从无到有，强势撼动GPS霸主地位，北斗导航到底有多厉害？

　　北斗真的会掉线吗？北斗的大规模普及会受影响吗？作为一个靠谱的科普作者，我可以告诉大家，完全不用担心。我国为什么建设北斗导航系统？
　　最近，关于北斗掉线问题非常火热，很多人就有误解，就认为是北斗的问题，其实不是。北斗是没有掉线这个说法的，掉线是接收设备的问题，而不是北斗。这就像是手机没有信号打不了电话怪卫星一样，非常的可笑，用的是哪个手机牌子就去怪那个手机厂商，而不是怪卫星出了问题。另外，北斗不但没有问题，反而是一个非常重要的存在。
　　我国为什么要自己搞北斗卫星导航系统呢？关注我，了解更多中国科工的真相。
　　搞北斗是为了安全。GPS发展了几十年，技术实力确实不错，但不安全。现在导航几乎成了人们的必需品，到了一个不熟悉的地方就要用到导航，但导航除了民用外另一大应用领域就是军事领域。在海湾战争中，GPS的露脸震惊了世界，美军能摧枯拉朽般取得胜利，GPS功不可没，比如美军之所以可以彻底摧毁伊拉克的预警雷达，让美军飞机可以肆无忌惮，这都得益于GPS。海湾战争的胜利，也被称为＂GPS的胜利＂。
　　我国军事领域敢用GPS吗？作为一个靠谱的科普作者，我可以告诉大家，精度问题是其次的，关键在于这就相当于把自己的命脉交给了美国。如果到时候一旦和美国爆发军事冲突，那美国就能让我国变成＂瞎子＂。而且，美国利用GPS作威作福是可是有前科的。2018年的时候，美国为了打击叙利亚，临时提高了军用性能从而导致民用性能降低。这还不是最过分的，2019年，伊朗进行军事演习，美国想看伊朗笑话就关闭了伊朗的GPS，索性当时伊朗用上了我国的北斗，才没有闹出国际笑话。我国也是受害者，1993年，我国的银河号在印度洋地区航行时被美国切断了GPS，失去了方向，最后被劫持。据北斗一号总工程师范本尧所述，我国开启北斗一号项目也是受了该事件的影响。
　　当时，由于我国财力有限，就没有走GPS这条路线——一步到位，而是先从区域导航再到全球导航。当时，我国采用的理论基础是1983年陈芳允院士提出来的＂双星定位系统＂。我们生活在一个三维空间里，要准确定位，就要有三个坐标系，两颗星要怎么定位呢？＂双星定位系统＂还需要用高度仪去测试使用者和地心之间的距离，很麻烦，但关键是省钱。不过北斗一号仍然面临下马的危机。当时国家投了三个型号的经费，北斗、通信卫星和遥感卫星。不过投的经费并不够，由于北斗要两颗星，要的经费多，当时就有人提议先暂停北斗项目，不过最后还是咬牙坚持了下来。
　　北斗有多牛？
　　不知道大家有没有听过＂千年危机＂这个事件，这是指在2000年，计算机在处理跨世纪日期演算时出现bug，最后导致功能紊乱，在国内一般被叫作＂千年虫＂。在GPS上也出现过类似的问题。在2019年4月6日，GPS发生＂归零＂现象，也就是GPS整周数值从1023变成0，也被称为GPS周期翻转。这是什么意思呢？GPS不仅是一个导航系统，还是一个授时系统，有一套自己的时间系统，叫作GPS时，这个时间起点是UTC时间1980年1月6日0时。设计人员用周计数和周内秒表示当前时刻和初始时刻的时间差，再结合闰秒得到UTC时间。可是由于涉及的问题，周计数只能在0~1023之间循环。当周计数从1023变成0时，就发生了周期翻转，而1023周大概就相当于19.7年。
　　大家平时对GPS几乎只关注导航，但授时出错影响很大。在2019年召开的美国信息安全大会上，就有专家直言不会乘坐当天的飞机。现在，交通信号灯、电网、航空等几乎都是用GNSS来授时，因为GNSS授时比高精度原子钟的成本更低。举个例子，电网是一个非常复杂的系统，需要保证变电站、电厂等设备同步运行，这些设备就要统一时间。如果时间有误差，就会增加事故的可能性。
　　北斗也会有GPS相同的bug，但北斗的周期是160年，与GPS19.7年相比，就能看出北斗到底有多牛了。当然，北斗厉害的不仅是这个，还有许多。比如北斗独创的短报文系统。一般的导航系统属于单向通信制，就像收音机一样只能接收不能发，而北斗可以实现类似发短信的功能。2008年汶川大地震的时候，基站坍塌，通讯通断。是15个勇士带着北斗系统接收机，从空中完成了＂惊天一跳＂，才把灾区的情况传了出来。由于短报文系统收费低廉，甚至已经成了渔民之间无聊打发时间的通讯软件。
　　另外，北斗的星间链路也非常牛逼，各个卫星可以实现通讯联络，这样就不需要像GPS一样建立地面站，解决了在国外建立地面站的难题。而且，北斗的三轨制，保证了定位的高精度，在亚太地区，北斗甚至比GPS的精度更高。
　　最牛逼的是，北斗实现了核心器件100%国产化。比如卫星上使用的10牛发动机，燃烧室里的温度超过2700摄氏度，现在的材料想要达到设备需要的这个温度是非常困难的，而且寿命要在15年以上，工作次数达到75万次，这对工艺、材料、设计的要求都很高，想要攻克10牛发动机的难度可想而知，而我国不仅做到了，而且还做到了世界先进水平。
　　北斗这么牛，但差一点就失败了，这是为什么呢？
　　北斗是如何取得成功的？
　　要说北斗为什么差点就失败了，就要从伽利略计划开始说起了。关注我，了解更多中国科工的真相。
　　2002年，欧盟启动伽利略计划，并且邀请中国加入。中国投资超过2亿欧元，但欧盟并没有给中国应有的待遇，在伽利略计划中权利甚至还不如印度、日本这些没参加的国家，拿中国当冤大头。中国于是决定单干，在2004年启动北斗2号计划。
　　由于卫星需要占用频率，而国际电联只给导航卫星划分了5个频道，而美国和俄罗斯发展得早，把最好的4个频段最好的部分给占了，就只剩下一个次优频段了。这就让中欧在申请频段时重合度很高，因此从昔日的合作伙伴变成了争锋相对。
　　我国是在2000年4月17日申请的频段，根据国际电联的规则，申请频段后要在7年内使用，不然的话就会失效。卫星导航系统的难度极高，大家印象中科技实力很强的德国、法国等国家都没有能力单独搞，因此才想要联合起来一起搞。而我国只有三年时间了，时间非常紧迫。
　　虽然当时我国已经有了北斗一号的经验，但是我国在该领域的技术还是相当薄弱。比如被称为＂卫星导航心脏＂的原子钟，这是导航卫星的核心零件，用来控制导航精度，没有原子钟的导航卫星就是一块废铁。北斗一号的原子钟是哪来的呢？买的。本来北斗2号要找瑞士买的，但瑞士为了拖延我国的研发进度，不卖了。
　　不过，欧盟的小把戏能难倒中国吗？不能。事实上，我国早在1997年就开始研发原子钟，最后研发出了定位精度可以达到1米的第一代星载铷钟。可笑的是，等我国研发出了原子钟后，瑞士又想用低价倾销的策略压垮我国原子钟。这也是西方国家常用的策略了，比如我国只能做出3轴机床时，5轴机床西方国家是不卖的，等我国研制出了五轴机床后，西方国家马上开始倾销。
　　我们的老对手欧盟在2005年年底就把导航卫星送上了太空，并于2006年初就传回来了信号。由于我国申请频段的时间比欧盟早，这些频段才没有属于欧盟。不过这给我国带来了极大的压力，因为在频段失效前我国卫星没有成功上天并传回信号，那么意味着我国再也不可能发展全球卫星导航系统了。
　　2007年4月初，离我国申请的频段失效没几天了，卫星应答机出现了异常。卫星应答机是联通天地之间信号的关键，没有卫星应答机，即使卫星上天也没有用。在所有科学家、工程师的努力下，我国顺利修复了卫星应答机。北斗卫星成功飞上太空，并于4月17日20时传回了信号，而这时，离我国频道申请失效只有4小时。可以说，北斗项目命悬一线。
　　北斗成为了继美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯后第三个成熟的全球卫星导航系统，而欧盟的伽利略计划到现在都还有着各种各样的问题，不知道欧盟当初气走中国，现在是否后悔了呢？