Q：小時候，長輩們總是教孩子們辨認北斗星，只要找到了北斗星，就能找到回家的路。如今，城市的燈光湮沒了星光，許多人開始習(xí)慣于借助GPS系統(tǒng)來確定方向。2011年12月27日起，我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始在我國及周邊部分地區(qū)試運行。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)究竟是什么?它和我們熟知的GPS究竟有何異同?

不錯，過去人們都用北斗星來標志朝北的方向。由于北斗星距離地球過于遙遠，不能確定事物具體位置，因此在航天技術(shù)發(fā)展之后，就用衛(wèi)星星座來導(dǎo)航定位。通過測量衛(wèi)星和地面站之間的距離以及確定它們之間的時鐘關(guān)系，可以明確衛(wèi)星的位置信息。在已知衛(wèi)星的位置和時間信息之后，地面用戶同時接收到4顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信號，就可以解算出自己的位置，這就是基本的衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理。

自2011年12月27日起，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始向我國及周邊地區(qū)提供連續(xù)無源定位、導(dǎo)航、授時等試運行服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自己研發(fā)的新型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，主要由導(dǎo)航衛(wèi)星、地面臺站和用戶定位設(shè)備三個部分組成的。能夠全天候、全天時地通過雙星定位方式開展工作，兼有定位導(dǎo)航、授時應(yīng)用、短報文通信三大基本功能和多項擴展功能。我國著手建立的第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其空間部分主要由運行在中圓軌道、靜止軌道、傾斜地球同步軌道上的10多顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)而成。經(jīng)過一段時間在軌驗證和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，已于2011年12月末具備了向我國及周邊地區(qū)提供試驗運行服務(wù)的能力。服務(wù)區(qū)為東經(jīng)84°到160°、南緯55°到北緯55°之間的大部分區(qū)域；位置精度為平面25米、高程30米；測速精度每秒0.4米；授時精度50納秒。

GPS是20世紀70年代由美國陸、海、空三軍聯(lián)合研制的空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。GPS系統(tǒng)是由空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分三大部分組成。空間部分即由2 1顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成的GPS衛(wèi)星星座，目前，GPS靠空間系統(tǒng)本身提供的導(dǎo)航精度已經(jīng)可以達到6米左右，如果在地面配以其他基礎(chǔ)設(shè)施對其加強，則可以達到幾十厘米甚至幾厘米的定位精度。至少幾十厘米的定位精度在GPS提供的商業(yè)服務(wù)中已經(jīng)存在，只不過是收費服務(wù)。這種精度適用于測繪等專業(yè)用戶的需求，而我們?nèi)粘Ｉ钏璧膶?dǎo)航服務(wù)只需達到5～6米的精度就可以了。

通過上述比較不難發(fā)現(xiàn)，GPS和目前的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間星座組成部分大不相同，前者的導(dǎo)航、定位、授時服務(wù)可以覆蓋全球，后者只能面向本國和周邊地區(qū)，但卻具有發(fā)送短報文的功能。

Q：為什么說衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)已成為衡量一個國家綜合國力的重要標志?它在哪些領(lǐng)域有重大影響?

這從全球定位系統(tǒng)的主要特點和用途上即可看出來。GPS的主要特點是全天候、全球覆蓋、三維定速定時高精度、快速省時高效率、應(yīng)用廣泛多功能。GPS的陸地應(yīng)用主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等；海洋應(yīng)用包括遠洋船最佳航程航線測定、船只實時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；航空航天應(yīng)用包括飛機導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護探測等。

由于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)技術(shù)含量高、優(yōu)勢明顯、應(yīng)用面廣，又涉及軍事機密，所以各航天大國都很重視建設(shè)各自的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。從信息技術(shù)和知識經(jīng)濟角度來看，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在經(jīng)濟社會發(fā)展中的應(yīng)用越來越廣泛，其形成的產(chǎn)業(yè)已成為繼移動通信和互聯(lián)網(wǎng)之后的第三大IT經(jīng)濟增長點，具有爆發(fā)式的增長潛力和廣闊的市場應(yīng)用前景。正緣于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)已被公認為是信息基礎(chǔ)和戰(zhàn)略設(shè)施的重要組成部分，它才成為衡量一個國家綜合國力的重要標志，美國就曾把GPS譽為本國繼阿波羅飛船和航天飛機之后取得的又一重大科技成就。

Q：聽說北斗系統(tǒng)需要發(fā)射30多顆衛(wèi)星上天，而GPS只有24顆，為什么北斗系統(tǒng)需要那么多?

各國全球定位系統(tǒng)的差異之處，就在于選擇的衛(wèi)星軌道有別和軌道上的衛(wèi)星數(shù)量不同。我國航天專家在設(shè)計北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時也曾有過很多方案，后經(jīng)充分論證，才選擇了由35顆衛(wèi)星組網(wǎng)的系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)由分布在多條繞地軌道上的導(dǎo)航衛(wèi)星和少數(shù)幾顆備份星組網(wǎng)而形成空間部分。具體地講，就是由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。在那30顆衛(wèi)星中，又分為3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和27顆中圓軌道衛(wèi)星。27顆中圓軌道衛(wèi)星平均分布在傾角55~的三個平面上，軌道高度21500千米。

與GPS幾乎同時起步建設(shè)的俄羅斯格洛納斯全球?qū)Ш较到y(tǒng)，亦由24顆衛(wèi)星組成，分布在3個軌道面上，目前已基本建成，即將提供服務(wù)。當(dāng)前正在建設(shè)的同類項目，還有歐洲的伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2004年，我國和歐盟委員會簽署協(xié)議，成為參加伽利略計劃的第一個非歐盟成員國。該計劃的空間部分由30顆衛(wèi)星組網(wǎng)而成，也采用了3個軌道面的設(shè)計。無論是GPS、格洛納斯還是伽利咯全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)，都只有一種軌道即中圓軌道設(shè)計，只不過區(qū)別在于選取3個軌道面還是6個軌道面。而我國北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在保留3個中圓軌道面設(shè)計長處的基礎(chǔ)上，集納了多種軌道的優(yōu)勢于一身，是世界導(dǎo)航系統(tǒng)的首創(chuàng)。正因為軌道種類多，突出了本國及周邊地區(qū)的導(dǎo)航服務(wù)業(yè)務(wù)，又多了一項通信功能，所以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量較多。

Q：聽說北斗系統(tǒng)分為3個階段，目前仍處于第二代的建設(shè)之中，真正建成的北斗系統(tǒng)能代替GPS嗎?它對我們的生活影響大嗎?我們的手機也能聯(lián)上它嗎?

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)按照“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略穩(wěn)步推進：2002年建成北斗導(dǎo)航試驗系統(tǒng)，使中國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家；2012年前后使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)形成覆蓋亞太地區(qū)的服務(wù)能力；2020年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將形成全球覆蓋能力。目前仍處于第二代的建設(shè)之中，等到2020年左右，北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成以后，北斗系統(tǒng)所能提供的定位精度在全球范圍內(nèi)將與美國的GPS相抗衡，而在增強區(qū)域內(nèi)，也就是在整個亞太地區(qū)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，將超過GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。

當(dāng)前，6PS和北斗終端設(shè)備在海洋、漁業(yè)、抗震救災(zāi)、應(yīng)急救援、登山事故救援等行業(yè)和領(lǐng)域都已有應(yīng)用。在8年之后，即2020年，肯定每個人的生活都離不開北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。到時候，你只需要將北斗的相關(guān)芯片、硬件置入手機里，就能接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號，用手機就能完成定位功能。未來共用終端設(shè)備問世之后，在生產(chǎn)生活的更多行業(yè)都能夠得到更好應(yīng)用。

按照先區(qū)域、后全球的總體規(guī)劃建設(shè)起來的北斗二代、三代導(dǎo)航系統(tǒng)，待其投入運營后，將在水利電力、國土測繪、海洋航運、水上漁業(yè)、石油勘探、交通運輸、氣象預(yù)報、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)、通信保障、治安管理、公共安全等經(jīng)濟社會領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，有力促進電子產(chǎn)品、通信聯(lián)絡(luò)、機械制造、地理信息、旅游觀光等相關(guān)產(chǎn)業(yè)和服務(wù)行業(yè)的發(fā)展。北斗全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)在提升我國國防實力和軍事裝備性能上，也具有無可替代的重要性。對于廣大公眾來說，使用該系統(tǒng)的車載終端和具有導(dǎo)航定位與無線通信等功能的移動設(shè)備，將大大方便日常生活。

Q：您的科普圖書《E時代N個為什么·航天》深受青少年非常喜歡?？墒侨缃裼捎趯W(xué)業(yè)、考試壓力的增大，熱愛科學(xué)的學(xué)生似乎越來越少了，您長期從事青少年科普宣傳事業(yè)，您認為科學(xué)知識對我們今后的幫助會很大嗎?

《E時代N個為什么·航天》是寫給青少年的航天科普讀物。人們常說，綜合國力在企業(yè)，企業(yè)發(fā)展靠創(chuàng)新，實現(xiàn)創(chuàng)新靠人才，人才培養(yǎng)靠教育，青少年是祖國的未來，一定要抓好教育這個根本環(huán)節(jié)。除了學(xué)校的系統(tǒng)教育外，還應(yīng)高度重視和抓好科技傳播和科學(xué)普及工作，使青少年能夠盡早樹立熱愛祖國和崇尚科學(xué)的思想，這就是我寫作該書的出發(fā)點。

從多次給大、中、小學(xué)生作科普報告的體驗中，我不認為現(xiàn)在熱愛科學(xué)的學(xué)生是越來越少了，因為在報告最后的互動環(huán)節(jié)中，學(xué)生提問題的積極性是很高的，他們強烈的求知欲望給我留下了深刻印象，同時也使我深深感到中學(xué)生們都為怎樣牢固地掌握基本知識而著急。這就涉及到人們經(jīng)常議論的應(yīng)試教育下的死記硬背問題。我個人歷來認為，通過考試成績決定升級、升學(xué)是很公平的做法，迄今還沒有別的辦法可以取代。我主張中學(xué)生應(yīng)把每門功課都學(xué)好，學(xué)習(xí)時，要特別注意掌握和踐行師授的有關(guān)學(xué)習(xí)方法。

“非志無以成學(xué)，非學(xué)無以廣才”?，F(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，重視跟蹤前沿動態(tài)，對于青少年的成才顯得更為重要。如今的中學(xué)生從小接觸的信息量就很大，生活和學(xué)習(xí)條件越來越好，只要思想上崇尚科學(xué)和注意不斷改進學(xué)習(xí)方法，把讀書視為生命智慧的升華，養(yǎng)成濃厚的學(xué)習(xí)興趣，堅持自強不息，勇于攀登，相信“天生我材必有用”。