北斗三号来了，“四大天王”将相容而立

北辰

分三步走的北斗导航系统

当我们在一个陌生地方睁眼醒来，总想知道这是在什么地方；当船只航行在浩瀚的海洋上，他们要知道自己所处的方位……这是人类的自然反应。现在，GPS可以为人们导航。GPS是美国20世纪80年代建造的全球卫星导航系统，它可以给车辆、轮船、飞机等交通工具指明方向，确定它们的位置。不仅如此，它在测绘、农业、找矿等各个行业都有应用。

我国也一直在努力建设这样的全球卫星导航系统，我国的全球卫星导航系统叫作北斗。建设这样一个导航系统，需要非常高超的技术力量，我国一点点地摸索前进，把这项工作分为三步，一步比一步技术高超，一步比一步应用广泛。

我国首先在2000年建成了北斗卫星导航试验系统，这仅仅是个试验性的系统，卫星数量也只有3颗。2012年，我国建成了北斗二号导航系统，它也谈不上是全球性的，但是我国周边和亚洲的用户需求基本都能满足。

正是北斗二号打下了坚实的基础，提供了丰富的经验，让北斗可以进一步升级，第三代北斗导航系统也拉开了建设的序幕。2017年7月，将要开始发射北斗三号卫星的第一颗，预计到今年底将发射8颗左右卫星，2018年底之前发射18颗卫星，争取在2020年建成真正的全球卫星导航系统。不管你在世界的任何角落，它都能给你的出行指路。

宇宙中最精准的钟表

卫星导航系统是高精尖的科学技術，要想实现这项技术最关键的是要有精准的时钟。时钟哪里都有，即使在天上也有，北斗七星就是一个时钟。它围绕着北极星运转，24小时运转一圈，看看七颗星的方位，也能大概知道时间。但这仅仅是古人的计时方法，现在钟表为我们提供了更精确的时间。对于卫星导航系统来说，时钟的精确度远远不够，如果误差千分之一秒，那么导航系统告诉你的地点可能会跟真正的地点差300千米，从来没有什么事情对时间的要求这么高。

卫星上使用的时钟是铷原子钟，但是北斗三号导航系统将使用氢原子钟，氢原子钟的精度有多高？即使是使用百万年后也只有一秒的误差。即使是这样还是不够，还需要在地面上准备两台氢原子钟，一台需要模拟在宇宙空间的环境下，让它们相互监督，确保绝对准确。不仅如此，天上卫星携带的氢原子钟每隔几秒钟，就要与这个精准时间对照一次，这样就绝对准确了。

北斗三号上使用的氢原子钟是中国自主研制的，已达到世界先进水平。为了这项研究，中国的很多科学家为之奋斗。几十年前，各国争相发展的技术是原子弹，现在各国竞相发展的技术就是原子钟。北斗三号上使用的氢原子钟，也能满足其他科技发展的需要，这就是最精准的时间。

爱因斯坦为北斗导航

宇航员远航归来，迎接他的儿子已经白发苍苍，可他却依然风采依旧，这个故事很多人都听说过。它告诉我们，在宇宙航行中，时间会变慢。人造卫星搭载着氢原子钟在天上飞，卫星上的时间也会变慢。

但是，另一个因素却让卫星上的时间变快，那就是引力。地面上的每一个物体都要受到地球引力的作用。即使卫星飞到高空，也同样受到引力的牵引，但是它的引力会变小，引力减小会导致时间变快。

高速飞行让时间变慢，在地球上空又让时间变快，这两个因素需要综合考虑，也只有考虑了这两个因素之后，才能得到卫星上真正正确的时间。

时间对于每个人来说都是公平的，它缓缓流过，为了珍惜时间，人们说时间像一条河。这句话在爱因斯坦的相对论面前就成了错误的言论，爱因斯坦的相对论让我们对时间有了全新的认识。正是因为这种全新的认识，导致了卫星导航系统的诞生。

使用卫星导航的人开着汽车，车里的语音提醒装置就会告诉他，前面有什么路口，距离有多远，过了路口往哪拐。对司机来说十分方便，即使没有司机，汽车也能自动驾驶，带着人到达目的地。这让使用的人十分感激，他们要感谢那些研制北斗导航卫星的人们。但是，科研人员会告诉他们，应该感谢爱因斯坦，是爱因斯坦的相对论让他们对时间有了全新的认识，这种认识为导航卫星的研制指明了方向。

“四大天王”时代来临

北斗三号卫星发射之后，还会陆续发射这个系列的其他卫星，最终建立起来北斗三号全球卫星导航系统，这个系统将构成一个庞大的卫星网络。不管在哪个地方往天上看，都会看到1颗静止不动的卫星，它在天上固定的位置，这样的卫星共有5颗。此外，还有30颗卫星是运动的。要确保不管在什么地方，都能看到天上的4颗卫星，这4颗卫星就可以确定地面上目标的位置。

中国的北斗三号卫星导航系统将会在2020年建成，开始具有全球导航能力。目前，在天上工作的主要是美国的GPS全球卫星导航系统，它也不断地推陈出新，并升级到第三代。此外，俄罗斯也有一个格洛纳斯全球卫星导航系统，但它的部分功能难以使用，还处在进一步的升级过程中。欧洲很多国家也一起合作，研制了伽利略卫星导航系统。目前，伽利略还没有完全建成。中国的北斗将于2020年建成，正式开通全球服务。在未来的十年内，将会出现四大卫星定位系统同时运行的时代。

这四个全球卫星导航系统在接近两万多干米的地球上空，环绕地球运行，看上去不分彼此，但却分别属于四个系统，你中有我，我中有你，相互包容对方而存在着，这就是未来的“四大天王”，这是名副其实的“四大天王”，它们真的在天上。

责任编辑：陆燕 责任校对：夏越endprint