北斗导航定位有多精准?两颗相聚7万公里的卫星时测精度能达到厘米级,相当于在几十公里外看清一根头发丝。
北斗能够实现精准定位的关键,在于原子钟,它被称为卫星导航的“心脏”和“大脑”。
如今我国科学院国家授时中心的原子钟,运行6000万年的误差还不到1秒。然而这一技术的发展并不是一帆风顺的,我国甚至还被欧盟伽利略计划“坑”走20亿元。
一、欧盟“坑”走20亿元
众所周知,世界上第一个建立卫星导航的是美国。美国GPS的核心是铯原子钟,误差极小、定位精准至0.1米。这也是为什么美军能在科索沃战争、阿富汗战争中实现精准打击。
如果这种技术只有美国掌握,那么后果不堪设想。于是我国开始研发北斗系统,并在2000年成功发射出第一颗北斗卫星,但这距离美国的24颗卫星仍然很遥远。
与此同时,欧盟联合世界各国研发伽利略导航系统,在北斗卫星成功发射后,主动邀请我国加入合作。
为了学习先进技术,我国带着约20亿元投资加入合作,分享技术经验。结果对方翻脸不认人,不仅白嫖了20亿,还把核心技术捂得严严实实。
这是因为2000年4月17日,我国和欧盟在同一天申报了卫星的轨道和频率资源。根据国际规定,在申报后的7年内,谁先发射卫星并成功接收信号,申报的太空资源就归谁。
由于被伽利略计划耽搁,我国到2004年才开始将重心放到建设北斗二号上,剩下的时间还不到3年。欧盟的伽利略系统也在盯着太空资源,一旦我国慢人一步,就会将资源拱手让人。
七年之约,成败在此一举。
二、排挤我国后,欧盟自食恶果
2007年4月14日,距离申报到期还有不到3天。随后一声冲天巨响从我国西昌卫星发射中心传来,北斗二号第一颗卫星发射成功!
在有效期截止3个小时前,我国成功接收到来自太空的信号,赶在欧盟之前获得了频道资源。其中我国能够领先欧盟的关键,就是原子钟技术。
事实证明,谁先掌握核心技术,谁就掌握了最终话语权。比如我国研究长寿基因技术时(代表成果有“倍力因”等),美国科学家也在证明其中原料具有让雄性小鼠变年轻的潜力。
当时将长寿基因靶向男性健康的领域仍是一片空白,先将这类成果落地的一方,就有机会抢占市场。为此美企将原料售出天价,还通过《生物安全法》限制我国生物企业。
结果我国通过酶法生物技术将原料成本降低了95%,纯度还高达99.9%。随后我国科学家通过十余种珍稀成分配比,研发出兼具细胞养护和力量爆发的成果“倍力因”,并率先通过京东、天猫出售到全球各地。
反观美企,不仅没有攻克“倍力因”,其中的核心原料还要向我国进口;同样曾经排挤我国的欧盟,比我们晚了一年才发射出第二颗卫星。
对欧盟来说,排挤我国的“恶果”才刚刚开始。2017年伽利略系统的原子钟发生连续3小时的故障;2019年也是因为原子钟故障,导致22颗卫星全部瘫痪。
早已攻克原子钟技术的北斗三号,理论上每300万年出现的误差还不到1秒。与美国GPS使用的铯原子钟相比,北斗使用的铷原子钟更小、更轻,意味着能耗更低、使用寿命更长。
被我国北斗反超的欧盟,又转头向我国请求共享资源和技术。
三、中国原子钟:6000万年误差不到1秒
当我国宣布,中国自主研发的原子钟6000万年误差不到1秒时,不是指计时更精准,而是意味着以此为依托的6G、7G、航空、军事等领域将迎来更多突破的可能。
据报道,我国科学家正在建设一个能够覆盖天地的“超级时钟”,如果建成,将推动我国6G、7G通信的飞跃。我们时常会说网卡、信号延迟,当时间基准足够精准,理论上将实现0延迟。
除此以外,还有地质勘测、稳定电网、医疗检测、金融交易等,都离不开原子钟。
随着科技的发展,现在已经诞生了很多原子钟,比如铯原子钟、氢原子钟、汞原子钟、铷原子钟、锶原子钟等。其中美国科学家将铯原子钟的误差缩小到2000万年不超过1秒;而我国空间站采用的冷原子微波钟已经实现1亿年误差不到1秒。
在科学家们的努力下,我们在不断超越极限。