中国“北斗”正式建成全球四大卫星系统怎么“玩转”地球？

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中国“北斗”正式建成全球四大卫星系统怎么“玩转”地球？

中国“北斗”正式建成全球四大卫星系统怎么“玩转”地球？

俄罗斯龙报
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【俄罗斯龙报网】全球导航卫星系统（The Global Navigation Satellite System，简称GNSS），泛指所有导航卫星系统。6月23日，随着第55颗“北斗”导航卫星发射成功，中国“北斗BDS”全球导航卫星系统部署全面完成，意味着GNSS台面上正式加入了一位“新玩家”。那么，中国“北斗”有怎样的特点呢？相比于其他系统怎么样呢？
“北斗”正在被世界所认可
中国“北斗BDS”全球导航卫星系统采取自主建设，是世界上耗时最长、复杂度最高的导航卫星系统。“北斗”三号由30颗卫星组成，分别是：3颗静止轨道卫星（GEO）、3颗倾斜轨道卫星（IGSO）、24颗中圆轨道卫星。其他三大全球导航卫星系统均由24颗卫星组成，且都分布在中圆轨道上。
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中国“北斗BDS”导航卫星系统的Logo（图片来源：中新社）
“北斗BDS”具备其他系统不具备的功能是短报文系统，可实现双向通信功能。当在没有信号的地方时，高轨道卫星可向拥有授权的接收机发送信息，从而实现与地面互动，而其他三大系统只能单向接收。
国际著名卫星导航定位专家、闽江学院卫星导航与空间信息工程研究院院长樊春明评价，北斗三代系统是迄今为止功能最全、能独立提供服务项目最多的全球卫星导航系统，这样的系统构成本身能够更好地吸收各种新技术进行深度融合，有利于提高总体性能和各项服务功能，具有很好的扩展性。
现如今，“北斗BDS”最高精度达2.6米，已经在世界的半数国家得到应用，被国际民航组织、国际海事组织所接纳，为全球所认可。
其他三大系统都有怎样的特点？
目前，起决定性作用的全球导航卫星系统有四家，分别是：美国“全球定位”系统（简称GPS，1973-1994年建成）、俄罗斯“格洛纳斯”系统（简称GLONASS，1976-1996年建成）、欧盟“伽利略”系统（简称GALILEO，1999-2018年建成）、中国“北斗”系统（简称BDS，1994-2020年建成）。各家系统还通过协议达成互操作共识，每家把自己部分卫星贡献出来，组成包含70-80颗卫星的“超大版”全球导航卫星系统，为世界提供服务。
那么在这四大全球导航卫星系统中，除了中国“北斗BDS”系统之外，另外三大系统发展状态如何呢？中国全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩进行了介绍。
（1）美国“全球定位GPS”：先进同时备受质疑
美国“全球定位GPS”系统仍然是当前最成熟的系统。正在部署的新一代GPS-3卫星最为先进，它在精度上可比现有提高近3倍，其公共开放服务精度高达0.3米，抗干扰能力提高8倍。另外，它可以依据需要，迅速关闭特定地理位置的导航信号发送。
到2019年底，有30颗卫星，为超过40亿民用、商用和军用用户提供定位、导航和授时服务。但现如今，美国的系统受到了不少质疑：2008年俄格战争期间，投入战区的俄军部分车辆发生GPS信号丢失现象，当时就被怀疑与美国做手脚有关；美国的盟友日本和欧盟也花费巨资打造属于自己的全球导航卫星系统。
（2）俄罗斯“格洛纳斯GLONASS”：成熟却寿命短
俄罗斯“格洛纳斯GLONASS”系统由24颗卫星组成，于1995年12月建成。至今苏联/俄罗斯已发展了GLONASS、GLONASS-M、GLONASS-K三代导航卫星。“格洛纳斯”采用频分多址方式来区分卫星，各卫星使用不同的频率发射信号，抗干扰能力较好，最高精度达2米，但用户设备成本高。在星座优化设计上，“格洛纳斯”采用3个轨道面均匀分布的对称星座设计，可以节省卫星所带燃料。
但是“格洛纳斯”存在卫星寿命短、大量卫星超期服役、在轨卫星不足、电子元件依赖进口等问题，截至2019年底，“格洛纳斯”系统在轨卫星28 颗，包括26颗GLONASS-M卫星和2颗GLONASS-K卫星，其中提供导航服务卫星22颗，其余卫星处于测试、备份等状态。
（3）欧盟“伽利略GALILEO”：自强与混乱同在
欧盟“伽利略GALILEO”系统计划由30颗（其中3颗为备份星）卫星组成，平均分布在相互间隔120度的3个倾斜轨道面上。其中免费服务的设计定位精度为6米，有偿服务的定位精度可达1米。“伽利略”尤其与众不同，它的卫星数量多、轨道位置高、覆盖面积大，可为更广泛的人群提供服务，而且它的精确度更高、抗干扰能力更强。并且与俄美导航卫星系统的军民两用不同，“伽利略”属于纯民用。截至2019年底，“伽利略”在轨卫星数量25颗，其中22颗提供导航服务。
但是“伽利略”也存在一定问题，2019年7月“伽利略”发生系统级故障，全面中断服务时间超过140小时，经过欧洲多国的调查指出，大瘫痪与管理机构指责混乱有关，暴露出“伽利略”系统运营、管理存在诸多问题。
法国前总统希拉克曾说，没有“伽利略”系统，欧洲“将不可避免地成为（美国的）附庸，首先是科学和技术，其次是工业和经济”。因此为了减少对美国GPS系统的依赖，1999年欧洲提出伽利略计划，2002年欧盟正式批准启动自己的伽利略项目。
（4）日本“引路”、印度“NavIC”：摆脱依赖
除了美、俄、欧、中四大系统之外，日本和印度也在寻求建设自己的导航卫星系统。
日本完全依赖美国的GPS系统，因此希望建立能兼容美国GPS并能提高定位精度的自有卫星定位系统，未来实现不依赖美国GPS的独立全球卫星定位系统。
日本“引路”系列卫星被称为准天顶卫星系统，该卫星系统包括多颗轨道周期相同的地球同步轨道卫星，这些卫星分布在多个轨道面上，无论何时，总有一颗卫星能够完整覆盖整个日本。这一系统也被称为日本版的GPS。2010年，日本“引路”1号卫星发射升空。2017年6月日本发射了“引路”2号，当年8月又将“引路”3号送入预定轨道。2018年，日本初步形成4星运行体制，计划到2023年实现7星运行，从而摆脱对GPS的依赖。
印度区域导航卫星系统（NavIC）由7颗卫星组成，只覆盖印度周边地区。
2013年7月发射印度区域导航卫星系统第一颗卫星IRNSS -1A。2017年印度想用IRNSS-1H卫星替代IRNSS-1A卫星时还遭遇了发射失败，整流罩在火箭上升过程中未能成功分离。
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人造卫星在太空（图片来源：俄罗斯卫星网）
“北斗+格洛纳斯”中俄合作可填补这些盲区
2019年8月30日，中俄导航卫星重大战略合作项目委员会第六次会议在俄罗斯喀山举行，经双方确定，《中华人民共和国政府和俄罗斯联邦政府关于和平使用北斗和格洛纳斯全球导航卫星系统的合作协定》即将生效。该协定作为中俄导航卫星合作的重要政府文件，将为两国导航卫星领域合作提供法律和组织保障。
按照《合作协定》，中俄两国将至少在对方境内部署3个导航卫星系统地面站。中国境内的“格洛纳斯”将部署在上海、乌鲁木齐、长春。俄罗斯境内的“北斗”将部署在奥布宁斯克、伊尔库茨克、勘察加彼得罗巴普洛夫斯克。
媒体分析，“北斗”与“格洛纳斯”的合作可以相互补填“盲区”。“格洛纳斯”建立时间早，在覆盖范围上有优势，定位服务范围侧重于极地和高纬度地区，地面基站数量较多，而“北斗”的服务范围偏南纬度地区，只是在中低纬度精度水平较高。两者合作可以互相“补盲”
在技术方面也可形成优势搭配，“北斗”技术比较创新，例如独有的短报文功能，“格洛纳斯”技术较为成熟，具有相当强悍的抗干扰功能，两者可以组合成理想的导航体系。中俄两国作为“一带一路”上的重要国家，双方导航系统的合作也是起到示范效应。
中俄花费巨资建立独立的导航卫星系统，很大程度上还是处于国防安全的考量，如今两国探讨导航卫星系统的合作，更是不能忽视国家安全的需求。在战时可以起到相互备份的作用，中俄导航卫星系统通过相互兼容对方信号，将能提高可靠性。如果俄罗斯的“格洛纳斯”卫星信号被干扰或卫星被击毁，用户可以接收中国的“北斗”卫星信号，反之亦然，这意味着两国的定位导航安全得到“再保险”。
中俄两国共同生产导航芯片也是重要内容之一。在芯片领域的合作实际上是俄罗斯缺少相应的芯片制造能力，想通过与中国合作补齐短板。时任“格洛纳斯”非商业集团总裁亚历山大·古尔科就曾向媒体透露，俄罗斯和中国将建立合资企业，开发、生产、销售支持世界三大导航卫星系统。
（综合中新社、新华社、北京《科技日报》、上海界面新闻网、北京《环球时报》、上海澎湃新闻网、俄罗斯卫星通讯社报道）

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