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技不如人？美国GPS覆盖全球要24颗，为何中国北斗卫星却需要55颗

文摘   2024-11-20 09:57   广东  


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美国GPS覆盖全球要24颗





我国于2020年6月成功发射最后一颗北斗卫星，不仅意味着我国北斗卫星导航系统全面建成，还直接打破了美国在GPS领域一家独大、长期垄断的局面，可谓是领域的重大突破。可与此同时，我们也惊奇的发现美国在建立全球GPS时，仅用24颗卫星方可全面覆盖，但我国竟累计发射了高达55颗北斗卫星，这才达到全球覆盖的盛景，所差一倍之多。


01
为何中国北斗卫星却需要55颗？
相信大家在生活中，都知道有GPS的存在，而这不仅是为了方便我们的生活，就连对国家发展和建设以及保护等多方面，都提供了巨大的帮助，所以在国家以及全球发展角度而言，都有着至关重要的地位。
但关于GPS的出现，其实最早开始研发并进行使用的，还是当属于美国，不得不说在科研发展这一块，
美国总是迫切想要成为第一个吃螃蟹的人，
而这也和他们想要称霸世界的小心思不谋而合。
在上世纪50年代，美国为了实现在科研领域上可以有重大突破和成就，于是便开始研发关于GPS等相关技术，甚至还在极短的时间内研发出并成功升上太空。
即便美国这一举措已经开创该领域的先河，但不可否认的是，当时因为技术有限以及时代发展的原因，美国当时升空的那几组GPS并没有过多实质性的使用和作用。
我国于2020年6月成功发射最后一颗北斗卫星，不仅意味着我国北斗卫星导航系统全面建成，还直接打破了美国在GPS领域一家独大、长期垄断的局面，可谓是领域的重大突破。
可与此同时，我们也惊奇的发现美国在建立全球GPS时，仅用24颗卫星方可全面覆盖，
但我国竟累计发射了高达55颗北斗卫星，
这才达到全球覆盖的盛景，
所差一倍之多。为何美国仅用24颗，而我国却需要高出一倍多的数量？这二者究竟有何区别，难道真是技不如人？
当我们探究北斗系统打破GPS垄断的壮举时，一个有趣的数字浮现出来：北斗系统通过发射55颗卫星，方才实现了全球覆盖的壮举。而相比之下，美国仅凭借24颗卫星便完成了其全球组网。这显示了不同系统在构建全球网络时采取的不同策略和技术路径。难道说，我国引以为傲的北斗导航，还不如美国几十年前的技术？
在卫星导航方面，不得不承认美国是第一个吃螃蟹的人，早在1958年，美国军方就已经展开了导航系统的研发。并且在短短几年后的1964年，便成功投入使用。必须明白，自1994年我国启动北斗一号工程，直至2020年成功发射最后一颗组网卫星，我们历经了长达26年的艰辛努力。相较之下，美国却能在短短几年内将其导航系统投入实际使用。难道美国的技术真的领先至此吗？这其中的奥秘值得我们深思。
其实并非如此，虽然当时的美国已经采用了导航系统，但卫星数量极为有限，仅有5-6颗而已。这些卫星每天绕地球运转多达13圈，但所能提供的信息却相当有限。不仅精确度令人质疑，甚至无法提供高度信息，其性能可见一斑。
这段描述揭示了早期“子午仪卫星定位”系统的存在，它虽与当今的系统有所出入，但却为美国揭示了卫星定位技术的无限潜力。
在五十年代末期的背景下，美苏之间掀起了一场惊心动魄的太空角逐。在这场竞赛中，苏联率先取得了重大突破，成功地将首颗人造卫星“斯普特尼克”送入太空，这一壮举无疑给美国带来了巨大的压力，促使其急切地寻求追赶和超越的机会。
在1973年，美国的海陆空三军携手启动了GPS研发计划，旨在赋予美军在全球范围内，不分昼夜、不受天气限制的实时导航能力，以及情报搜集和核爆监测的精准功能。
卫星导航系统无疑为美军注入了强大动力。回顾1991年的海湾战争，美国凭借这一尖端技术，让伊拉克陷入束手无策的境地，那场战争可谓是一场淋漓尽致的现代化信息战争典范。直接仅用42天的时间，就成功在该战争中获得决定性的胜利，而且他们最后的死亡人数也仅有148号人，而对应的伊拉克死亡人数却有10万人不止，两方形成绝大的反差。
在那时，GPS卫星导航系统尚未在全球范围内形成完整的网络布局，直至三年后的1994年，它才终于实现了全球覆盖与运营。历经漫长的20余载，美国投入超过300亿美元巨资，最终成功发射了总计24颗卫星，实现了对全球98%地区的精准覆盖，彰显了其强大的科技实力与决心。
在由24颗卫星组成的网络之中，导航功能主要由其中的21颗卫星承担，而另外3颗则肩负着备用的使命。GPS的诞生，无疑为我们的日常生活带来了诸多便捷。其单机导航的精准度可达到惊人的10米，而经过综合处理后的精度更是可以达到厘米级别，这无疑展示了其卓越的性能和广泛的应用前景。
与其他国家相比，我国在北斗研发方面的起步稍晚，但即便是在发射了55颗卫星之后才完成全球组网，这并不意味着我国北斗系统就落后于人。
我国在卫星导航领域的探索并非始于美国GPS系统的建成之后，而是早已具备深厚的认知和前瞻的布局。回溯至上世纪六十年代末，我国已开启了一项名为“灯塔计划”的宏伟工程，其核心目标便是致力于导航系统的研发工作。
虽然当时一穷二白，不过科研人员还是在理论和实践上都取得了不错的进展，只不过碍于当时制造业比较落后，经济水平也无法提供足够支持，最终只能被迫终止。到了90年代，我国再次准备启动“北斗一号”工程，但摆在面前的困难却并没有减少，中国导航卫星到底该走一条什么样的路，也是一个难以抉择的问题。
那时，我们不仅要应对国内经济和制造能力方面的挑战，还要冲破西方发达国家的重重封锁。譬如，在导航卫星的制造中，原子钟这一关键零件，我国一度无法从国外进口，这无疑给我们的研发工作带来了巨大的困难。
另一方面，频段资源对于卫星而言同样是一个颇为棘手的议题。依照国际通行规定，频段资源的分配遵循先到先得的原则。然而，在当时的背景下，令人遗憾的是，高达80%的黄金频段已被其他国家抢先占据。正因如此，美国凭借有限的24颗卫星便成功实现了全球覆盖，这无疑凸显了频段资源的重要性。
美国的24颗导航卫星巧妙分布于六个地心轨道面之上，呈现出均衡的布局之美。每个轨道面上精准地安置着四颗卫星，而在赤道面上，每相隔60度便有一颗卫星熠熠生辉，共同编织起一张覆盖全球的导航网络。
因为占据了距离地球表面更近的轨道位置，使得卫星的轨道长度相对缩减，从而降低了所需卫星的数量。然而，由于我国卫星导航事业起步较晚，在轨道资源上并不具备美国GPS那样的显著优势，因此我们必须依赖更多的卫星来构建和完善我们的导航系统。
另一方面，尽管我国在2020年成功发射了第55颗北斗卫星，并宣布完成了全面的组网工作，但这并不意味着北斗系统非得依靠55颗卫星才能实现全球覆盖的壮举。
其实我国的第三代北斗卫星导航系统，计划只需要35颗卫星便可以实现覆盖，但要知道我国导航卫星的研发跨度长达26年，在这么多年时间里，一些卫星可能面临更换的问题，一些或许技术不够先进。
因此，我国发射55颗卫星，实则是为了防患于未然，确保在卫星数量充足的情况下，能够持续保持其正常运转，以满足各类需求。2023年12月，我国已圆满完成组网任务，并再接再厉，成功将第57、58颗卫星送入太空。相较于先前的卫星，这两款新品不仅在设计上进行了深度优化，更为下一代北斗卫星的蓝图描绘奠定了坚实的基础。
可以肯定地说，北斗组网卫星数量超过GPS，这并不意味着北斗系统就逊色于其他系统。相反，北斗系统所展现出的强大功能，足以让它在当时傲视全球，位列世界领先水平。
北斗导航系统，往往将人们的目光引向精准导航的领域，这无疑是北斗的一大亮点。其在导航领域的卓越表现，令人瞩目。具体来说，北斗系统的水平精度能够超越9米的界限，而在授时方面，更是达到了惊人的20纳秒之内。
尤为值得一提的是，北斗系统展现了惊人的稳定性，误差微乎其微，甚至在长达三百万年的漫长岁月中，其误差也仅仅只有短短的一秒钟，这无疑是科技领域的一项卓越成就。
事实上，北斗的卓越之处远非仅止于导航功能，如今，我国已将北斗广泛应用于各个领域，从交通、运输到通信、电力，再到金融、工程勘测以及资源调查等，其影响力可谓无所不在。夸张地说，北斗的强大仿佛无边无际，几乎超越了我们所能想象的极限，唯有你的想象力才能为其设定边界。
北斗系统的一大鲜明特色在于其独特的“有源定位”技术，这一特性与GPS系统的“无源定位”形成鲜明对比。GPS系统采用的是单向接收信号的模式，它仅仅能告诉用户他们目前所在的位置，就像是一位只会指路的卫星。而北斗系统则赋予了用户与卫星之间的双向通信能力，实现了更为精准和灵活的定位服务。
而有源定位则可以让第三方关注用户的行踪，这一点在搜救作业和渔业等领域带来了很大帮助。除吃之外，北斗导航还具备另一个强大功能“短报文”，也就是说，北斗将功能完全不同的通讯卫星融合到了导航卫星中，使得用户即便在荒无人烟的沙漠、海洋、无人区等，都可以向外界发出信号。
在遭遇危险与自然灾害的严峻时刻，短报文功能的重要性尤为凸显。以2008年汶川地震为例，当地面通讯遭受重创，与外界的联系几乎断绝之际，正是短报文功能挺身而出，充当了关键的信息桥梁。在那个时候，我们仅仅依赖于北斗一号的短报文功能，其字数限制相当有限，只能勉强发送几百字的简短信息。然而，时代在进步，技术也在不断创新。如今，短报文的字数限制已经得到了大幅提升，可发送的字数已经增加到了1200个，这无疑为我们的通讯带来了更大的便利和灵活性。
迄今为止，这项功能在紧要关头已成功拯救了超过一万人的生命，展现出了其不可或缺的价值。另一方面，北斗卫星的研发和运行，也同时带动了国内多个产业的发展，其中就包括芯片产业。
首先，谈及如导航卫星这样关乎国家安全的重大科技项目，我们必须坚定不移地推进自主研发，确保绝对的自主性，从而避免未来可能面临的受制于人的困境。
而北斗系统经过这么多年的发展，也成功完成了自己的完善产业链，就连芯片也实现全面突破，用上了自己的“中国芯”。截至2019年，我国的北斗芯片出货量已突破一亿大关，同时，与之相关的零部件也成功拓展至全球一百余个国家和地区，实现了广泛的国际应用。
从上述描述中，我们不难发现，北斗导航系统不仅在国内备受青睐，更在国际市场上展现出了强大的竞争力，其影响力不容小觑。如今，随着众多国家纷纷与中国缔结合作之约，北斗系统的服务产值亦呈现蓬勃增长之势。至2023年，其服务产值已然跃升至惊人的5362亿元，充分彰显了中国北斗系统的强大实力与广泛影响力。
回顾去年，高德地图与千寻位置携手合作，共同为北斗的创新应用注入了强劲动力。其中，最引人注目的成果之一便是红绿灯计时功能的推出。这一功能的实现，不仅彰显了双方合作的深远意义，也为用户带来了更加便捷、智能的导航体验。
这一功能的覆盖范围已经超越了九成九的道路，对于那些经常驾车出行的司机而言，这无疑是一项极具福祉的利好。不过也许会有人诞生疑问，虽然说北斗导航应用广泛，可怎么感觉现在大多数智能手机，仍在使用GPS呢？
就此事宜，国务院发言人已给予清晰明确的反馈，表明当前国内大部分智能手机皆已融入了北斗导航技术，实现了广泛应用。对于信号弱的问题，人们之所以会提出质疑，原因在于每次遇到信号不佳时，系统总是提示GPS信号弱，这使得人们对GPS的稳定性和可靠性产生了疑虑。
事实上，许多人存在一个普遍的误区。GPS，作为美国导航系统的简称，因其早期投入和广泛应用，久而久之，卫星导航便几乎等同于GPS在公众心目中的印象。众多厂商和软件开发者也常采用这一缩写来指代卫星导航技术，无形中加深了这一误解。
早在2017年和2024年，我国两大北斗卫星总设计师杨长凤、林宝军曾先后登上《开讲啦》节目。他们不仅在节目上为全国观众朋友科普关于北斗卫星的一个实质性作用，同时也为大家答疑为何我国和美国时间升空的一个北斗卫星数量有着如此大的悬殊。
其实也是因为美国的GPS研发时间较早，他们在上世纪50-60年代就已实现全面覆盖GPS，因为该技术在建设距离上有着一定的限制，自然是离得越近更能有效捕捉详细且全面的信息。
所以当时美国作为第一个投入使用的国家，在太空轨道上更是占据了最有利的位置，再加上后来其他国家先后升空的一个相关装备，使得我国在后期升空时，已经没有较好的位置。
这才使得我国在最后投入的卫星数量才会越来越多，不过虽然我国有高达55颗卫星在使用，但其实只有31颗北斗卫星是母卫星，也就是说其他卫星也类似于一个辅助性作用，不太显示。
虽然美国在GPS上的研发属于先河，但我国在该领域上也并没就此落后，相反目前我国北斗技术以及中国芯制造等，更是将我国在科研领域推向一个新的高度。即便美国在数量上占据一定优势，但这丝毫不是碾压我国北斗功能的一个决定性因素，毕竟数量越多也就代表着我国在其领域的一个全方面考量，
从而保障整体的一个功能使用。

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