北斗三號(hào)來(lái)了，“四大天王”將相容而立

北辰

分三步走的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)陌生地方睜眼醒來(lái)，總想知道這是在什么地方；當(dāng)船只航行在浩瀚的海洋上，他們要知道自己所處的方位……這是人類(lèi)的自然反應(yīng)。現(xiàn)在，GPS可以為人們導(dǎo)航。GPS是美國(guó)20世紀(jì)80年代建造的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它可以給車(chē)輛、輪船、飛機(jī)等交通工具指明方向，確定它們的位置。不僅如此，它在測(cè)繪、農(nóng)業(yè)、找礦等各個(gè)行業(yè)都有應(yīng)用。

我國(guó)也一直在努力建設(shè)這樣的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國(guó)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)叫作北斗。建設(shè)這樣一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，需要非常高超的技術(shù)力量，我國(guó)一點(diǎn)點(diǎn)地摸索前進(jìn)，把這項(xiàng)工作分為三步，一步比一步技術(shù)高超，一步比一步應(yīng)用廣泛。

我國(guó)首先在2000年建成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，這僅僅是個(gè)試驗(yàn)性的系統(tǒng)，衛(wèi)星數(shù)量也只有3顆。2012年，我國(guó)建成了北斗二號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)，它也談不上是全球性的，但是我國(guó)周邊和亞洲的用戶(hù)需求基本都能滿(mǎn)足。

正是北斗二號(hào)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)，讓北斗可以進(jìn)一步升級(jí)，第三代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也拉開(kāi)了建設(shè)的序幕。2017年7月，將要開(kāi)始發(fā)射北斗三號(hào)衛(wèi)星的第一顆，預(yù)計(jì)到今年底將發(fā)射8顆左右衛(wèi)星，2018年底之前發(fā)射18顆衛(wèi)星，爭(zhēng)取在2020年建成真正的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。不管你在世界的任何角落，它都能給你的出行指路。

宇宙中最精準(zhǔn)的鐘表

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是高精尖的科學(xué)技術(shù)，要想實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)最關(guān)鍵的是要有精準(zhǔn)的時(shí)鐘。時(shí)鐘哪里都有，即使在天上也有，北斗七星就是一個(gè)時(shí)鐘。它圍繞著北極星運(yùn)轉(zhuǎn)，24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)一圈，看看七顆星的方位，也能大概知道時(shí)間。但這僅僅是古人的計(jì)時(shí)方法，現(xiàn)在鐘表為我們提供了更精確的時(shí)間。對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘的精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如果誤差千分之一秒，那么導(dǎo)航系統(tǒng)告訴你的地點(diǎn)可能會(huì)跟真正的地點(diǎn)差300千米，從來(lái)沒(méi)有什么事情對(duì)時(shí)間的要求這么高。

衛(wèi)星上使用的時(shí)鐘是銣原子鐘，但是北斗三號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)將使用氫原子鐘，氫原子鐘的精度有多高？即使是使用百萬(wàn)年后也只有一秒的誤差。即使是這樣還是不夠，還需要在地面上準(zhǔn)備兩臺(tái)氫原子鐘，一臺(tái)需要模擬在宇宙空間的環(huán)境下，讓它們相互監(jiān)督，確保絕對(duì)準(zhǔn)確。不僅如此，天上衛(wèi)星攜帶的氫原子鐘每隔幾秒鐘，就要與這個(gè)精準(zhǔn)時(shí)間對(duì)照一次，這樣就絕對(duì)準(zhǔn)確了。

北斗三號(hào)上使用的氫原子鐘是中國(guó)自主研制的，已達(dá)到世界先進(jìn)水平。為了這項(xiàng)研究，中國(guó)的很多科學(xué)家為之奮斗。幾十年前，各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的技術(shù)是原子彈，現(xiàn)在各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的技術(shù)就是原子鐘。北斗三號(hào)上使用的氫原子鐘，也能滿(mǎn)足其他科技發(fā)展的需要，這就是最精準(zhǔn)的時(shí)間。

愛(ài)因斯坦為北斗導(dǎo)航

宇航員遠(yuǎn)航歸來(lái)，迎接他的兒子已經(jīng)白發(fā)蒼蒼，可他卻依然風(fēng)采依舊，這個(gè)故事很多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)。它告訴我們，在宇宙航行中，時(shí)間會(huì)變慢。人造衛(wèi)星搭載著氫原子鐘在天上飛，衛(wèi)星上的時(shí)間也會(huì)變慢。

但是，另一個(gè)因素卻讓衛(wèi)星上的時(shí)間變快，那就是引力。地面上的每一個(gè)物體都要受到地球引力的作用。即使衛(wèi)星飛到高空，也同樣受到引力的牽引，但是它的引力會(huì)變小，引力減小會(huì)導(dǎo)致時(shí)間變快。

高速飛行讓時(shí)間變慢，在地球上空又讓時(shí)間變快，這兩個(gè)因素需要綜合考慮，也只有考慮了這兩個(gè)因素之后，才能得到衛(wèi)星上真正正確的時(shí)間。

時(shí)間對(duì)于每個(gè)人來(lái)說(shuō)都是公平的，它緩緩流過(guò)，為了珍惜時(shí)間，人們說(shuō)時(shí)間像一條河。這句話(huà)在愛(ài)因斯坦的相對(duì)論面前就成了錯(cuò)誤的言論，愛(ài)因斯坦的相對(duì)論讓我們對(duì)時(shí)間有了全新的認(rèn)識(shí)。正是因?yàn)檫@種全新的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的誕生。

使用衛(wèi)星導(dǎo)航的人開(kāi)著汽車(chē)，車(chē)?yán)锏恼Z(yǔ)音提醒裝置就會(huì)告訴他，前面有什么路口，距離有多遠(yuǎn)，過(guò)了路口往哪拐。對(duì)司機(jī)來(lái)說(shuō)十分方便，即使沒(méi)有司機(jī)，汽車(chē)也能自動(dòng)駕駛，帶著人到達(dá)目的地。這讓使用的人十分感激，他們要感謝那些研制北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的人們。但是，科研人員會(huì)告訴他們，應(yīng)該感謝愛(ài)因斯坦，是愛(ài)因斯坦的相對(duì)論讓他們對(duì)時(shí)間有了全新的認(rèn)識(shí)，這種認(rèn)識(shí)為導(dǎo)航衛(wèi)星的研制指明了方向。

“四大天王”時(shí)代來(lái)臨

北斗三號(hào)衛(wèi)星發(fā)射之后，還會(huì)陸續(xù)發(fā)射這個(gè)系列的其他衛(wèi)星，最終建立起來(lái)北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)將構(gòu)成一個(gè)龐大的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。不管在哪個(gè)地方往天上看，都會(huì)看到1顆靜止不動(dòng)的衛(wèi)星，它在天上固定的位置，這樣的衛(wèi)星共有5顆。此外，還有30顆衛(wèi)星是運(yùn)動(dòng)的。要確保不管在什么地方，都能看到天上的4顆衛(wèi)星，這4顆衛(wèi)星就可以確定地面上目標(biāo)的位置。

中國(guó)的北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將會(huì)在2020年建成，開(kāi)始具有全球?qū)Ш侥芰ΑＤ壳埃谔焐瞎ぷ鞯闹饕敲绹?guó)的GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它也不斷地推陳出新，并升級(jí)到第三代。此外，俄羅斯也有一個(gè)格洛納斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但它的部分功能難以使用，還處在進(jìn)一步的升級(jí)過(guò)程中。歐洲很多國(guó)家也一起合作，研制了伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，伽利略還沒(méi)有完全建成。中國(guó)的北斗將于2020年建成，正式開(kāi)通全球服務(wù)。在未來(lái)的十年內(nèi)，將會(huì)出現(xiàn)四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的時(shí)代。

這四個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在接近兩萬(wàn)多干米的地球上空，環(huán)繞地球運(yùn)行，看上去不分彼此，但卻分別屬于四個(gè)系統(tǒng)，你中有我，我中有你，相互包容對(duì)方而存在著，這就是未來(lái)的“四大天王”，這是名副其實(shí)的“四大天王”，它們真的在天上。

責(zé)任編輯：陸燕 責(zé)任校對(duì)：夏越endprint