北斗“混搭”星座结构

　　与神舟载人航天、嫦娥探月相比，北斗卫星导航工程，显得非常低调。北斗虽然低调，但是技术含量并不少。而且，它与普通人的生活关系更为密切。

　　参与北斗卫星导航系统方案设计的郭树人，向新京报介绍了北斗卫星导航系统的几个关键环节。

　　星座结构独特：用IGSO卫星定位

　　北斗卫星导航系统的星座结构，和其他导航系统的星座结构有明显区别。美国、俄罗斯的导航系统采用的是中圆轨道，卫星均匀分布在轨道面上，都是MEO卫星。

　　郭树人说，这样的对称星座，轨道面均匀，相位也均匀，是覆盖全球的最优星座。

　　中国首先要组建一个区域导航服务星座。郭树人说，北斗没有以MEO卫星为主。MEO卫星绕地球旋转，每天只有30%的时间位于中国的国土上空，其他时间不能为中国提供服务。因此，北斗更多采用了倾斜地球轨道卫星（IGSO）、地球静止轨道卫星（GEO）。这两种卫星的活动范围，相对固定。

　　郭树人说，GEO同步卫星，轨道倾角为0度，相对地面是不动的，但是只用这一种卫星，定位有问题，因为它们有时会处于同一直线上，不能计算定点的位置。于是，还需要IGSO卫星，这也是同步卫星，但轨道倾角是55度。它的轨迹呈8字形，有70%-80%的时间停留在中国的国土上空。

　　用IGSO卫星进行定位，这在世界上是第一次。

　　组网要求高：雷雨天发射卫星

　　与之前的卫星发射不同，北斗不是单颗卫星，而是需要发射30余颗卫星，组成一个网络。星座的设计要求是，既要保证同时可以看到4颗星，但卫星又不能离太近，要分散开，间隔越远越好。

　　郭树人说，卫星组网，最关键的就是卫星之间的位置关系，它们的距离必须是确定的。这就要求，卫星发射不仅要进入轨道，还要保证进入轨道的某个位置。对于MEO和IGSO卫星来说，这样的要求，需要等待为数不多的发射窗口。

　　2011年7月27日5时44分，第九颗北斗导航卫星在暴雨雷电中成功发射。

　　郭树人说，如果是别的卫星发射，遇到恶劣天气就取消发射任务。当时，发射准备工作都做好了，现场人员准备撤离。发射前2小时，突降大雨，且伴随雷电。

　　如果不进入发射程序，损失很大，很多程序是不可逆的，而且一旦错过发射窗口，就会再等很长时间。随后的两个小时里，每15分钟就进行一次天气会商。

　　最终决定，发射。

　　在两次雷电的间隙，火箭腾空而起。郭树人说，火箭升空不久，就听到了雷暴。

　　用户救命法宝：120字短报文

　　北斗卫星试验系统的“有源定位”功能，被北斗卫星导航系统继承了下来。这让北斗系统有了一项其他卫星导航系统所不具备的功能——短报文功能。

　　郭树人说，短报文是北斗导航系统的一个特色。

　　北斗的短报文每条可发送120个汉字。短短的120个字，在很多时候是“救命”的法宝。通过GPS，用户只能知道“自己在哪”。但是通过北斗，用户还能让别人知道“自己在哪”。

　　汶川地震时，震区通信中断。中国卫星定位应用管理中心为救援部队配备了1000多台北斗终端机。北斗的短报文功能，让救援部队和指挥部的联系保持顺畅。

　　据介绍，北斗正式运行后，短报文通信的服务功能将覆盖中国大陆及周边地区。

　　国产原子钟：精确到十亿分之一秒

　　卫星定位是通过测定时间来测定距离的。郭树人说，卫星导航系统最核心的是时间，定位的精度取决于时间的精度。北斗系统的精确时间，来源于卫星上搭载的原子钟。长期以来，中国星载原子钟的研制一直备受海内外业界人士关注。

　　北斗卫星导航系统工程副总设计师李祖洪曾透露，当时，我国准备从欧洲进口星载原子钟，也同欧洲公司签订了合同。但对方提出了一个合同履行的前提条件，必须先取得瑞士政府颁发的对华销售许可证，至于何时可以获得许可证、能否取得许可证，对方不作任何承诺。

　　李祖洪说，当时大家已经意识到卫星原子钟必须依靠自己。于是，由北京大学、中科院、中国航天科技集团等多个部门空间物理、空间无线电等领域专家组成的课题组，经过两年研究试验，终于造出了自己的原子钟，可以精确到十亿分之一秒。