1994年,美国的GPS系统全面建设完成,并于次年正式投入使用。当时,卫星数量仅为24颗。与此相比,中国的北斗系统从1994年开始研发,直到2020年才提供全球服务,期间总共发射了39颗卫星。从时间和卫星数量来看,美国显然占有优势。那么,为何北斗的卫星数量远超美国?是否意味着中国在技术上有所不足呢?
目前,全球仅有四大卫星导航系统,它们分别是美国的GPS、欧盟的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯以及中国的北斗。其中,只有中美两国的导航系统在全球范围内得到了广泛推广。北斗和GPS的商业化和全球化程度较高,覆盖的国家和地区较为广泛。
早在上世纪70年代,美国就开始着手建设GPS。当时,能将卫星送入太空的国家极为稀少,美国凭借其先发优势,占据了不少关键的“地段”。这个地段就类似于去集市摆摊,地点好,客流量自然大。同理,导航卫星的“地段”指的就是轨道位置,若轨道位置优越,则能实现更高效的定位。对于导航卫星来说,最佳的轨道是低地轨道和中地球轨道,这些轨道被视为“黄金地段”。
美国的24颗卫星,分布在6条“黄金轨道”上,每条轨道上均匀分布4颗卫星,分别面向东西南北四个方向。它们的高度距离地面约1.7万公里,最高也不过2万公里。为何导航卫星离地球较近好处多?卫星定位依赖于信号传输,简而言之,距离地面较近时,信号传输的距离较短,传输速度更快,同时定位误差较小。得益于这一优势,美国只需要在经度、纬度和高度三个维度布置卫星,并且再额外增加一颗用于修正误差的卫星,四颗卫星即可实现精准定位。
不过,尽管美国的GPS定位精度在民用领域大约为3到5米,但在实际使用中,受到大气层干扰、城市高楼等障碍物的影响,定位误差可能会更大,甚至达到10米甚至更高。军用GPS的精度则更高,达到厘米级,但这些是普通公众无法接触到的,只有少数国家的国防部门才能使用。
但GPS系统也存在一个重大缺点,那就是对其他国家的安全构成威胁。任何国家一旦依赖他国的导航系统,就可能在关键时刻面临失去控制的风险。一旦美国单方面切断GPS信号,受害国的军事行动将会陷入困境,后果不堪设想。中国对此深有体会,也不是第一次遭遇类似情况。
自90年代以来,美国凭借GPS引领了全球的导航技术,许多武器系统也是基于这一技术进行研发的。即便许多国家明知GPS的控制权掌握在美国手中,仍然愿意引入并使用这一系统。中国在没有北斗时,就曾因依赖GPS而吃过两次亏。第一次是在1996年,解放军台海演习时,导弹发射遭遇美国GPS信号干扰,导致失去目标,导弹失踪。美国通过这一手段,阻挠了中国的军事行动。第二次是中国商船“银河号”在前往伊朗途中,遭到美国的无理指控,并在途中被切断GPS信号,导致该船在海上漂泊了33天,船员生死未卜。
尽管美国最终证明“银河号”没有违禁品,但它已成功展示了自己的GPS系统的控制力。美国利用这一事件向全球传递了一个信息:一旦依赖其GPS,就意味着可以随时操控他国的安全。正因为如此,中国深感安全隐患,愈加迫切需要发展自主的卫星导航系统。由此,北斗系统的研发开始提上日程。
1994年,中国启动了北斗一号工程,第一阶段发射了3颗地球静止轨道卫星。到2004年,北斗二号工程启动,并发射了14颗卫星。2009年,北斗三号工程开始实施,至2019年,北斗已经发射了39颗卫星,完成了星座的建设,并在2020年正式提供全球服务。
需要特别说明的是,尽管中国北斗发射了39颗卫星,但其中有9颗为备用卫星。实际上,只需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,便能实现全球导航服务。从卫星数量上看,中国北斗的卫星确实多于美国的GPS,但这并不代表技术上的差距。由于美国的卫星布局早,能够占据更优越的低地轨道,而中国北斗开始较晚,必须依赖于更高的轨道,这也导致了需要更多卫星来补充信号差异。
从定位精度来看,北斗系统的民用定位已经非常精准,某些方面的精度甚至超过了GPS。随着卫星数量的不断增加,北斗的应用也愈加广泛。目前,北斗已覆盖137个国家,服务200多个国家和地区,显示了中国在全球导航领域的崛起。
如今,随着北斗的全球化推广,美国的GPS不再能对中国形成威胁。中国已经掌握了自己的导航系统,告别了对外部系统的依赖,实现了自主可控。