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北京高考作文遐想:55颗北斗卫星都各自有怎样的功用?


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图 /IC Photo

文/DoNews 李昊原

责编/杨博丞

高考语文150,作文独占60分。每逢高考前,联系时事押题就是语文老师们必做的一件事,不过今年北京卷的时事的确有点偏,避开疫情、两会等话题而谈起北斗卫星,不知有多少人提前想到了?

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对于DoNews这样科技人文双开花的新媒体,我们对该题也有自己的看法,因此也一同写作出以下角度的作文一篇,以此致敬拼搏的考生们。

《每一颗北斗卫星都不白给》

太空中的卫星能够告诉地球上的人,他在什么位置,去目的地要怎么走,这就是卫星导航,也是现代社会的一项基础技术。

1999年,印度和巴基斯坦之间爆发了卡吉尔之战,在双方飞机导弹你来我往之时,美国关停了战区的GPS服务,于是尴尬的一幕发生了——拿着先进武器的印巴在没有位置信息的情况下,打了一场低水平却依旧损失惨重的战争。

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GPS(Global Positioning
System,全球定位系统)隶属于美国军方,即使在全球范围内被广泛民用,也有随时被关停的可能。出于担忧,苏联/俄罗斯做了一套自己的卫星导航系统,叫做格洛纳斯(GLONASS),欧洲也研发了伽利略(Galileo)系统,而被涮了一把的印度,默默地放弃了原本依赖GPS的卫星导航系统,研发了自己的导航系统,叫做IRNSS。

值得一提的是,最初GPS系统会主动干扰民用信号,导致定位精准度并不准确,后来为了应对GLONASS的竞争,才取消了干扰。历史证明,靠山山倒,靠人人跑,在关键技术上,还是要靠自己。

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这个道理我们要比印度更早认识到。1994年,我国开始启动北斗一号系统工程建设,不过困难也是极大的——没有技术,实力也不允许。

确定地球上的一个位置到底需要几颗卫星?卫星导航的基本原理是测出卫星和接收机之间的距离,这就像是用半径不同的球体来寻找唯一的交集点,至少要3颗卫星才能做到,现实中一般是4颗,而为了保证全球覆盖,GPS常年保持32颗卫星在轨运行。

当时,我国窘迫到连4颗卫星都难以发射。这里要感谢著名电子学家陈芳允,他创造性地提出了双星定位系统,只需2颗卫星就能实现定位。2000年,我国发射了2颗北斗卫星,这就是北斗一号,信号足以覆盖中国。当然,北斗一号有很多缺陷,覆盖面积小、定位精度差、延迟时间长,只能支持150个用户在线,军用都很勉强,更不用谈民用。

不过北斗的研发建设并未止步,而是在前后8万多工作人员、300多家研发单位20年的不懈努力下,逐渐后来居上。2012年,我国建成北斗二号系统,可以向亚太地区提供服务,2020年6月23日,我国第55颗北斗卫星发射成功,北斗三号建成,北斗卫星导航系统完成了全球组网部署。

为什么说每一颗卫星都有自己的功用呢?前文说到确定一个位置,至少需要3到4颗卫星,而为了覆盖全球任何一个时间,任何一个位置,这个数量还要翻上数倍。并且中国的北斗和文中提到的其他4家卫星导航系统有所不同,北斗系统分为空间段、地面段和用户段三部分,空间段由地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成,相比之下其他4家系统主要由中圆地球轨道卫星组成。

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左边为GPS卫星布局,右边为北斗卫星布局,能看到存在明显差异

采用三种轨道卫星组成的混合卫星布局方式,是我国首创,这有早期我国发射技术有限的历史原因,现在三轨上数量更多的卫星也能提供更高的精度,以及定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力。

目前北斗系统定位导航授时服务全球精度达到水平10米,高程10米,测速精度0.2 米每秒,授时精度20 纳秒。在亚太地区,定位精度水平和高程都达到了 5
米,性能上可以说已经足以比肩GPS。这样的成就离不开每一颗北斗卫星,以及为北斗奉献的每一个人。

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当然,要达到GPS那样的影响力和商业化还需要时间,这就需要不仅仅是我国航天系统,还有整个中国各行各业的参与。

截至2019年底,国产北斗导航型芯片模块出货量已超 1 亿片,国内超过 650 万辆营运车辆、4 万辆邮政和快递车辆,36 个中心城市约
8万辆公交车、3200 余座内河导航设施、2900
余座海上导航设施都已应用北斗系统。对了,现在我们身边常见的哈啰单车,以及绝大多数的国产手机,都已可以应用北斗导航了。

DoNews整理了北斗卫星发射的统计,可以看出,近年来随着我国国力增强,北斗卫星也以“下饺子”般的速度上空组网,在我们看不见的太空,为我们指明方向。

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未来北斗系统还将推动我国工业、农业的智能化转型,在国际贸易、电子商务、智能手机、可穿戴设备等更多领域发会作用,能传播的不只是北斗的信号,还有北斗为全世界带来的价值。

也许有一天,北斗的应用会像今天的GPS一般在全球普及,就如歌词唱的那样:“天上的星星参北斗啊,你有我有全都有啊!”

参考资料:

北斗卫星导航系统:《北斗卫星导航系统发展报告(4.0版)》

星球研究所:《为全球导航,中国如何做到的?》