統全面建成開通。
30多顆衛星在太空中組網運行,實現了全球范圍內米級、分米級、厘米級的高精度定位服務,讓中國的導航系統不僅在國內生根發芽,更走向了世界舞臺。
所以,現在中國北斗采用39顆衛星,絕非技不如人。
多出來的衛星,是為了構建更安全可靠的導航體系。北斗獨特的混合星座與短報文通信功能,在極端環境下仍能保障服務。
如今,北斗早已走出國門,為全球120余個國家和地區提供服務,在國際衛星導航舞臺上,閃耀著屬于中國的科技之光。
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