北斗發(fā)射多少顆衛(wèi)星;北斗發(fā)射多少顆衛(wèi)星啊

2020年北京高考作文里提到：北斗系統(tǒng)一共有55顆衛(wèi)星，每一顆都是北斗的“獨(dú)一無(wú)二”，每一顆都有自己的功用。導(dǎo)航，其實(shí)大家都非常熟悉。我們國(guó)家的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)叫做北斗，它是全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。那么不同衛(wèi)星的信號(hào)到底是怎樣實(shí)現(xiàn)區(qū)分的？如果你想全面認(rèn)識(shí)北斗衛(wèi)星，你需要聽(tīng)懂這7個(gè)“3”…

出品："格致論道講壇"公眾號(hào)（ID：SELFtalks）

以下內(nèi)容為中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院研究員徐穎演講實(shí)錄：

大家好，今天特別榮幸來(lái)到上海，挑戰(zhàn)一個(gè)以前從來(lái)沒(méi)有挑戰(zhàn)過(guò)的領(lǐng)域。我經(jīng)常給大家做科普?qǐng)?bào)告，但做脫口秀是第一次。

首先為大家介紹一下自己，我叫徐穎，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院，今天來(lái)給大家講講導(dǎo)航。

提到導(dǎo)航，其實(shí)大家都非常熟悉。對(duì)于很多人來(lái)講，導(dǎo)航基本上等于我們手機(jī)上的地圖軟件。剛才在后臺(tái)我們還在聊，大家今天是怎么到浦東圖書(shū)館的？有說(shuō)打車(chē)的，有說(shuō)開(kāi)車(chē)的，有說(shuō)坐公交車(chē)的，有說(shuō)騎自行車(chē)的，還有開(kāi)坦克來(lái)的。對(duì)，那位小朋友，把你手中的玩具坦克放下，不要再玩了，我們開(kāi)始聽(tīng)脫口秀。

其實(shí)，這是一個(gè)誤解，導(dǎo)航是一個(gè)體系化的科學(xué)，并不完全等價(jià)于我們手中的地圖軟件。今天為大家講解導(dǎo)航，首先要給大家介紹一個(gè)數(shù)字，這個(gè)數(shù)字是多少呢？這個(gè)數(shù)字是3。

為什么說(shuō)這個(gè)數(shù)字是3？《道德經(jīng)》中講到，一生二，二生三，三生三世十里桃花。所以我們只要把“3”這個(gè)問(wèn)題說(shuō)清楚了，我們也就了解了導(dǎo)航當(dāng)中的科學(xué)。

首先，導(dǎo)航不僅僅等于我們的地圖，作為一個(gè)體系化的科學(xué)，導(dǎo)航包含三個(gè)基本要素：一個(gè)是時(shí)間，一個(gè)是位置，一個(gè)是引導(dǎo)我們從一個(gè)位置到達(dá)另一個(gè)位置的精準(zhǔn)控制的過(guò)程，這個(gè)三位一體的體系我們才叫做導(dǎo)航。

接下來(lái)，我們要說(shuō)的是導(dǎo)航的基本原理。我們至少需要幾顆衛(wèi)星才能實(shí)現(xiàn)定位？三顆。因?yàn)槲覀兠恳粋€(gè)人的位置都包含經(jīng)度、緯度和高度三個(gè)未知數(shù)。我們需要三顆衛(wèi)星得到三個(gè)測(cè)量值，列出三個(gè)方程，才能夠求解出剛才的三個(gè)未知數(shù)。

當(dāng)然通常來(lái)講，我們至少需要四顆衛(wèi)星，因?yàn)檫€有時(shí)間的問(wèn)題。所以，四顆衛(wèi)星是衛(wèi)星導(dǎo)航定位的基本原理。

那么是不是有了四顆衛(wèi)星就解決了導(dǎo)航的所有問(wèn)題呢？當(dāng)然不是，俗話(huà)說(shuō)一個(gè)好漢三個(gè)幫，一個(gè)籬笆三個(gè)樁，我們要解決導(dǎo)航問(wèn)題也需要講到三大要素。一個(gè)是衛(wèi)星，一個(gè)是地面監(jiān)測(cè)站，還有一個(gè)是用戶(hù)終端。

衛(wèi)星主要用來(lái)發(fā)射信號(hào)，地面站主要用來(lái)監(jiān)測(cè)信號(hào)，而我們的終端就是跟大家接觸最多的了，比如大家經(jīng)常用的手機(jī)就是一個(gè)終端。

當(dāng)然除了手機(jī)之外，北斗還有各種各樣的終端，比如說(shuō)我們的高動(dòng)態(tài)、高精度、高靈敏度、抗干擾、反欺騙、小型化、低功耗、手持型、車(chē)載型、船載型、彈載型、星載型、機(jī)載型，還有我們的北斗手表、北斗鞋、北斗卡。各種各樣，應(yīng)有盡有。走過(guò)路過(guò)不要錯(cuò)過(guò)，全場(chǎng)兩元，全場(chǎng)兩元，兩元錢(qián)你買(mǎi)不了吃虧也買(mǎi)不了上當(dāng)，請(qǐng)進(jìn)來(lái)看一看。

當(dāng)然我們的北斗產(chǎn)品就是這么全，但是有一個(gè)北斗產(chǎn)品真的沒(méi)有，就是前一陣我們剛剛辟謠的北斗地圖APP，它真的不等于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，這個(gè)我們真沒(méi)有。

那么是不是有了衛(wèi)星、地面段和終端，我們就感覺(jué)自己可以出任CEO，迎娶高富帥，從此走上人生巔峰，踏上不再迷途的北斗之路了呢？當(dāng)然不是，我們還需要解決三個(gè)重大問(wèn)題。

第一個(gè)問(wèn)題是時(shí)間的問(wèn)題。大家會(huì)覺(jué)得時(shí)間有什么關(guān)系？我面前有一個(gè)計(jì)時(shí)器告訴我現(xiàn)在的時(shí)間，假設(shè)今天的脫口秀是下午四點(diǎn)開(kāi)始，您四點(diǎn)零一分到現(xiàn)場(chǎng)，我想工作人員也一定會(huì)讓您進(jìn)來(lái)。那么我們?yōu)槭裁葱枰粋€(gè)非常精準(zhǔn)的時(shí)間呢？

這是因?yàn)樵谛l(wèi)星導(dǎo)航當(dāng)中，我們是通過(guò)時(shí)間乘以北斗信號(hào)的傳播速度來(lái)測(cè)量距離的。北斗信號(hào)的傳播速度是光速，跟驚奇隊(duì)長(zhǎng)的飛行速度一樣，所以如果時(shí)間相差一秒，那么距離就會(huì)差出去3后面8個(gè)0這么大的距離。就像你本來(lái)要去麗江結(jié)果給你定位到了西藏，這時(shí)導(dǎo)航就沒(méi)有用了，還不如問(wèn)百度。

所以我們要感謝物理學(xué)家，物理學(xué)家發(fā)明了原子鐘，把精度做到了10的負(fù)13次方這樣的量級(jí)。

這個(gè)精度意味著什么？意味著大概過(guò)去幾千萬(wàn)年，時(shí)間的誤差才會(huì)過(guò)去1秒。也就意味著如果現(xiàn)在我們面前有一臺(tái)這個(gè)精度的原子鐘，那么當(dāng)它回溯到上一秒發(fā)生誤差的時(shí)刻，我相信坐在臺(tái)下的一定不是你們，而是恐龍了。

第二個(gè)問(wèn)題是位置的問(wèn)題。有了時(shí)間后，我們還需要一個(gè)精確的衛(wèi)星的位置。這個(gè)問(wèn)題的解決要感謝上帝，上帝扔了一個(gè)蘋(píng)果，啟迪了夏娃，又扔了一個(gè)蘋(píng)果，啟迪了牛頓，于是我們有了牛頓三大定律和開(kāi)普勒定律，我們可以開(kāi)始算衛(wèi)星的軌道，才有了衛(wèi)星的精確位置。

解決了時(shí)間和位置的問(wèn)題，我們還需要解決第三個(gè)問(wèn)題，即如何讓系統(tǒng)共存，如何讓系統(tǒng)正常運(yùn)行？北斗三號(hào)預(yù)計(jì)30顆衛(wèi)星覆蓋全球，GPS24顆衛(wèi)星覆蓋全球，當(dāng)前我們能夠用的衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了100顆。如何讓這么多的衛(wèi)星在天上工作，而彼此之間不互相干擾呢？就像現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)有100個(gè)人說(shuō)話(huà)，我們?cè)鯓硬拍芊直娉雒恳粋€(gè)人，而不讓他被其他人的說(shuō)話(huà)聲音所干擾呢？

我們有三種解決方案。第一種叫做時(shí)分技術(shù)，也叫作TDMA，也就是說(shuō)我們有100個(gè)人說(shuō)話(huà)，但分別在各自對(duì)應(yīng)的時(shí)間，在1到100不同的時(shí)間段說(shuō)話(huà)，這樣我們就能分清彼此說(shuō)話(huà)的時(shí)間。

第二種叫做頻分技術(shù)，也叫作FDMA，也就是說(shuō)讓每顆衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)在不同的頻率，好比把人分開(kāi)關(guān)在不同的小黑屋子里說(shuō)話(huà)，小黑屋隔離效果好，那自然也就不互相影響了。

第三種叫做碼分技術(shù)，也叫CDMA，我們?cè)诓煌男l(wèi)星上調(diào)制不同的碼元，給它附加特性來(lái)區(qū)分每一顆衛(wèi)星的信號(hào)，好比讓不同的人用不同的語(yǔ)言說(shuō)話(huà)，有的說(shuō)英語(yǔ)，有的說(shuō)普通話(huà)，有的說(shuō)四川話(huà)，然后分別再找只能聽(tīng)懂英語(yǔ)、普通話(huà)和四川話(huà)的人來(lái)聽(tīng)他們說(shuō)話(huà)，這樣也能區(qū)分不同衛(wèi)星的信號(hào)。

解決完時(shí)間、位置和不同的發(fā)播方式這些問(wèn)題之后，我們是不是終于能建成我們的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)了呢？這個(gè)答案是肯定的。

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我們國(guó)家的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)叫做北斗，它是全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，除了我國(guó)的北斗，全世界還有其他三個(gè)厲害的小伙伴，分別是美國(guó)的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)和歐盟的GALILEO系統(tǒng)。

除了這四大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)外，其它的無(wú)論是日本建的還是印度建的，都屬于區(qū)域覆蓋，不能叫作全球定位系統(tǒng)。

北斗系統(tǒng)的建設(shè)不是一蹴而就，畢其功于一役的，北斗系統(tǒng)的建設(shè)也分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段是2000年左右建成北斗雙星系統(tǒng)，也叫作北斗一號(hào)系統(tǒng)；第二個(gè)階段是2012年左右建成北斗二號(hào)系統(tǒng)，也叫作北斗區(qū)域系統(tǒng)，從有源定位系統(tǒng)變成無(wú)源定位的系統(tǒng)；第三個(gè)階段是到2020年左右要建成北斗三號(hào)系統(tǒng)，也叫作北斗全球系統(tǒng)，北斗全球系統(tǒng)在2018年已經(jīng)完成了基本建設(shè)，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)一帶一路地區(qū)的覆蓋。

有了這么多衛(wèi)星，有了北斗系統(tǒng)之后，北斗系統(tǒng)到底能為我們提供什么功能？總的來(lái)說(shuō)，北斗系統(tǒng)的功能可歸納為三種，第一種是可以提供一個(gè)非常準(zhǔn)確的位置，就像今天大家在這里如果打開(kāi)手機(jī)上的北斗系統(tǒng)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)你的位置是在浦東圖書(shū)館。

第二種是能提供一個(gè)非常準(zhǔn)確的時(shí)間，因?yàn)樗陨淼臅r(shí)間很準(zhǔn)，所以也可以給我們做一個(gè)非常精準(zhǔn)的授時(shí)。在我國(guó)的電力、金融系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

第三種是北斗系統(tǒng)所特有的通信功能。北斗系統(tǒng)是全世界唯一一個(gè)具備通信功能的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

所以，北斗系統(tǒng)作為一個(gè)基礎(chǔ)的時(shí)空體系，為我們提供了全方位的無(wú)處不在的時(shí)空服務(wù)。2018年我國(guó)的航天事業(yè)取得了巨大突破，總共完成39次火箭發(fā)射，第一次達(dá)到世界第一發(fā)射數(shù)量，其中北斗完成了18顆衛(wèi)星的發(fā)射。我們不僅擁有中國(guó)精度，我們也擁有中國(guó)速度。

作為一個(gè)航天人，我們?yōu)樽鎳?guó)驕傲，也為中國(guó)航天自豪，在未知的大航天時(shí)代面前，充滿(mǎn)了無(wú)限種可能，從太空旅游到太空殯葬，從太空發(fā)電到太空采礦，人類(lèi)在用想象力和技術(shù)力挑戰(zhàn)著廣袤無(wú)垠的宇宙空間。

雖然前路漫漫艱難險(xiǎn)阻，但我們只能一往無(wú)前，無(wú)問(wèn)西東。謝謝！

“格致論道”，原稱(chēng)“SELF格致論道”，是中國(guó)科學(xué)院全力推出的科學(xué)文化講壇，由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心和中國(guó)科學(xué)院科學(xué)傳播局聯(lián)合主辦，中國(guó)科普博覽承辦。致力于非凡思想的跨界傳播，旨在以“格物致知”的精神探討科技、教育、生活、未來(lái)的發(fā)展。獲取更多信息。本文出品自“格致論道講壇”公眾號(hào)（SELFtalks），轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明公眾號(hào)出處，未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載。