為什么要建北斗？有哪些衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？

6月23日9時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星，暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星，至此北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署比原計(jì)劃提前半年全面完成。

中國的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲伽利略系統(tǒng)、美國GPS系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)并稱為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

其中，美國GPS是全球?qū)Ш浇缋洗?，起步最早，?0世紀(jì)70年代開始建造。有了GPS，為什么我們還要花大力氣造自己的北斗？除了全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，還有哪些衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？

中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員、博士生導(dǎo)師徐穎曾表示，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一把守護(hù)國門的金鑰匙，自己家的這把金鑰匙一定要握在自己人手中。

美國GPS系統(tǒng)于1994年建成，全系統(tǒng)在1995年投入運(yùn)行。美國曾承諾在95%的情況下維持至少24顆可用的GPS衛(wèi)星。過去幾年已發(fā)射30多顆可操作的GPS衛(wèi)星。

為了保護(hù)自身利益，美國在研制GPS系統(tǒng)時使用了兩套不同的標(biāo)準(zhǔn)向用戶提供定位服務(wù)，分軍用和民用兩種定位模式。

軍用定位模式最初精度在10米左右，主要供美國軍方及其同盟國使用，目前已經(jīng)可以達(dá)到1米以內(nèi)。另一種民用方式向全球開放，最初精度為100米，目前精度可達(dá)到5米以內(nèi)。

對于全世界應(yīng)用最廣泛的美國GPS導(dǎo)航系統(tǒng)來說，曾有一段時間，美國在自己的導(dǎo)航系統(tǒng)上添加了干擾性誤差。

美國自己知道誤差數(shù)據(jù)、可以直接修正，但其他國家無法修改那時候GPS系統(tǒng)的精度在百米左右。后來全世界抗議，美國才取消了人為誤差，把精度恢復(fù)到10米左右。

法國前總統(tǒng)希拉克曾說，沒有伽利略系統(tǒng)，歐洲“將不可避免地成為（美國的）附庸，首先是科學(xué)和技術(shù)，其次是工業(yè)和經(jīng)濟(jì)”。

伽利略系統(tǒng)是歐洲的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。為了減少對美國GPS系統(tǒng)的依賴，1999年歐洲提出伽利略計(jì)劃，2002年歐盟正式批準(zhǔn)啟動自己的伽利略項(xiàng)目。

該系統(tǒng)預(yù)定于2020年實(shí)現(xiàn)全部衛(wèi)星組網(wǎng)，一旦可以達(dá)到完全操作能力，伽利略系統(tǒng)將由30顆衛(wèi)星構(gòu)成。

在精度方面，GPS系統(tǒng)對地面目標(biāo)的定位誤差大約為10米，而伽利略系統(tǒng)的免費(fèi)公共服務(wù)誤差為1米左右，加密的收費(fèi)服務(wù)誤差為30厘米。

不過由于成本等問題，伽利略系統(tǒng)的建設(shè)并非一帆風(fēng)順。直到2016年12月，該系統(tǒng)才啟動“初始服務(wù)”，為全球用戶提供定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，并且沒有采用星間鏈路技術(shù)。

上線一個月后，系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星上的原子鐘出現(xiàn)大規(guī)模故障，18顆衛(wèi)星上72臺原子鐘有9臺停止工作。由于當(dāng)時故障原子鐘分布較“均勻”，對衛(wèi)星運(yùn)行影響不大。

受與地面基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的技術(shù)問題影響，去年7月，伽利略系統(tǒng)初始導(dǎo)航和計(jì)時服務(wù)暫時中斷，搜索和救援服務(wù)并未受影響。部分服務(wù)“休克”一周后，伽利略系統(tǒng)才恢復(fù)正常。

另外，格洛納斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是俄羅斯的軍民兩用系統(tǒng)，可為全球用戶提供陸地、海上及空中的定位和導(dǎo)航服務(wù)。

1982年10月，隨著“Kosmos-1413”衛(wèi)星發(fā)射，格洛納斯系統(tǒng)開始進(jìn)入測試。1995年格洛納斯系統(tǒng)成為一個完全可操作的系統(tǒng)，不過一個重大缺點(diǎn)是缺乏民用導(dǎo)航設(shè)備和民用用戶，且精度低于GPS。

格洛納斯系統(tǒng)導(dǎo)航信號全球覆蓋需要24顆運(yùn)行的衛(wèi)星。目前，格洛納斯軌道星座擁有27顆衛(wèi)星，包括25顆“格洛納斯-M”和2顆“格洛納斯-K”。其中23顆衛(wèi)星用于指定用途，1顆正進(jìn)行飛行測試，1顆處于技術(shù)維護(hù)狀態(tài)，2顆備用。

除中國、美國、歐洲、俄羅斯之外，日本和印度也在尋求建設(shè)自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

日本在衛(wèi)星定位方面完全依賴美國的GPS系統(tǒng)，因此希望建立能兼容美國GPS并能提高定位精度的自有衛(wèi)星定位系統(tǒng)，未來實(shí)現(xiàn)不依賴美國GPS的獨(dú)立全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。

日本“引路”系列衛(wèi)星被稱為準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)，該衛(wèi)星系統(tǒng)包括多顆軌道周期相同的地球同步軌道衛(wèi)星，這些衛(wèi)星分布在多個軌道面上，無論何時，總有一顆衛(wèi)星能夠完整覆蓋整個日本。這一系統(tǒng)也被稱為日本版的GPS。

2010年，日本“引路”1號衛(wèi)星發(fā)射升空。2017年6月日本發(fā)射了“引路”2號，當(dāng)年8月又將“引路”3號送入預(yù)定軌道。2018年，日本初步形成4星運(yùn)行體制，計(jì)劃到2023年實(shí)現(xiàn)7星運(yùn)行，從而擺脫對GPS的依賴。

印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（NavIC）由7顆衛(wèi)星組成，只覆蓋印度周邊地區(qū)。2013年7月發(fā)射印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)第一顆衛(wèi)星IRNSS -1A。2017年印度想用IRNSS-1H衛(wèi)星替代IRNSS-1A衛(wèi)星時還遭遇了發(fā)射失敗，整流罩在火箭上升過程中未能成功分離。