11月5日，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，以“一箭雙星”方式成功發(fā)射第24顆、第25顆北斗導航衛(wèi)星。中新社發(fā) 謝奇勇 攝

“心臟”：精確定位的前提是一只“300萬年1秒誤差”的鐘

不少人談及北斗、GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)，第一個疑問就是“天上的‘星星’是如何‘看到’我們的位置，又怎么能如此精準地‘指引’我們的方向?”

這就不得不提到被稱作衛(wèi)星“心臟”的原子鐘，導航系統(tǒng)幾乎都是依靠它來“掌握”時間的精度。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)總設計師楊長風說，時間精度就是衛(wèi)星導航的“命門”，天地間時間越同步、誤差越小，定位精度越高。

然而，在北斗導航衛(wèi)星發(fā)展初期，我國并不具備研制生產(chǎn)星載原子鐘的能力。楊長風說，過去，只有少數(shù)國家能夠制造衛(wèi)星導航系統(tǒng)使用的高精度原子鐘，但對我國實行嚴格限制，甚至直接禁運，“這才倒逼我們研制能夠上星的原子鐘”。

直到北斗二號建設時，他國壟斷才被徹底打破。如今，北斗三號建設大幕拉開，我們也迎來了最新一代原子鐘——“銣原子鐘”。

所謂“銣原子鐘”，是以銣原子躍遷為物理基礎建立的一套極度精密的電子設備，簡稱“銣鐘”。其穩(wěn)定度，直接關(guān)乎導航衛(wèi)星的定位、測速和授時功能的精度，甚至可以說，直接決定著導航衛(wèi)星的成敗。

楊長風說，北斗三號所配備的銣鐘，其穩(wěn)定度達到E-14量級，“這相當于300萬年只有1秒誤差”。

中國航天科技集團五院北斗三號衛(wèi)星總設計師王平說，這一技術(shù)進步，直接推動了我國全球?qū)Ш较到y(tǒng)定位精度，由之前“區(qū)域系統(tǒng)”的10米，跨越到后續(xù)“全球系統(tǒng)”米級分辨率，測速和授時精度同步提高一個量級。

五院原子頻標領(lǐng)域首席專家賀玉玲博士透露，當前，中國航天科技集團五院西安分院正在研制甚高精度銣原子鐘，爭取未來將導航衛(wèi)星的定位精度、授時精度再提高一個量級，屆時，這種追求精度極致的探索，或?qū)有屡d產(chǎn)業(yè)和新興社會應用的出現(xiàn)。

“靈魂”：離“天地之間萬物互聯(lián)”不遠了

當然，只有一顆衛(wèi)星不足以稱之為系統(tǒng)。我們常說的北斗，是中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的簡稱，不是指一顆衛(wèi)星，以北斗三號這一代為例，按照計劃，要到2020年，完成30多顆組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射，才能構(gòu)成全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，實現(xiàn)所謂的全球服務能力。

另一個容易被忽略的細節(jié)是，除了空間段這30多顆衛(wèi)星，整個北斗系統(tǒng)還包括地面段和用戶段，前者有地面基準站，后者有用戶終端。

這就引出一個問題，即我國很難像GPS那樣，在全球大范圍建立地面站，為解決境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸通道，似乎只能從“星間鏈路”下手——在衛(wèi)星之間搭建的通信測量鏈路，實現(xiàn)了衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面站的鏈路互通。

這就是說，雖然我們“看不見”處在地球另一面的北斗衛(wèi)星，但通過北斗衛(wèi)星的星間鏈路，同樣能和它們?nèi)〉寐?lián)系。

五院西安分院北斗導航副總設計師張立新說，星間鏈路技術(shù)就好比讓北斗三號“太空兄弟手拉手”，不僅相互間通信和數(shù)據(jù)傳輸，還能相互測距，自動“保持隊形”，可以減輕地面管理維護壓力。

當然，星間鏈路并非只是“地面站難以大范圍建設”的權(quán)宜之計，也是掌握著“主動出擊”“自主導航”的關(guān)鍵。

所謂自主導航，就是指“即使地面站全部失效，30多顆北斗導航衛(wèi)星也能通過星間鏈路提供精準定位和授時，地面用戶通過手機等終端仍舊能進行定位及導航”。

張立新說，由于北斗導航衛(wèi)星的地面站較少，地面系統(tǒng)的全球連續(xù)完好性監(jiān)測，和實時告警的時間一般需要“數(shù)十秒到幾小時”，而衛(wèi)星上的直接監(jiān)測預警，僅僅需要幾秒鐘的時間。

在他看來，衛(wèi)星自主完好性監(jiān)測，是北斗三號的一項新技術(shù)，相較于美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯以及歐洲的伽利略等導航衛(wèi)星系統(tǒng)，中國北斗在世界上首次實現(xiàn)了衛(wèi)星的在軌完好性自主監(jiān)測功能。

此外，北斗三號的星間鏈路系統(tǒng)，還能與其他類型衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)，聯(lián)網(wǎng)的數(shù)量可達上百顆。張立新說：“這對于構(gòu)建我國的天基綜合信息網(wǎng)，實現(xiàn)我國衛(wèi)星之間聯(lián)網(wǎng)具有不可小覷的作用。”

他以遙感衛(wèi)星為例，遙感衛(wèi)星對全球的地面進行測繪，但只有衛(wèi)星經(jīng)過國土境內(nèi)時，才能將其收集到的圖片信息傳回地面，而在天基綜合信息網(wǎng)中，遙感衛(wèi)星就能夠以北斗導航衛(wèi)星的星間鏈路為“通道”，實現(xiàn)信息的實時傳輸，互通天地信息。

如此，也就離我們所說的“天地之間萬物互聯(lián)”不遠了。

中國青年報·中青在線記者 邱晨輝