“北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道,發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功”的消息舉世矚目。
據(jù)UCS 和北斗網(wǎng)統(tǒng)計(jì),截至2019 年4月1 日,全球在軌衛(wèi)星總計(jì)2062 顆,其中共有138 顆為導(dǎo)航衛(wèi)星,占比7%。
從國(guó)別來(lái)看,影響力較大的就是上述四大系統(tǒng)——美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟Galileo、中國(guó)北斗導(dǎo)航在軌衛(wèi)星數(shù)量占比分別為23%、20%、19%、29%。
GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目,1964年投入使用。20世紀(jì)70年代,美國(guó)陸??杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。
該系統(tǒng)主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù),并用于情報(bào)搜集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通信等一些軍事目的。從20世紀(jì)70年代到1994年,經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn),耗資300億美元,GPS全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座布設(shè)就已完成(另外還有3顆備用衛(wèi)星)。此后就是根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。
截至2018年6月21日,空間段新老衛(wèi)星數(shù)為32顆,其中31顆運(yùn)行、1顆維護(hù)。
GPS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米,綜合定位的話,精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。但民用領(lǐng)域開(kāi)放的精度約為10米,開(kāi)闊地帶定位精度在4~7米。
據(jù)歐盟2018年的統(tǒng)計(jì),GPS占據(jù)了全球60%以上的市場(chǎng)份額,也有數(shù)據(jù)顯示,目前GPS占據(jù)全球定位市場(chǎng)95%的份額。由于該領(lǐng)域的保密性,相關(guān)數(shù)據(jù)僅作為參考。
但不管怎么樣,GPS占據(jù)無(wú)可爭(zhēng)議的霸主地位,而GPS發(fā)展到今天,美國(guó)政府給予了強(qiáng)有力的支持。
這首先表現(xiàn)在美國(guó)政府制定了一系列的法規(guī)政策來(lái)扶持GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展。在系統(tǒng)的商業(yè)航天相關(guān)法規(guī)支持方面,1998年出臺(tái)《商業(yè)航天法》;2004年出臺(tái)《美國(guó)國(guó)家天基定位、導(dǎo)航和定時(shí)政策》。在財(cái)政支持政策方面,2004年出臺(tái)《天基定位、導(dǎo)航和計(jì)時(shí)政策》,協(xié)調(diào)各部門預(yù)算和政策,評(píng)估資金和充足性。自此,美國(guó)每年頒布的國(guó)防授權(quán)法和撥款法中都包括了對(duì)GPS系統(tǒng)的撥款計(jì)劃。
總體上,為有效引導(dǎo)系統(tǒng)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展,切實(shí)保護(hù)美國(guó)國(guó)家安全利益,同時(shí)最大限度促進(jìn)GPS系統(tǒng)在世界范圍的應(yīng)用,美國(guó)政府和國(guó)會(huì)制定了一系列政策法規(guī),形成了一套完整、系統(tǒng)的體系,且有關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的法規(guī)和政策具有持續(xù)性、系統(tǒng)性、綜合性,這些扶持性和引導(dǎo)性政策為美國(guó)在全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的霸主地位奠定了重要基礎(chǔ)。
GLONASS是蘇聯(lián)在1976年頒布法令開(kāi)始建設(shè)的。當(dāng)時(shí),由于蘇聯(lián)的火箭發(fā)射能力強(qiáng)大,一開(kāi)始計(jì)劃就是用一箭三星的方式發(fā)射衛(wèi)星。由于多次發(fā)射失敗和衛(wèi)星工作壽命較短,所以一直發(fā)射到70多顆衛(wèi)星時(shí),到1996年格洛納斯衛(wèi)星星座才達(dá)到額定工作的24顆,宣布正式投入完全服務(wù)。
這24顆MEO衛(wèi)星平均分布在3個(gè)軌道面上。截至2018年6月21日,GLONASS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星26顆,其中24顆GLONASS-M處于運(yùn)行狀態(tài)、1顆退役衛(wèi)星用于主開(kāi)發(fā)商測(cè)試、1顆GLONASS-K進(jìn)行飛行參數(shù)測(cè)試。值得強(qiáng)調(diào)的是,格洛納斯在設(shè)計(jì)的時(shí)候就采用頻分址體制,衛(wèi)星靠頻率不同來(lái)區(qū)分。所以,格洛納斯可以防止整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)被敵方干擾,具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
格洛納斯定位精度為1.2米,開(kāi)放服務(wù)定位精度為2~8米。
格洛納斯在經(jīng)歷波折之后,如今仍能在全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域占據(jù)一席,政府的強(qiáng)力支持同樣功不可沒(méi)。
格洛納斯(GLONASS)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是俄羅斯航天領(lǐng)域的一個(gè)優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目,它被寫進(jìn)了俄聯(lián)邦國(guó)家目標(biāo)計(jì)劃的總體規(guī)劃中。為了保障“格洛納斯”計(jì)劃的順利進(jìn)行,俄羅斯每年都會(huì)投入巨額資金,并且出臺(tái)相應(yīng)政策確保該系統(tǒng)的使用。
俄羅斯在2001至2011年間實(shí)施了一個(gè)專項(xiàng)計(jì)劃,為發(fā)展“格洛納斯”系統(tǒng)投入1071億盧布。
2009年2月4日,俄羅斯聯(lián)邦委員會(huì)批準(zhǔn)了《導(dǎo)航活動(dòng)法》,對(duì)俄羅斯“格洛納斯”全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的部署和使用作出了明確規(guī)定?!秾?dǎo)航活動(dòng)法》要求公路、鐵路、海洋和航空等所有國(guó)有及商業(yè)公共交通工具在2010年年底前安裝“格洛納斯”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航儀,同時(shí)所有新出廠的交通工具也要安裝這種導(dǎo)航儀。
俄聯(lián)邦航天署和經(jīng)濟(jì)發(fā)展部隨后制定了《2012至2020年“格洛納斯”系統(tǒng)維護(hù)、發(fā)展和利用》,在該政策中,俄羅斯計(jì)劃在隨后的8年為開(kāi)發(fā)俄全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(即“格洛納斯”系統(tǒng))提供約3466億盧布(約合115.5億美元)的國(guó)家撥款。
不過(guò),由于沒(méi)錢更新系統(tǒng),且買不到衛(wèi)星制造所需的零部件,格洛納斯目前的發(fā)展也遭遇困難,因此,近年來(lái)俄羅斯開(kāi)始加大與中國(guó)合作的力度。2014年7月,中俄雙方正式簽署衛(wèi)星導(dǎo)航合作諒解備忘錄,標(biāo)志著“北斗”和“格洛納斯”的系統(tǒng)兼容開(kāi)始啟動(dòng)。
2015年1月,成立中俄衛(wèi)星導(dǎo)航重大戰(zhàn)略合作項(xiàng)目委員會(huì),建立起政府間推動(dòng)“北斗”與“格洛納斯”兩系統(tǒng)深度合作的平臺(tái)和機(jī)制;5月,兩國(guó)簽署了《中國(guó)北斗和俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)兼容與互操作聯(lián)合聲明》。
2018年11月,中俄兩國(guó)又簽署了《中華人民共和國(guó)和俄羅斯聯(lián)邦政府關(guān)于和平使用北斗和格洛納斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的合作協(xié)定》,從制度層面為雙方合作提供依據(jù)。
為了確保安全,建立歐洲自己控制的民用全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng),1999年初歐洲正式推出伽利略計(jì)劃,該計(jì)劃旨在建立獨(dú)立于GPS和GLONASS的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
2002年3月24日,歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo系統(tǒng),伽利略衛(wèi)星星座由27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成,這30顆衛(wèi)星均勻分布在3個(gè)軌道面上,衛(wèi)星高度為23616km,軌道傾角為56°。
2005年,歐盟發(fā)射了首顆伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星。
至2019年5月,提供PNT服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)量增加至22顆,服務(wù)覆蓋、服務(wù)性能等得到明顯提升。
伽利略系統(tǒng)可以更加實(shí)時(shí)地發(fā)送地理位置信息,這是其他衛(wèi)星所沒(méi)有的功能,與美國(guó)GPS對(duì)比之下,顯得更安全、更可靠。伽利略系統(tǒng)開(kāi)放服務(wù)精度民用免費(fèi)開(kāi)放版為1米,商用加密版為1厘米。
為了獨(dú)立于美國(guó)GPS,歐洲在伽利略系統(tǒng)的建設(shè)中可謂不遺余力,最初的預(yù)算是29億歐元,現(xiàn)在已突破100億歐元。
盡管如此,伽利略系統(tǒng)的建設(shè)依然沒(méi)有擺脫美國(guó)的壓力。在美國(guó)壓力下,盡管起初歐盟強(qiáng)調(diào)其技術(shù)中立,但最后還是不得不妥協(xié)而改用了不影響GPS的頻率,這使得對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的屏蔽不會(huì)影響到另一個(gè)系統(tǒng),同時(shí)使美國(guó)在沖突中尤其是電子戰(zhàn)能力上擁有巨大的優(yōu)勢(shì)。
此外,由于伽利略系統(tǒng)是由歐洲各國(guó)共同研制的,因此,在研制過(guò)程中往往因?yàn)閰⑴c的國(guó)家多,導(dǎo)致經(jīng)費(fèi)方面問(wèn)題層出不窮,造成伽利略系統(tǒng)具體推進(jìn)過(guò)程遲緩。
2019年7月,伽利略系統(tǒng)曾出現(xiàn)故障,停止服務(wù)5天,經(jīng)過(guò)中國(guó)千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司48小時(shí)的救援,該系統(tǒng)得以恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
中國(guó)從1994年開(kāi)始北斗一號(hào)的研制,至2020年6月23日北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成,建成了我國(guó)迄今為止規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、服務(wù)性能要求最高、與百姓生活關(guān)聯(lián)最緊密的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
北斗三號(hào)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)由3 顆靜止軌道衛(wèi)星(GEO)、3顆傾斜軌道衛(wèi)星(IGSO)、24 顆中軌道衛(wèi)星(MEO)組成,此外還包括5 顆試驗(yàn)衛(wèi)星;MEO 衛(wèi)星均勻分布在3 個(gè)軌道面。
從定位精度來(lái)看,北斗系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)民用定位精度在10米以內(nèi),亞太地區(qū)精度在5米以內(nèi),在增強(qiáng)系統(tǒng)加持下,其定位精度可達(dá)1米,已優(yōu)于GPS全球定位均在10米以內(nèi)的精度水平。
除了擁有和GPS一樣的衛(wèi)星精確定位功能以外,還具備了通信功能,領(lǐng)先歐洲的伽利略、美國(guó)的GPS以及俄羅斯的格洛納斯。
原來(lái)的北斗二號(hào)只能定位到10米左右的位置,而北斗三號(hào)已經(jīng)把這一范圍縮小到厘米的級(jí)別。
從用戶等效測(cè)距誤差(UERE)來(lái)看,當(dāng)UERE為1米時(shí),BDS-3系統(tǒng)全球定位精度預(yù)計(jì)在1.3~2.7米,水平定位精準(zhǔn)度預(yù)計(jì)在0.7~1.5米,高程定位精度預(yù)計(jì)在1.1~2.4米。
北斗是全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)三頻發(fā)播的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),其優(yōu)勢(shì)是可以更準(zhǔn)確掌握地面終端的位置信息,在海洋、沙漠和野外等沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的地方,裝有北斗系統(tǒng)終端的手機(jī)、車船等就可定位自己的位置,并能夠向外界發(fā)布短報(bào)文信息。
北斗系統(tǒng)相比于GPS來(lái)說(shuō)具有明顯“性價(jià)比”優(yōu)勢(shì),北斗芯片和設(shè)備終端要比GPS 便宜,雖然不能全面趕超GPS,但是在特定區(qū)域內(nèi)要比GPS性能更優(yōu)越。
除了導(dǎo)航以外,北斗系統(tǒng)形成的星基增強(qiáng)、精密定位、短報(bào)文通信、國(guó)際搜救服務(wù)能力、已提供地基增強(qiáng)完全服務(wù)能力有利于商業(yè)化擴(kuò)展。
此外,北斗系統(tǒng)相比于GPS來(lái)說(shuō)還具有明顯“性價(jià)比”優(yōu)勢(shì),北斗芯片和設(shè)備終端要比GPS便宜,雖然不能全面趕超GPS,但是在特定區(qū)域內(nèi)要比GPS性能更優(yōu)越。
中國(guó)北斗系統(tǒng)的發(fā)展更是舉國(guó)之力的成果,除了財(cái)力上的鼎力支持,自1994年開(kāi)始搭建北斗衛(wèi)星導(dǎo)航體系,配套政策持續(xù)跟進(jìn)。2013年國(guó)務(wù)院發(fā)布《國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》,2015年國(guó)防科工委和國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》。立法方面,我國(guó)將《中華人民共和國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航條例》列入《國(guó)務(wù)院2016年立法規(guī)劃》,2018年5月宣布完成《衛(wèi)星導(dǎo)航條例》征求意見(jiàn)稿。此外,在衛(wèi)星導(dǎo)航的主要行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景、大眾應(yīng)用等多方面都提出相應(yīng)配套政策進(jìn)行扶持。
綜合世界各國(guó)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,在涉及國(guó)之重器的重大項(xiàng)目中,國(guó)家力量必不可少。
過(guò)去,國(guó)內(nèi)有一種誤解,往往認(rèn)為歐美科技創(chuàng)新主要依靠市場(chǎng)力量。但實(shí)際上,長(zhǎng)期以來(lái),歐美國(guó)家政府在重大科研項(xiàng)目中從未缺位。
以美國(guó)為例,美國(guó)科學(xué)研究發(fā)展局局長(zhǎng)維瓦爾·布什1945年向時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)杜魯門報(bào)送了名為《科學(xué):沒(méi)有止境的邊疆》的研究報(bào)告,強(qiáng)調(diào)了政府在科技創(chuàng)新中的責(zé)任,這也奠定了美國(guó)政府在科技創(chuàng)新中發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。自此,美國(guó)政府通過(guò)不斷調(diào)整自身對(duì)科技創(chuàng)新活動(dòng)的介入方式和介入程度,逐步全面介入科技創(chuàng)新活動(dòng)之中,成為推動(dòng)美國(guó)科技創(chuàng)新發(fā)展的重要力量。
為了推動(dòng)科技創(chuàng)新發(fā)展,歐美國(guó)家政府除了通過(guò)制定完善法律體系、健全科技政策來(lái)營(yíng)造良好的創(chuàng)新環(huán)境外,還通過(guò)對(duì)科學(xué)技術(shù)研究工作進(jìn)行投資、建立各種服務(wù)平臺(tái)和服務(wù)機(jī)構(gòu)等方式支持科技創(chuàng)新項(xiàng)目。
中國(guó)在重大科研項(xiàng)目中歷來(lái)重視發(fā)揮政府的作用,今后在相關(guān)領(lǐng)域里,如何既要發(fā)揮政府的作用,同時(shí)也要發(fā)揮市場(chǎng)的作用,依然是一項(xiàng)重要命題。
◎ 來(lái)源|微信公眾號(hào)“??ㄖ菐?kù)”(有刪減)