發展歷程,建設目標,戰略規劃,研製進程,系統組成,衛星系統,晶片模組,運載火箭,發射動態,發射記錄,發射任務,運行狀態,國際合作,技術創新,功能特點,時頻技術,星間鏈路,導航平台,信號體制,關鍵器件,服務全球,所獲榮譽,總體評價,
發展歷程
建設目標
“北斗三號”衛星導航系統的建設是為中國及周邊地區的中國軍民用戶提供陸、海、空導航定位服務,促進
衛星定位、導航、授時服務功能的套用,為航天用戶提供定位和軌道測定手段,滿足武器制導的需要,滿足導航定位信息交換的需要。
戰略規劃
2000年底,建成北斗一號系統,向中國提供服務;
2012年底,建成
北斗二號系統,向亞太地區提供服務;
2018年底,建成北斗三號
基本系統,為“一帶一路”沿線國家提供服務;
2020年,建成世界一流的北斗三號系統,提供全球服務;
2035年,建成以北斗為核心的綜合定位導航授時體系。
研製進程
2009年,北斗三號工程正式啟動建設。
北斗三號衛星與北斗二號相比,增加性能更優、與世界其他衛星導航系統兼容性更好的信號B1C;按照國際標準提供星基增強服務(SBAS)及搜尋救援服務(SAR)。同時,還將採用更高性能的銣原子鐘和氫原子鐘,銣原子鐘天穩定度為E-14量級,氫原子鐘天穩定度為E-15量級。
新技術使北斗三號的性能得到大幅提升,空間信號精度(SIS)優於0.5米。北斗三號的定位精度將達到2.5-5米的水平,並在保留短報文功能的前提下提升相關性能。
北斗衛星導航系統發展藍圖是構建中國國家綜合PNT體系建設,就是以北斗衛星導航系統為核心,建成天地一體、覆蓋無縫、安全可信、高效便捷的國家綜合PNT體系,顯著提升國家時空信息服務能力,滿足國民經濟和國家安全需求,為全球用戶提供更為優質的服務。
根據計畫,2018年年底前後發射18顆北斗三號衛星,覆蓋“一帶一路”沿線國家;到2020年左右,完成30多顆組網衛星發射,實現全球服務能力。
北斗導航衛星和配套運載火箭由中國航天科技集團公司所屬的中國空間技術研究院和中國運載火箭技術研究院分別研製。
2009年,北斗三號工程正式啟動建設。
2017年11月,北斗三號系統首組雙星發射。
2017年11月到2020年6月,31個月時間,中國成功發射30顆北斗三號組網星和兩顆北斗二號
備份星,成功率達100%,以超過月均1顆星的速度,創造世界
衛星導航系統組網發射新紀錄。
2018年12月27日,中國衛星導航
系統管理辦公室主任、北斗衛星導航系統新聞發言人
冉承其在北京宣布,北斗三號基本系統已完成建設,於當日開始提供全球服務。
2020年6月30日,北斗“收官之星”成功定點,所有30顆北斗三號衛星也已全部轉入長期
管理模式,標誌著中國北斗衛星導航系統向全球組網完成又邁出重要一步。7月29日訊息,北斗衛星導航系統第55顆衛星(北斗三號系統
地球靜止軌道衛星)已完成在軌測試、入網評估等工作,正式入網,使用
測距碼編號61提供定位導航授時服務。
2020年7月31日上午,北斗三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式在北京舉行。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平出席儀式,宣布北斗三號全球衛星導航系統正式開通。同日,中共中央、國務院、中央軍委對北斗三號全球衛星導航系統建成開通發出
賀電。
2020年8月3日上午10時,國務院新聞辦公室舉行新聞發布會,中國衛星導航系統管理辦公室主任、北斗衛星導航系統新聞發言人冉承其等介紹北斗三號全球衛星導航系統建成開通有關情況並
答記者問。冉承其在發布會上介紹,北斗衛星導航系統提前半年完成全球星座部署,開通全
系統服務。冉承其介紹,400多家單位、30餘萬
科技人員集智攻關,攻克
星間鏈路、高精度
原子鐘等160餘項關鍵
核心技術,突破500餘種器部件國產化研製,實現北斗三號衛星核心器部件
國產化率100%。
2022年3月11日訊息,中國正在推動以下一代北斗系統為核心的國家綜合定位導航授時(PNT)體系建設。
2022年11月24日,據中國科學院國家授時中心網站,中國科學院國家授時中心GNSS信號質量評估中心接收到海外綜合監測站實時數據回傳,開始向北斗用戶提供北斗三號衛星導航信號實時監測、授時性能、軌道性能的綜合評估服務,標誌著北斗三號首個海外綜合監測站建成並投入運行。
截至2023年5月,最新數據顯示,中國已有超過790萬輛道路營運車輛,超過4萬輛郵政快遞幹線的車輛,超過4.7萬艘船舶,超過10萬台人機自動駕駛系統套用了北斗全球衛星導航系統。2022年中國國內新入網的智慧型手機中支持北斗全球衛星導航系統的總計2.6億部,占比達到98.5%。截至2023年1月,中國國內知名的地圖套用軟體調用北斗衛星的日定位量超過了3000億次,北斗在中國國內導航地圖領域已占據了主要地位。2021年,中國衛星導航與位置服務產業總體產值約4700億元,2022年將超過5000億元。
系統組成
衛星系統
北斗三號為民用用戶免費提供10米精度的定位服務、0.2米/秒的測速服務、誤差不超過10納秒的時間服務,並且將為付費用戶提供更高精度等級的服務。這也揭示,中國力量在和諧世界中又邁出了堅實的一步。考慮到席捲全球的經濟危機及歐盟方面決策和預算編制效率的低下,中國“北斗”衛星導航系統可能會先於“伽利略”衛星導航系統運行。而且,中國“北斗”的精度或許能夠與美國NASA相媲美,而“伽利略”則很難達到這一水平。
北斗三號衛星將增加性能更優的互操作信號B1C和B2a信號,在進一步提高基本導航服務能力基礎上,按照國際標準提供星基增強服務(SBAS)及搜尋救援服務(SAR)。同時,還將採用更高性能的銣原子鐘和氫原子鐘,銣原子鐘天穩定度為E-14量級,氫原子鐘天穩定度為E-15量級。通過採用新的技術,性能得到大幅提升,空間信號精度(SIS)優於0.5米。北斗三號在北斗二號性能的基礎上,將進一步提升1至2倍的定位精度,達到2.5米-5米的水平,在保留北斗二號短報文功能的前提下,提升相關性能。
晶片模組
北斗導航型晶片模組銷量已突破3000萬片,高精度板卡和天線銷量已占據國內市場30%和90%的市場份額,並輸出到70餘個國家和地區,其中“一帶一路”沿線國家和地區30餘個,套用於智慧型手機和其他消費類產品的國產晶片或IP核數量接近2200萬。
運載火箭
北斗三號衛星發射採用的長征三號甲系列運載火箭。
長征三號甲系列火箭包括長征三號甲、長征三號乙、長征三號丙火箭“三兄弟”,它們包攬了中國所有高軌道太空飛行器發射任務,是高密度發射的“主力火箭”,曾創下17天一發箭的火箭發射周期最短紀錄。自1994年首次飛行以來,該型火箭已完成了70餘次發射,成功率高達98%,被譽為“金牌火箭”。
發射動態
發射記錄
衛星 | 發射日期 | 運載火箭 | 軌道 |
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備註:GEO-地球同步軌道(英文:Geostationary Earth Orbit); MEO-中地球軌道(英文:Medium Earth Orbit); IGSO-傾斜地球同步軌道(英文:Inclined GeoSynchronous Orbit) |
發射任務
2015年3月30日21時52分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號丙運載火箭,成功將首顆北斗三號系統試驗衛星發射升空,衛星進入預定軌道,標誌著中國北斗衛星導航系統由區域運行向全球拓展的啟動實施。
2017年11月5日19時45分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,以“一箭雙星”方式成功發射第二十四、二十五顆北斗導航衛星。這兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星,是北斗三號第一、二顆組網衛星,開啟了北斗衛星導航系統全球組網的新時代。完成北斗三號系統首批2顆中圓地球軌道衛星在軌部署,北斗系統全球組網按下快進鍵。
2018年1月12日7時18分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭(及
遠征一號上面級),以“
一箭雙星”方式成功發射第二十六、二十七顆北斗
導航衛星。這兩顆衛星屬於中圓地球
軌道衛星,是中國北斗三號工程第三、四顆組網衛星。
2018年2月12日13時03分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭(及遠征一號上面級),以“一箭雙星”方式成功發射第二十八、二十九顆北斗導航衛星。這兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星,是中國北斗三號工程第五、六顆組網衛星。
2018年3月30日1時56分,中國在
西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭(及遠征一號上面級),以“一箭雙星”方式成功發射第三十、三十一顆北斗導航衛星。這兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星,是中國北斗三號第七、八顆
組網衛星。
2018年7月29日9時48分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭(及遠征一號上面級),以“一箭雙星”方式成功發射第三十三、三十四顆北斗導航衛星。這兩顆衛星均屬於中圓地球軌道衛星,是中國北斗三號系統第九、十顆組網衛星。
2018年8月25日7時52分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭以“一箭雙星”方式成功發射第三十五、三十六顆北斗導航衛星,兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星,也是中國北斗三號全球系統第十一、十二顆組網衛星。
2018年9月19日22時07分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭(及遠征一號上面級),以“一箭雙星”方式成功發射第三十七、三十八顆北斗導航衛星,兩顆衛星均屬於中圓地球軌道衛星,是中國北斗三號系統第十三、十四顆組網衛星。
2018年10月15日12時23分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭以“一箭雙星”方式成功發射第三十九、四十顆北斗導航衛星。這兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星,是中國北斗三號系統第十五、十六顆組網衛星。
2018年11月1日23時57分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射第十七顆北斗三號全球組網衛星。這顆衛星屬於地球靜止軌道衛星,是第四十一顆北斗導航衛星,也是北斗三號系統首顆地球靜止軌道衛星。
2018年11月19日2時7分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭(及遠征一號上面級),以“一箭雙星”方式成功發射第四十二、四十三顆北斗導航衛星,這兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星,是中國北斗三號系統第十八、十九顆組網衛星。至此,中國北斗三號全球組網基本系統空間星座部署任務圓滿完成。後續,將開展系統聯調和
性能指標評估,計畫2018年底前開通運行,並向“一帶一路”國家和地區提供基本導航服務。這標誌著中國北斗從區域走向全球邁出了“關鍵一步”。
2019年4月20日深夜,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,成功發射第四十四顆北斗導航衛星。這是北斗三號系統的首顆傾斜
地球同步軌道衛星。衛星進入工作軌道並進行一系列在軌測試後,將與此前發射的十八顆中圓地球軌道衛星和一顆地球同步軌道衛星進行組網。
2019年5月17日23時48分,中國在西昌衛星發射中心用
長征三號丙運載火箭,成功發射了第四十五顆北斗導航衛星。該衛星屬地球靜止軌道衛星,是中國北斗二號工程的第四顆備份衛星,入軌並完成在軌測試後,將接入北斗衛星導航系統,為用戶提供更可靠服務,並增強星座穩定性。
2019年6月25日2時09分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,成功發射第四十六顆北斗導航衛星。這顆衛星是北斗三號系統的第二十一顆組網衛星、第二顆傾斜地球同步軌道衛星。
2019年9月23日5時10分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭(及配套遠征一號上面級),以“一箭雙星”方式成功發射第四十七、四十八顆北斗導航衛星。這兩顆衛星均屬於中圓地球軌道衛星,是在建的中國北斗三號系統的組網衛星。
2019年11月5日01時43分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,成功發射第49顆北斗導航衛星,標誌著北斗三號系統3顆傾斜地球同步軌道衛星全部發射完畢。
2019年11月23日8時55分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭(及配套遠征一號上面級),以“一箭雙星”方式成功發射第五十、五十一顆北斗導航衛星。
2019年12月16日,北斗三號面向全球導航服務的最後一組
MEO衛星——第五十二、五十三顆
北斗導航衛星終於落子於北斗“大棋盤”的中圓
地球軌道。
2020年6月23日,北斗三號最後一顆全球組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空,發射成功。北斗三號全球衛星導航系統完成全球星座部署。
2020年7月31日,北斗三號全球衛星導航系統正式建成開通。
2023年5月17日10時49分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,成功發射第五十六顆北斗導航衛星。此次發射是北斗三號工程高密度組網之後,時隔3年的首發任務。
運行狀態
2021年3月4日,新華社訊息。北斗三號全球衛星導航系統正式開通以來,運行穩定、持續為全球用戶提供優質服務,系統
服務能力步入世界一流行列。
經全球連續監測評估系統實時測試表明,北斗三號全球衛星導航系統定位、測速、授時精度,以及服務的
可用性、
連續性等,均滿足指標要求。
系統服務能力步入世界一流行列,
特色服務得到全面部署。
系統套用正從區域走向全球。國產北斗基礎產品已出口至120餘個國家和地區。
2022年6月1日,中國衛星導航系統管理辦公室發布,為進一步提升北斗三號全球衛星導航系統服務性能,提供安全、穩定、可靠的優質服務,計畫於2022年6月至10月期間,分階段對30顆北斗三號衛星實施在軌
軟體升級工作。
在國家有關部門的大力支持下,國家綜合
PNT體系建設正在推動實施。按照計畫,中國將在2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智慧型的國家綜合定位導航授時體系,構建覆蓋天空地海、基準統一、高精度、高安全、高智慧型、
高彈性、高效益的時空
信息服務基礎設施。
2022年9月30日,
百度地圖官方公告發布了北斗衛星導航系統套用的最新進展,北斗衛星日定位量首次突破1000億次。百度地圖宣布正式切換為優先運用北斗系統進行定位。除地圖導航外,百度地圖北斗定位開放平台還累計服務了汽車、出行、金融、物流、旅遊、物聯網、網際網路、生活服務等千行百業超255萬的開發者。在北斗系統的技術能力加持下,百度地圖的數據安全性、可靠性進一步提升。
2022年11月,全球首款支持北斗三號區域短報文通信服務的手機已正式發布,用戶不換卡、不換號、不增加外設,就能通過北斗衛星傳送簡訊。
2022年12月14日,
高德地圖公布了基於北斗系統的套用相關數據,其調用的北斗衛星日定位量已超過2100億次,提供的定位導航服務實現北斗主導,北斗+地圖導航正為大眾提供更優質服務。
截至2023年7月,北斗系統已服務全球200多個國家和地區用戶,在民航、海事、搜救等領域積極履行國際義務,為推動構建人類命運共同體貢獻中國力量。
國際合作
2021年,北斗三號系統
國際合作成果豐碩。中俄簽署了《關於北斗和格洛納斯全球衛星導航系統時間互操作的合作協定》和《2021至2025年中俄衛星導航領域合作路線圖》;推進
中非、中阿北鬥合作及中國—
南非北斗/
GNSS深化套用,發布了《促進中非衛星導航領域合作構想》《北斗衛星導航系統在非十大套用場景》《中國-阿拉伯國家衛星導航領域合作行動計畫(2022-2023年)》等多份成果檔案。
2022年4月,媒體從第十三屆中國衛星導航年會4月14日舉行的新聞發布會獲悉:北斗三號系統開通服務以來,系統
穩定運行,服務性能穩中有升,全球範圍定位精度實測優於4.4米,為全球用戶提供優質可靠的定位導航授時服務。北斗產品已在全球一半以上國家和地區套用,服務當地經濟社會發展,成為中國以實際行動積極推動構建人類命運共同體的生動案例。
北斗系統堅持開放兼容的發展原則,為全球用戶提供更多的優質產品和一流服務。北斗系統已分別同美國的
全球定位系統(
GPS)和俄羅斯的
格洛納斯系統實現兼容與互操作,與
伽利略衛星導航系統持續開展互操作協調,共同為全球用戶提供更好的服務。北斗產品已在全球半數以上的國家和地區得到了套用,向億級以上的規模用戶提供服務。基於北斗的土地確權、精準農業、防災減災、智慧港口等各種解決方案,在東協、南亞、東歐、非洲等區域的眾多國家得到了套用。
技術創新
功能特點
北斗系統具有以下特點:一是北斗系統空間段採用三種軌道衛星組成的混合星座,與其他衛星導航系統相比高軌衛星更多,抗遮擋能力強,尤其
低緯度地區性能特點更為明顯。二是北斗系統提供多個
頻點的
導航信號,能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務精度。三是北斗系統創新融合了導航與
通信能力,具備定位導航授時、星基增強、地基增強、
精密單點定位、短報文通信和國際搜救等多種服務能力。
時頻技術
北斗三號的時頻是一個制高點技術。衛星導航之所以成立,是因為可以把時間測準。
起初,北斗研製方採用的是中國國外進口的銣鐘,但銣鐘並不是最好的,氫鐘比銣鐘更好。通過努力,上海天文台的林傳富等科學家製造成功了世界上第一台雙頻氫原子鐘。中國又自主研發了無縫切換技術——讓氫鐘和銣鐘同時工作,如果氫鐘壞了,可以無縫切換到銣鐘。這個切換速度可以達到20×20的負12次方秒,用戶連感覺都沒有。由此,北斗研製單位獨立掌握了衛星導航系統的時頻技術,北斗衛星的精度比美國高了近一個量級。
星間鏈路
北斗三號採用全球首創的Ka相控陣星間鏈路技術。由於我國在建設北斗系統時並不具備全球布站的條件,如果沿用以前的技術,無法實現全球衛星導航系統的目標。因此,北斗研製單位首創了星間鏈路技術,把多個衛星聯合起來形成一個巨大的網路進行通話和傳輸,這項技術就像是為北斗系統的30顆衛星建立了一個微信群,實現了“一星通,星星通”,基於國內測站實現全球運行。
說起來容易做起來難。當時也有人反對研發這項技術,理由是這項技術美國人都沒實現,咱們不可能做成。實際上,正是因為這項全世界誰都沒有做過的創新技術,使北斗衛星7萬千米的測距精度達到了1厘米。這是什麼概念呢?就是差不多繞地球兩圈的距離,測距精度可以達到1厘米。也就是說,北斗導航的核心指標URE(用戶測距誤差)比美國高了近一個量級。
導航平台
北斗三號採用的是導航衛星專用平台。整個北斗三號有160多項關鍵技術,導航衛星專用平台就有50多項技術。北斗研製單位突破了一系列技術瓶頸,建造了“中科院專用導航衛星平台”,具有高可靠度、長壽命、小型化的特點。
信號體制
北斗三號運用了新型導航信號體制。導航信號從天上發射到地面會變得微弱,必須通過大功率放大來解決。北斗二號系統主要通過採用行波管放大器來解決這個問題,但是進口的行波管價格高,交付進度也得不到保證。後來,在中科院電子所的攻關下,這項技術被北斗研製單位掌握了。然而,行波管是唯一的解決方法嗎?北斗研製單位又把氮化鎵的高效固放技術運用到星載系統中,有效提升了信號質量。這項技術在2015年3月30日新一代北斗導航系統首發星發射時就已經採用了。在導航系統中,這項技術還是獨家的。
關鍵器件
北斗系統的關鍵器部件CPU。北斗研製單位要把天上的30顆衛星建成一個“微信群”,這30顆衛星怎么運行和對話呢?原來北斗研製單位使用的是歐洲的CPU,後來提出採用“龍芯”CPU。2015年3月30日,中國發射了首枚使用“龍芯”的北斗衛星,運行中狀況良好。通過採用“龍芯+Flash”的架構,填補了中國國產航天處理器的空白。
以前中國的衛星發射上天后,如果需要改進或有什麼錯誤要修正,毫無辦法;但通過軟體再度賦能的新技術,使北斗研製單位有了吃“後悔藥”的機會,程式可以重構,功能可以再建。當時也有很多人反對這項新技術,該技術連美國都沒有。但如果而今不做,那北斗研製單位永遠只能跟在別人後面一點一點走。結果,北斗研製單位的新技術取得了成功。除了CPU,包括微波等核心器件也全部實現了國產化,徹底扭轉了衛星關鍵器部件依賴進口、受制於人的局面。
服務全球
北斗三號系統作為面向全球提供公共服務的重大時空基礎設施,建設過程中始終堅持走自主創新發展道路,成體系突破衛星導航領域百餘項關鍵技術,新研百餘種宇航級器部件,核心器部件100%自主可控,顯著帶動中國航天、電子等領域跨越發展。北斗系統已廣泛套用於中國國家經濟社會發展各行業領域,助力各行業轉型升級、提質增效,產生顯著的經濟效益和社會效益。作為
聯合國認可的四大全球衛星導航系統之一,北斗系統已服務全球200多個國家和地區用戶,在民航、海事、搜救等領域積極履行國際義務,為推動構建人類命運共同體貢獻中國力量。
所獲榮譽
總體評價
2022年7月3日,中國央視報導,北斗三號全球系統不比美國的GPS系統差,其定位精度、定位授時、測速測高等跟GPS相當。
北斗三號系統2020年正式建成開通,提前半年完成組網,標誌著北斗“三步走”發展戰略圓滿完成,中國成為世界上第三個獨立擁有全球衛星導航系統的國家。中國兩年半時間成功發射18箭30星,提前半年全面建成功能強大、性能一流的北斗三號全球衛星導航系統。這是中國迄今為止建設的規模最大、覆蓋範圍最廣、服務性能要求最高、與百姓生活關聯最緊密的巨型複雜航天系統。
北斗衛星導航系統是中國著眼於國家安全和經濟社會發展需要,自主建設、獨立運行的衛星導航系統。經過多年發展,北斗系統已成為面向全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導航與授時服務的重要新型基礎設施。
作為宏大的中國國家空間信息基礎設施,“北斗”系統將為全球軍民用戶提供陸、海、空導航定位服務,促進衛星定位、導航、授時服務功能的套用。“北斗”系統的普及,將在中國國民經濟建設中發揮巨大作用,並將帶來數千億元的經濟效益。
北斗衛星導航系統作為中國迄今為止建設規模最大,覆蓋範圍最廣,服務性能要求最高,與百姓生活關聯最緊密的巨型複雜航天系統,已進入規模套用發展的快車道。(
新華網、上觀新聞、中國空間技術研究院、學習強國 評)