科学网—从通信卫星到北斗一号
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2026-6-12 06:56
| 个人分类: 资料库 | 系统分类: 科普集锦
2019年，笔者热情洋溢地编写科普图书《北斗卫星导航系统》，因故辍耕{节录，保留了原文的样态}。
第五节 双星定位思想
分别出生于1916和1917年的陈芳允和克拉克，配得上太空思想家的光荣称号，也可以说是思想驰骋于太空的两条龙。
按照中国的传统文化，农历1916年、1917年出生的人分别属大龙和小龙。陈芳允和克拉克还有一个共同点，就是都曾经从事雷达工作，都曾经戎装在身。陈芳允院士60岁（1976年5月））开始戎装生涯，担任国防科工委洛阳跟踪与通信技术研究所副所长。有趣的是，与他一起上任副所长的是当时不足四十周岁的航天工程管理与测控技术专家沈荣骏（1936.11.14- ）。一年之后，沈荣骏成为陈芳允加入中国共产党的入党介绍人。
不同的是，克拉克早年加入了英国星际航行协会，而陈芳允在1951年加入九三学社。陈芳允18岁进入清华大学读书、1944年留学英国，1948归国后一直为从事雷达、通信等技术工作。而克拉克在军旅生涯结束后，进入大学攻读学位，1950年起，就开始主攻是科幻小说，以90多部科幻作品著称于世。20世纪60年代以后，这位科幻大师一直居住在岛国斯里兰卡，直到2008年辞世。
1945 年5月的一天，“英国星际航行协会”收到了一份备忘录《地球外的中继──卫星能给出全球范围的无线电覆盖吗？》。备忘录的作者为人类的通信技术描绘了一幅宏伟的蓝图。他在备忘录中指出，距离地球表面约36000千米的高度具有24小时的周期，在这样的轨道上，如果一个物体的轨道平面与地球赤道平面重合，那么它将随着地球运行，就好像静止地停在地球上空的某一点。作者还说，让我们想象在这样的轨道上有那么一颗卫星，它装有接收和发射设备，这样卫星就能作为一个转发器为地球上任意两点之间传输信息。如果将3颗卫星等距离地分布在这条轨道上，那么就能实现除南北两极以外的全球通信。在这份备忘录中，作者还附带了一张草图。图上标明了3颗卫星在地球上空的分布位置。
因为提出了卫星通信的设想，阿瑟·克拉克这个名字从此誉满全球，并将永远载入人类进步的史册。阿瑟·克拉克提出的那条卫星轨道就是现在我们常说的地球静止轨道，也叫“克拉克轨道”。
它是一种特殊的地球同步轨道。时至今日，地球静止轨道上已经部署了大量的通信卫星、气象卫星，日日夜夜为人类通信、电视直播、信息传输、气象观测而默默工作着。克拉克的预言终于变成了现实。
陈芳允(1916年4月3日—2000年4月29日)，出生于浙江黄岩。无线电电子学家、空间系统学家。1951年加入九三学社。1980年当选为中国科学院学部委员(院士)。
陈芳允早期从事雷达工作时，就注意到定位导航问题的重要性。在他参加空间工作之后一直希望利用卫星对地面上运动物进行定位和导航。他详细研究了美国全球定位导航系统(GPS)，认为该系统对于军事应用虽有一定的优点，但用作全球、全时间工作，需要的卫星数目太多(18颗以上)，极不经济。1983年他和刘志逵提出利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想。经过计算发现，如果地球上用户高度已知，则用两颗卫星测出它们本身到用户的距离就可以准确地求得用户的位置。这个系统后来被称为“双星定位系统”，得到我国测绘部门的肯定和支持。在测量通信总体所和机械电子工业部等单位的相互配合下，经过两年多的努力，于1989年利用我国自己的两颗通信卫星进行了演示试验，获得十分满意的结果。这个系统还可以进行简单的报文通信和标准时间发播，用户和中心站的时间同步精度可达20纳秒或更好。
第六节 北斗一号首星发射
中国测绘科技馆的北魏银河星图中显示了北斗（图7，银河右上侧）。实际上，北斗星进入我国先民的视野是很早的事情了。著名的《诗经 ·小雅·大东 》里有这样的句子：维南有箕,不可以簸扬。维北有斗,不可以挹酒浆。维南有箕,载翕其舌。维北有斗,西柄之揭。屈原《九歌 ·东君 》中有“操余弧兮反沦降，援北斗兮酌桂浆”的句子；唐朝、宋朝的诗人作品有550首。清朝梁启超《赠别郑秋蕃兼谢惠画》有“誓拯同胞苦海苦，誓答至尊慈母慈，不愿金高北斗寿东海，但愿得见黄人捧日、崛起大地、而与彼族齐骋驰。”等句。吟咏北斗、抒发情感，称为历代诗人们的共同选择。
我国导航卫星系统的设计师将国产的卫星导航系统命名为“北斗”，是顺理成章的。
图7 北魏银河星图（中国测绘科技馆实地拍摄，2019-08-31）
2000 年10月31日0时02分，中国运载火箭技术研究院研制的长征三号甲火箭从西昌卫星发射中心发射升空 , 27分钟后成功地把我国的首颗导航定位卫星—— 北斗导航试验卫星送入了预定轨道 ,发射获得圆满成功。
这是我国长征系列运载火箭的第 63次发射 ,也是自 1996年 10月以来 ,长征系列火箭连续 21次成功发射。
北斗导航试验卫星是由中国空间技术研究院研制的,它是我国自行建立的第一代卫星导航定位系统—— 北斗导航系统的首颗星。这颗卫星采用东方红三号卫星公用平台和全三轴稳定技术，设计寿命为 8年。北斗导航系统是全天候、全天时地提供卫星导航信息的区域导航系统 ,该系统主要为公路交通、铁路运输和海上作业等领域提供导航服务。 北斗导航试验卫星的首次发射成功 ,为北斗导航系统的建设奠定了基础。
这次发射是长征三号甲的第5次发射 ,此前进行的 4次发射均获成功。长征三号甲火箭全长52.52米，地球同步转移轨道运载能力2600千克。
2000 年12月21日、2003年5月25日，我国先后两次发射第2颗、第3颗北斗导航试验卫星。2007年2月3日，发射第4颗北斗导航试验卫星。
2007 年12月4日， 第四颗北斗导航试验卫星研制单位中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院正式将该星交付用户使用，标志着我国第一代卫星导航系统建设全面完成。后来，人们为了区别于将来的北斗卫星将北斗导航实验卫星称为“北斗一号”。
【等待契机，重新回复耕耘状态。不强求。】
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