1994年,美国GPS系统全面建成并宣布投入使用,最初时,卫星数据量仅为24颗。相比之下,中国的北斗系统虽然也从1994年起研发,但直到2020年才正式开通全球服务,期间累计发射了多达39颗卫星。无论从时间还是卫星数量上,美国GPS系统都具有先天优势。那么,为什么中国的北斗系统在卫星数量上会远超美国?这难道意味着我们在技术上逊色于美国吗?
目前,全球只有四个主要的卫星导航系统——美国的GPS、欧盟的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯和中国的北斗。值得注意的是,北斗和GPS是全球化和商业化程度最高的两个系统,且有最多的推广国家。美国的GPS系统始建于上世纪70年代,当时只有少数几个国家具备发射卫星的能力,而美国凭借其先发优势,获得了大量的“黄金位置”,这些位置为其卫星系统提供了明显的战略优势。
就像在人流量极大的市场上开店,地段好的人流量自然更大,导航卫星的布局也是如此。如果卫星发射的轨道位置优越,就能带来事半功倍的效果。对于导航卫星来说,最理想的位置就是低地球轨道和中地球轨道,这些轨道被认为是“黄金地段”。美国的24颗卫星占据了6条这样的黄金轨道,每条轨道上均匀分布了4颗卫星,确保在全球各个方向上都有覆盖。其轨道距离地面大约1.7万公里,最高可达2万公里。
那么,为什么卫星离地面近一点会更有优势?原因在于卫星定位依赖于信号传输,简单来说,离地面越近,信号的传播距离就越短,信号的传输速度更快,误差也更小。美国利用这一优势,仅通过经度、纬度和高度三类卫星,再额外补充一个用于误差计算的卫星,就能够精准定位。尽管如此,民用GPS的定位精度仍有误差,据了解,民用GPS的精度大约在3到5米之间,但这一数据只是理论值,实际情况中,由于大气层的干扰、城市建筑的遮挡等因素,定位误差有时可能达到10米甚至几十米。
相较之下,军用GPS的精度要高得多,可以达到厘米级,但这一技术只有军事和国防部门才有权限使用。虽然GPS系统具有高度精确性,但依赖于他国的卫星系统仍然存在巨大风险。如果美国决定切断信号,其他国家尤其是军方的作战行动将会陷入困境,而这种风险对中国而言并不陌生。在没有自主导航系统的早期,中国在使用美国GPS时就曾遭遇过两次不公正的事件。
一次发生在1996年,当时解放军正在进行台海演习,导弹发射时却因GPS信号被美国干扰,导致目标失误,导弹发射偏离目标。美国显然有意在背后进行干预,阻挠我们的军事行动。另一件事发生在1998年,当时中国的“银河号”商船在前往伊朗途中被美国以涉嫌运输违禁品为由扣押,美国随即切断了船上的GPS信号,导致这艘船在海上漂泊了33天,船员的生死未卜。最终,尽管船只检查后证实是冤枉的,但美国依然借此机会展示其对GPS系统的控制力。
这些事件凸显了没有自己独立导航系统所带来的不安全感和屈辱感,这也成为中国研发北斗系统的动力。虽然美国凭借其24颗卫星在全球范围内提供了强大的定位服务,但为何中国的北斗系统需要发射39颗卫星?这是因为中国面临的技术难题,还是有其他深层次的原因?
经过这些教训后,中国深刻认识到必须拥有自己的卫星导航系统。1994年,北斗一号工程开始启动,在这一阶段,只有3颗地球静止轨道卫星发射。到了2004年,北斗二号工程开始实施,期间共发射了14颗卫星。2009年,北斗三号工程启动,并在2019年完成了39颗卫星的发射,这一星座部署使得中国北斗系统能够为全球提供服务。
尽管中国北斗系统发射了更多的卫星,实际上只需要24颗中地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星以及3颗倾斜地球同步轨道卫星就能提供全球导航服务。多余的卫星作为备用,确保系统的高效运行。与美国不同,北斗由于起步晚,必须利用更高的轨道来满足全球定位需求,然而轨道越高,卫星信号就越容易受到外界干扰,因此需要更多的卫星来弥补误差。
换句话说,如果美国的卫星在更高的轨道上发射,他们也会面临类似的挑战。尽管如此,北斗的民用精度已经达到非常高的水平,并且在某些方面,甚至优于GPS。经过多年的发展,中国的北斗系统如今已经发射了超过60颗卫星,随着卫星数量的增加,应用领域也越来越广泛。现在,北斗已经在全球137个国家和地区得到推广,覆盖了超过200个国家和地区。
经过了30年的发展与努力,今天的中国不再受制于他国的GPS系统。如今,北斗系统不仅为中国提供了强有力的支持,也让全球用户享受到了更加高效、安全的导航服务。