中国北斗覆盖全球吗?
首先,从原理上讲,北斗系统是覆盖全球的。 因为信号的传播不需要介质,只要在空间中能够形成环形传输路径,那么任何地点都可以收到。 这就如同无线电波和光一样,在太空绕地球一圈之后就可以得到增强,从而可以收听到来自太空的电磁波(电波/微波)和看到太阳发出的光线(可见光/无线电波)。同样地,向两颗卫星发出信号,它们经过2次转发就可以把信号传回地面站。
但是,由于目前北斗系统正在逐步完成全球组网,最后建成由30颗北斗导航卫星组成的独立运行的全球定位系统,所以现阶段还无法完全实现覆盖全球。 主要原因是现在北斗系统的卫星数量还不够多,在全球范围内还有很多地区无法实现连续、实时、精确的测距。如果仅依靠单颗或少数几颗卫星,就试图实现全球覆盖,那肯定是不现实的。 但等到北斗系统全面建成之时,这个障碍自然就会消除。
而且,全球覆盖并不是什么新的技术突破。因为现在的民用GPS就已经可以实现对全球任何位置的连续、实时、精确的测距了! 所以,从这一点上来讲,说“北斗覆盖全球”其实也没错。只不过以前是靠美国的民用GPS来“覆盖”全球,以后换成中国的北斗。 说到这又得提到这次发射的49星。这是北斗全球组网的第二阶段任务,在2017年之前要把28颗卫星发射完毕并组建起北斗系统的“核心星座”。这些卫星分布在不同的轨道面上,组成一个大型交叉坐标系,这样就能对全球任一位置提供实时的三维坐标。
不过,建成这样一个巨型星座需要一个过程,在初期阶段恐怕还得依靠美国的GPS系统来“覆盖”全球。毕竟美国是在20世纪70年代就开始建设自己的全球定位系统,至今已经发展了40多年,其民用服务更是从1994年开始就向全世界免费开放。
可以说,在没有取得绝对优势的情况下,中国在基础理论研究、关键核心技术攻关等方面,不得不继续靠“追”和“跟”来实现跨越式发展;但在部分新兴领域,完全可以依靠率先布局抢占赛道,实现领跑甚至领先半个身位。
截至2017年4月20日,中国北斗系统在轨卫星共17颗。其中14颗为新一代北斗卫星,4~5颗卫星同时工作即可达到服务标准。
按照“三步走”发展战略,最终北斗系统将完成55颗卫星的组网计划,形成全球服务能力,完成从区域向全球的跨越,形成中国卫星全球导航系统。55颗卫星包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。静止轨道卫星直接在赤道上空地球同步轨道入轨运行,与地球自转同步运行。因此,从地面看去,这些卫星好像是静止不动的,因而被称为静止轨道卫星。由于其轨道周期长,运行一周的时间恰好等于一昼夜,所以也被称为地球同步卫星。
非静止轨道卫星包括27颗中轨、3颗倾斜同步和5颗同步轨道卫星。中轨卫星主要用于全球导航,有24颗工作卫星组成的星群,轨道高度21538 km,平均轨道可重复周期为10h,均匀分布在3个轨道面上,每个轨道面8颗卫星。3颗倾斜同步轨道卫星,轨道高度35786 km,轨道面与地球赤道平面有55度夹角,轨道周期24小时,因此,3颗卫星在一天内的轨迹在地球上由东向西画一个“8”。5颗高轨卫星主要为中国及周边地区用户提供服务。
北斗卫星导航系统空间段示意图
北斗卫星
为了能让北斗系统覆盖全球,就需要在地球周围均匀的布置若干颗北斗卫星。但地球又在不停的自转,因此只需要在距离地球3.6万公里的地球同步轨道(GEO)运行的卫星,就能够相对稳定的在地球上空某处定点工作,这些GEO轨道上的北斗卫星称为静止轨道卫星。由于这些卫星位于赤道上空,若将它们与我国上空正对的那些卫星称为赤道面卫星,从侧面观察,还有许多北斗卫星,由西向东不断地绕着地球运行,称为中圆地球轨道(MEO),这些卫星离地球一般为2万公里左右,运行一周为12小时,在12小时内MEO中许多卫星都能运行到我国上空,这些卫星称为倾斜轨道卫星。
如果要对全球形成导航覆盖,就需要有更多的卫星不断运行过我国上空,就需要在离地面2万公里左右的地球中圆轨道上布置20多颗卫星,这些卫星分为3群,每群8颗卫星(其中备用星1颗),星群轨道间距为120度,群内轨道面的内部倾角为55度。
北斗系统采用兼有“静态”(静止轨道卫星)和“动态”(静止轨道卫星和倾斜地球同步卫星)两种工作状态的北斗导航卫星星座设计,使其在亚太地区实现了对天空的“不间断的覆盖”。