1994年,美国的全球定位系统(GPS)正式完工,并在第二年开始投入使用,最初仅有24颗卫星。与之相比,中国的北斗系统起步于1994年,直到2020年才实现全球服务的开通,并先后发射了39颗卫星。从时间跨度和卫星数量两个维度来看,美国的GPS显然具有一定优势。那么,为什么北斗的卫星数量远远超过GPS呢?难道真的是中国的技术不如美国吗?
全球范围内,目前只有四个卫星导航系统:美国的GPS、欧盟的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯以及中国的北斗。而在推广上,只有北斗和GPS在全球范围内有较高的覆盖度,尤其是中国和美国的卫星导航系统已经实现了商业化,具备了全球化服务。早在20世纪70年代,美国就已经开始了GPS的建设,当时,能够发射卫星的国家屈指可数,美国凭借其先发优势,迅速占据了多个“优越地段”。
如果将这比作市场经营,选择一个好地段就是成功的关键。导航卫星也一样,如果能够占据好位置,它们的效能会事半功倍。对导航卫星而言,最理想的位置是低地轨道和中地球轨道,这些被认为是黄金地段。美国的24颗卫星分布在六条黄金轨道上,每条轨道上均匀分布四颗卫星,覆盖东西南北四个方向。每颗卫星的轨道高度距离地面大约为1.7万公里,而最远也只有2万公里左右。
那么,为什么距离地面较近的卫星位置更好呢?答案很简单,卫星定位是通过信号传输来确定位置的。距离地面越近,信号的来回传播距离越短,这样不仅能够加快定位速度,还能减少误差。美国正是通过这一优势,使用了经度、纬度和高度三类卫星,在此基础上,再通过一个用于修正误差的卫星,使得四颗卫星之间相互配合,从而实现精确的定位。
然而,即使如此,GPS的精度也并非绝对完美。据了解,民用GPS的精度大约在3到5米之间,但这只是理论值。实际应用中,受大气层干扰、建筑物遮挡等因素影响,定位误差可能会更大,甚至达到10米到几十米。相比之下,军用GPS的精度则高得多,可以达到厘米级,但普通公众无法访问,只有一些国家的国防部门才能使用。
然而,依赖他国的卫星导航系统,尤其是美国的GPS,存在巨大的安全风险。万一美国单方面切断信号,任何国家的军事行动都会陷入困境。中国对此有深刻的体会,甚至曾多次遭遇美国GPS的干扰和破坏。1996年,在解放军台海演习时,导弹发射遭遇GPS信号干扰,导致目标失踪,发射失败。这次演习对中国来说至关重要,而美国则趁机在背后暗中捣乱。
此外,1999年,中国的“银河号”商船在航行途中遭到美国的无理指控,认为船上携带违禁品。美国毫不犹豫地切断了GPS信号,导致“银河号”在海上漂泊了整整33天。此时,中国的搜救队伍由于缺乏GPS定位支持,几乎无法开展有效救援。最终,“银河号”在被迫接受美国登船检查后,才恢复信号并顺利找到。虽然最终证明船只没有携带违禁品,但美国通过这一事件展示了他们对GPS系统的控制能力,让全球都看到了,只要使用美国的GPS系统,美国就能随时切断信号,造成严重后果。
中国深刻认识到,没有自己的卫星导航系统,无论是在军事还是民用领域,都难以摆脱被美国操控的局面,这种耻辱感促使中国加速发展自己的卫星导航技术。虽然美国凭借24颗卫星就能完成全球定位,但中国为何需要发射39颗卫星?
这并非技术上的劣势,而是由于两国的技术发展进度不同所致。中国在发展北斗系统之前,曾两度遭遇不愉快的教训,迫切需要独立的卫星导航系统。1994年,中国启动了北斗一号工程,初期仅发射了3颗地球静止轨道卫星。2004年,北斗二号工程正式开始,发射了14颗卫星。到2009年,北斗三号工程开始建设,至2019年,北斗系统共发射了39颗卫星,构建起了一个功能齐全的导航体系。2020年,随着全球服务的正式开通,北斗系统得以向全球推广。
值得注意的是,虽然中国的北斗系统拥有39颗卫星,但其中有9颗是备用卫星,真正投入使用的只有24颗中地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星,完全能够提供全球定位服务。因此,虽然中国北斗的卫星数量比美国的GPS多,但这并不代表中国的技术不如美国。实际上,中国的北斗系统面临的挑战是由于卫星高度的差异。美国的卫星占据了低轨道,信号受到的干扰较小,而中国的北斗系统不得不选择较高的轨道,因此需要更多的卫星来确保精确度。如果美国的卫星也发射到更高轨道,情况也会变得类似。
从精度角度来看,北斗系统的定位精度已经非常高,民用精度在某些方面甚至超过了GPS。经过多年的发展,北斗现在正在持续发射卫星,目前已经有60颗卫星在轨运行,覆盖范围也越来越广。如今,北斗已经在137个国家和地区得到应用,真正实现了全球覆盖。北斗的崛起标志着中国在全球定位领域的强大实力,也使得中国不再依赖外部的卫星导航系统。如今,美国无法再利用GPS对中国进行威胁。