北斗科普专题（三） | 勇敢追梦，否极泰来

上一期，我们谈到了北斗在突破重重难关后，逐步面向国内的远洋渔业，并且在亚太地区产生了相应的回声。这一期，北斗又发生了哪些故事呢？我们来看一下。

2014年，轰动全球的马航事件突然爆发，原计划从吉隆坡飞往北京的MH370航班失联，最终燃油耗尽，据官方报道在南印度洋坠机，这个没有结果的悲剧一直持续到2018年11月才开始淡出新闻视线。

事件已成过往，我们的北斗仍在继续，从强大到伟大，要走很多不平凡的路。这段征程，我们在用强大的内心与世界赛跑，比起竞争者，我们更愿意做时代洪流的历史创造者，这是中国北斗人一直以来就具有的气质。从跟跑到并跑，我们确实为自己跨出了一大步。

创见：探索的路途须不断突破

回看马航事件，我们通常会提到一个词——多普勒效应，在信息传达中，如果信号源和信号接收器之间有相对运动，那么接收端接收到的信号频率将发生变化。马航在茫茫大海中坠机失联，长期搜寻未果，然而多普勒效应的产生却为这场事件开辟了突破口。那么，多普勒效应与我们的北斗有什么关联呢？

位于印度洋上空的亚太国际通信卫星相对地面是固定的，失联的MH370在发出第7次探寻信号后被北斗二号测出了频率偏移，频率偏移的数据本应进行修正，但多普勒效应的发生却恰巧成了推测马航足迹的重要证据。专业人员利用这个效应，抓住了信号频率中微小的变化，假设出飞行参数，推测出了飞机坠海的方向与大致的坠机海域。马航失联后，安装了北斗导航设备的中国海警3411船率先赶到了失联海域，连续搜救了147小时，搜索海域达7821平方公里。这场意外，让通信卫星干了定位卫星的活。

美国的GPS早已为全球提供服务，为什么在这场事件中却没有发挥关键作用？从客观事实出发，现代民航主要以GPS为主，而北斗信号的接收机尚未成为标配。马航事件的发生，也越发的暴露出GPS的劣势，广播式的定位方式只能让飞机单方面接收到GPS的信号，并不能传达位置信息，这使得搜索飞机残骸与黑匣子的人员没有任何数据来源去知晓飞机状况。

回想北斗一号的两颗静止于轨道的卫星，它同样可以像国际通信卫星那样完成“通信”这一任务，一开始的北斗工程虽然起步早，底子薄，但我们从那时就已经具有一定的预见性了。在北斗二号建设的同时，立足于“三步走”战略的初心，我国在2009年就开始了北斗全球系统的建设，脚步的稳加速让我们的目标早在初期就不仅限于GPS，而是突破GPS。

我们在探索的路途中总是带着智慧去创见机会，在北斗后发优势以及中国设计师们创新性想法的驱使下，相较于GPS仅有的基本导航服务（RNSS）功能，北斗系统还同时兼具短报文服务（RDSS）功能。换而言之，对于MH370来说，不仅可以接收北斗系统的定位信息，还可以上报信息给北斗和机场塔台终端。

在未来，假设北斗芯片普及到智能手机上，在没有通信基站网络的情况下，利用北斗的即时短文功能，向其他北斗终端发送信息，就能较大程度的了解飞机上发生了什么，在即时短文功能之上，下一步还将支持通讯功能，这对于航空航海而言，都将是创举，马航MH370的遗憾将在北斗全球成功布局之后不复存在。

创造: 北斗全球组网中杰出的路

有预见，就会去相信，有相信，就会去创见。这种边建设，边使用的节奏，让北斗人一直不断努力着，同时相信北斗能达到与GPS相当的水平，甚至做到更好。2017年11月5日，我国在西昌发射中心采用长征三号乙运载火箭，首次成功发射两颗北斗三号全球组网卫星，这一步的努力，标志着我国北斗卫星导航系统步入全球组网新时代。

走到这个阶段，北斗导航系统已有数十颗卫星组成，它们所提供的数据都需要地面站接收处理。想要让卫星在世界各个地区建立观测点，实现更远的境外卫星数据传输，算是一个难题。根据战略计划，完成30多颗组网卫星的发射才能构建北斗全球系统。其中存在一个细节，除了空间段的30多颗卫星，整个北斗系统还包括地面段和用户段。这两个部分该如何解决？

为了实现北斗的应用，地面段可建立基准站，用户段可采纳用户终端。但问题也随之产生，由于国际关系的原因，目前只有在巴基斯坦、南美、非洲建立观测站，出于安全等因素的考虑，其他观测点都只在国内以及远望号测量船上。这样一来，北斗面向全球的发展会有限制吗？答案是会的，我们很难像GPS那样在全球范围内建立地面站，那样做，同时也会耗费大量的财力、时间和精力等，且成功率也是未知数。

为了解决境外卫星数据传输通道的问题，我们带着智慧去开发了星间链路新技术。简单的来说，三颗卫星可以确定一个点的精确位置，我们通常可以把这个精确的点作为观测点，联合其它地面观测点去定位其他卫星，大量的卫星彼此保持相对固定，这样一来，即便不去建立地面站，也能共享彼此的位置，实现星座中所有卫星之间的“聊天”。即使和地面中断，卫星之间也能相互校准位置，且卫星的位置精度会获得大幅度提高。

这一新技术的突破，解决了境外监测卫星的难题，大大减少卫星对地面站的依赖，卫星之间可实现相互通信和数据传输，能相互测距，像站队那样自动保持队形，减轻管理和维护全球卫星的压力。星间链路技术在北斗三号全球组网中，表现出极强的抗干扰能力，拥有最高测速精度的同时，还能联接其他类型的卫星。相信在不久的未来，星间链路技术将重新定义卫星的生存形式。

推进：夜空中闪亮的星

在北斗全球组网序幕拉开后，北斗三号卫星便成了卫星导航舞台上的“主角”之一，设计指标和定位精度的大幅度提高让其成为精益求精的代名词之一。

北斗三号迈向全球组网的底气，更多的是源于北斗二号时期的坚守。在这段问天征程中，我们几乎是快马加鞭，从跟跑、并跑、再到领跑，每一步都有充满艰难与欣喜。北斗作为一项系统工程，每一次导航需要有多颗卫星参与协作，在设计之初，北斗三号就充分的考虑了系统的冗余性，发射了多于可提供运行服务数量的卫星，即使出现了单星不达标的情况，也可由其他卫星接替完成，从而保证系统连续稳定运行。

“三步走”的脚步，在此时已经走在了第三个阶段，相比北斗三号的前一代，独具的短报文功能又进步在哪里呢？北斗二号时期，地面用户进行短报文通信，需要带着一个体积较大的终端，向卫星发射一定功率的信号，而这个地面终端的待机时间不会超过两天，同时，那时候北斗的地球同步轨道卫星RDSS系统1小时只能满足54万用户的短报文通信需求。到了北斗三号，地面用户只需要十分之一的功率就能通过卫星发送短报文，地面终端体积缩小且待机时间增加，卫星实现了1小时满足1000多万用户的短报文通信需求。

一路的迎难而上，让北斗与其他导航卫星相比，兼具了诸多优势，例如空间段采用三种轨道卫星组成混合星座，高轨卫星更多了，抗遮挡能力也越强，尤其是在低纬度区，这一优势会更加明显，服务范围至全球，定位精度可达2.5m至5m。同时，北斗三号系统还拥有更高的时间精度，铷原子钟和氢原子钟性能步步增强，综合指标能达到国际领先水平，精度相当于300万年误差1s。作为拥有三种轨道卫星构成的导航系统，北斗三号卫星还按照国际标准增加全球搜救、全球位置报告和星基增强等拓展服务，在可靠性方面，单星设计寿命提升至10-12年。

传播：北斗名片

回看“三步走”战略的每一步，我们可以看到的是北斗一直相互衔接、过渡自然，整个工程反复迭代，且循序渐进，我们的脚步是越走越稳。根据战略计划，我们的目标是在2018年年底前后发射18颗北斗三号卫星，到2020年左右，完成30多颗组网卫星发射任务，为全球用户提供全天候、全天时、高精度、高可靠的定位、导航及授时功能。

北斗作为中国科技进步的一张伟大名片之一，它没有高居象牙塔，在加速发展的同时，正在渐渐的普及天下，且往更远的地方深入。

北斗这份被称为“国家名片”的中国智慧，在一步步融入世界的同时，也在协同发展。其实早在2012年，北斗二号实现了区域组网，为亚太地区提供服务时，我们就已经把一开始的愿景逐渐向更远的区域延伸，开始了一系列的对外联系。随着时间的发展，北斗逐渐加快了脚步，出现在了沿线国家的工业、农业、服务行业等领域。

问天的每一次突破与进步让北斗人从中学会甘之如饴，北斗这场历史性的“三级跳”如同凤凰展翅追梦一般，每一次的征程可谓是否极泰来，我们的脚步依旧继续。后来，北斗又是如何与世界尽情相拥？下一期北斗专题，为你揭晓。

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