明明都是科技強國,為何美國24顆衛星全球覆蓋,而中國北斗需39顆

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本文陳述所有內容,皆有可靠來源贅述在文章結尾。

美國GPS系統,僅靠二十幾顆衛星就覆蓋全球,但中國的北斗系統,主力工作星卻多達35顆,很多人好奇,這多出來的衛星,是不是因為我們技術不如人家,只能靠數量去取勝。

北斗衛星

其實事實並非這麼簡單,這背後,其實有着我國必須獨立自主研發導航系統的原因,以及我們為實現獨立和可靠而採取的策略所決定的,而並不是簡簡單單的技術好壞的問題。

北斗為何開始

想像一下,我們在茫茫大海上正常航行,突然間,指引方向的信號被遠程關閉了,1993年,「銀河號」事件就是這樣,狠狠讓中國吃了虧。

一艘中國商船,在公海上無端遭受指控和盤查,而且在這種時候,船上非常重要的導航系統GPS信號說沒就沒。

銀河號合照

那一刻,遠洋巨輪因導航受制瞬間癱瘓,巨大的經濟損失與受制於人的屈辱感交織,這深刻的教訓讓中國醒悟。

核心技術受制於人,國家安全和經濟命脈便懸於他人之手,隨時可被扼住咽喉,因此建立自主導航系統勢在必行。

圖片來源網絡

「北斗」的星光,正是源於這種切膚之痛的決心,這是關乎國家主權和民族尊嚴的選擇,別無退路。

起步晚,如何找位置

下定決心要上天,卻發現太空的位置,早就被佔得差不多了,全球衛星導航系統最喜歡的軌道,是離地面大約兩萬公里的中地球軌道MEO)。

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幾十年前,美國發射GPS時,是第一個全球首個導航系統,那些幾何構型最理想、能讓衛星效率最大化的位置,自然都被GPS根據國際規則,先到先得佔了。

而這些非常好的位置讓GPS可以用相對較少的24顆衛星就實現了全球覆蓋,而當中國開始建設北斗時,好位置已經都有了衛星。

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因此我們只能退而求其次,去那些相對沒那麼理想的位置,要在這些次優的位置上實現同樣甚至更好的覆蓋效果,衛星數量自然要多一些。

定位之外的智慧

北斗衛星的數量多,不僅僅是為了彌補軌道劣勢,更是因為它從一開始就不局限於定位,GPS主要功能就是告訴你所在的位置,是負責接收信號的。

但北斗設計之初,就想讓你不光能知道我們的位置,還有個非常獨特的功能,雙向通信服務,即便你在茫茫大海、雪域高原,地面沒信號,也能通過北斗向外發送短訊息。

北斗導航功能

這個「主動發送」的能力,並不是基本定位自帶的,它需要專門的衛星、專門的設備來支持,這些額外增加的功能需求,當然就需要更多的衛星來承載和實現。

所以,多的這些星里,有一部分是身兼「信使」角色的,是GPS沒有的能力。

獨特的星座布局

北斗的衛星布置也跟GPS不一樣,GPS主打一種軌道(MEO),相對比較「純粹」,北斗則是混合型,除了MEO衛星,它還用了地球靜止軌道衛星(GEO)傾斜地球同步軌道衛星(IGSO)。

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地球靜止軌道衛星,就是相對地面基本不動,能長時間懸停在一個區域上空,而IGSO衛星則畫著特殊的「8」字軌跡。

非MEO衛星(GEO和IGSO)的好處是能極大地增強北斗在中國及亞太區域的服務性能,讓我們自己用起來感覺特別好、特別穩。

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但這也有個代價:為了同時實現全球覆蓋這個大目標,並且利用好這些GEO/IGSO衛星的區域增強特性,整個系統的星座設計就比只用最優MEO軌道要複雜。

而且,GEO/IGSO衛星對於實現全球覆蓋來說,效率不如最優的MEO衛星高,北斗特意在這些GEO和IGSO軌道上部署一批衛星,就是為了中國本土和亞太地區的信號覆蓋和精度!

北斗衛星發射圖

這種為本土用戶提供最優服務的策略,確保在最需要的區域擁有最好的信號強度和可靠性,這種區域性的增強服務,同樣需要額外數量的衛星去實現,是北斗「定製化」服務的結果。

安全與韌性

最後一方面是,中國的航天工程,有個非常深刻的理念叫「萬無一失」,而落實到北斗系統上,就是對系統的可靠性和抗風險能力要求極高。

這就意味着系統需要很強的冗餘設計,簡單解釋,就是配置了不少備份的內容,我們看到39顆在軌,並非39顆都是同時在執行主任務的「主力」

北斗導航系統

一部分是時刻準備着的「備份星」,主力衛星出了問題,或者壽命到了,替補就能立刻上去,確保服務不中斷,性能不下降。

這種寧可多準備幾顆星,也要確保極端可靠性的思路,為系統上了好幾道「保險」,自然也讓衛星總數顯得更多了。

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這些多的衛星,體現的是對系統生存能力和持續服務能力的極致追求,北斗衛星數量多於GPS,絕不是一句簡單的「技術不行,靠數量堆」

它是中國作為後發國家,在國際軌道資源被先行佔據的現實下,為了滿足國家戰略需求、打破外部依賴、提供更多獨特服務。

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這些獨特服務包括通信功能,通過混合星座聚焦核心區域,同時追求最高級別系統可靠性和韌性,每一顆多出來的衛星,都有它獨特的功能和使命。

星空下的較量,早已超越了簡單的衛星數量比拼,真正比的是技術深度、信號精度、抗干擾能力、系統韌性、以及與地面基礎設施、新興技術融合的智能化程度。

北斗工作設計

北斗在亞太區域的高精度服務已經有目共睹,其新型信號設計也在抗干擾等領域展現出潛力,「銀河號」事件的屈辱到北斗組網全球,是中國人自主創新的生動寫照。

北斗系統用稍多一些的衛星,在軌道資源受限的情況下,不僅實現了穩定的全球覆蓋,提供了獨特的短報文功能,尤其是在我們自己和亞太區域展現了強大的性能。

中國航天

更重要的是,它保障了我國最重要的導航定位能力完全自主可控,安全可靠,這是我們根據自己的國情和需求,走出的一條聰明、務實、有中國特色的發展道路。

參考資料

北晚在線——2025.05.21——銳評|北斗的眼界,可沒GPS那麼窄

中國工程院院刊——2021.07.20——美國GPS的前生今世