Çin neden bir uydu navigasyon sistemi kuruyor?
Görüntü kaynağı @Visual China
Titanyum Ortam Notu: Sina bilim ve teknoloji "bilimsel herkes" adlı bu makale, yazar: Xu Ying, titanyum yetkili medya bülteni.
Yazar bir Beidou navigasyon sistemi bilimcisi, Havacılık ve Uzay Bilgi Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi'nde araştırmacı ve doktora danışmanıdır.
27 Aralık 2018'de Beidou-3'ün temel sistemi tamamlanarak global hizmetler sunmaya başladı.Beidou sistem hizmetlerinin kapsamı bölgeselden küresele genişletilerek resmen küresel çağa girildi.
Çin, Beidou küresel sistemini neden inşa ediyor?
Beidou uydu navigasyon sistemi "üç adımlı" stratejisi (fotoğraf kaynağı: Çin Gençlik Ağı)
1990'larda Beidou sistemi gelişmeye başladı "Üç aşamalı" geliştirme stratejisine göre, Beidou No. 1, Beidou No. 2 ve Beidou No. 3 sistemleri "üç aşamalı" geliştirme stratejisini izleyerek art arda inşa edildi. Çin'e özgü uydu navigasyon sistemlerine sahip yolların yapımı.
Beidou sistem uydularının başkomutanı Li Changjiang, bir keresinde birinci nesil uydu navigasyon sisteminin emekleme döneminde olduğunu ve çok az sermaye yatırımı ile yabancı uydu navigasyonu alanındaki tekeli kırdığını, ancak kendi teorik sınırlamaları nedeniyle küresel uydu navigasyonuna dönüştürülemediğini söyledi. Sistem, böylece birinci nesil navigasyon sisteminin inşası ile aynı zamanda, ikinci nesil navigasyon sisteminin inşaat sertifikasyonu başladı.
Birinci nesil Beidou takımyıldızı alıcısı aktiftir ve kullanıcının konumunu açığa çıkarma kusuruna sahiptir, bu nedenle bazı özel alanlarda kullanımı sınırlıdır. Liu Cixin'in "Üç Beden" i okuduysanız, içindeki en önemli kelimeleri hatırlamalısınız: "Cevap verme, cevap verme, cevap verme", çünkü cevap sinyale döndüğünde pozisyonunuz açığa çıkma riski altında olabilir. Ek olarak, bana bir mesaj gönderdiğinizde size cevap vermem gerekiyor ve tam bu sırada başka biri bana mesaj gönderirse mesajı bloke edebilir ve herkese zamanında cevap vermeyebilir.
Bu koşullar altında, pasif bir konumlandırma sisteminin inşası yakındır, nasıl inşa edilir? İlk adım, Çin'in uydu navigasyon sistemi sorununu çözmek ve Çin ve çevredeki orta ve düşük dinamik kullanıcılar için hızlı konumlandırma, kısa mesaj iletişimi ve zamanlama hizmetleri sağlamak için 2003 civarında Beidou Navigasyon No. 1 sistemini kurmak; ikinci adım ise Beidou No. 2 sistemi, Çin ve komşu ülkeler için istikrarlı navigasyon, konumlandırma, hız ölçümü ve zamanlama hizmetleri sağlamak için 2012 civarında inşa edilecek; üçüncü adım, 2020'de "bağımsız, açık ve uyumlu, güvenli ve güvenilir, ileri bir teknoloji ve önemli noktaları vurgulamak". Beidou No. 3 sistemi uluslararası navigasyon pazarını açtı.
27 Aralık 2018'de, Çin'in Beidou uydu navigasyon ve konumlandırma sistemi, dünya çapındaki her tür kullanıcı için yüksek hassasiyetli ve yüksek güvenilirlikte konumlandırma, navigasyon ve zamanlama hizmetleri sağlayabilen resmi olarak küresel konumlandırma yeteneklerine sahiptir.Küresel hizmetler sağlamaya ek olarak , Geleneksel Beidou özel servislerini korumaya devam edin: kısa mesajlar ve konum raporları. Beidou-3, navigasyon ve iletişim teknolojilerini tek bir sistemde bütünleştirir.Bu karakteristik hizmet, üç ana sistemde mevcut değildir: ABD'de GPS, Rusya'da GLONASS ve Avrupa'da GALILEO.
Gelecekte, Beidou-3, 30 uydunun kapsadığı Beidou küresel sistemini tamamlamak için 2020'ye kadar uyduları fırlatmaya devam edecek. Beidou Küresel Sistem takımyıldızı 3 GEO uydusu, 24 MEO uydusu ve 3 IGSO uydusundan oluşur; yer bölümü, ana kontrol istasyonu, enjeksiyon istasyonu ve algılama istasyonu gibi çeşitli yer istasyonlarını içerir; kullanıcı bölümü Beidou kullanıcı terminallerini ve diğer uydu navigasyon sistemlerini içerir Uyumlu terminal.
Beidou inşaatının temel prensipleri nelerdir?
Beidou sistemini kurmak için dört temel prensibimiz var: Birincisi açıklık. Beidou, dünya çapındaki kullanıcılara böyle bir hizmeti ücretsiz olarak sağlayacaktır, yani ilgili ICD dosyasını Beidou resmi web sitesinden indirebilir, kendi Beidou alıcınızı yapabilir ve ülke tarafından inşa edilen uydu yer istasyonunun size getirdiği navigasyon hizmetinin keyfini çıkarabilirsiniz.
Bu terminali satın almalı mıyım yoksa para harcamalı mıyım diye sorabilirsiniz. Bunun nedeni, terminalin ilgili üretici tarafından yapılmasıdır. Örneğin, bir cep telefonunu bir servis sağlayıcıyla karşılaştırırsak, bir cep telefonu satın aldıktan sonra, China Unicom, China Mobile veya Telecom kullanıyor olsanız da, cep telefonunu kullanmak için yine de her ay belirli bir iletişim ücreti ödemeniz gerekir. Ancak Beidou'yu bir navigasyon konumu servis sağlayıcısıyla karşılaştırırsak, bu navigasyon servisini kullanmak için para harcamanıza gerek kalmaz ve aylık navigasyon konumu servis ücreti alınmaz Bu, Beidou sisteminin açık prensibidir. Elbette açıklık tamamen açık değil.Açık olanların başlıcaları sivil kod frekansları ve hizmetlerdir.Askeri kodlara benzer şekilde açık olmayacaklar ve iletişim hizmetlerinin alınması için izin gerekiyor.
İkinci ilke özerkliktir, özerklik hakkında çok fazla açıklama yapmaya gerek yoktur, örneğin, yukarıda bahsedilen çeşitli "sıkışmış boyun" tekniklerinin tümü özerklik konusuna işaret eder. Bu nedenle, Beidou'nun inşasının en başından itibaren bağımsızlık ilkesine sahiptir. Bağımsızlık nedir? İlk nokta, bu sistemin diğer sistemlere bağlı olmaması ve bağımsız olarak çalışabilmesidir.GPS kapatıldıktan sonra çalışmayı durdurmayacaktır.İkinci nokta, Beidou sistemindeki tüm temel bileşenlerin% 100 yerelleştirilmiş ve tüketilemeyeceğidir. İki kaplanın gücü bir sistem inşa etti, ancak temel bileşenler yabancı ithalata dayanmak zorunda.
Üçüncü ilke kademelidir.Beidou sisteminin inşası üç aşamaya bölünmüştür, yani yukarıda bahsedilen pasif bir navigasyon sistemi kurmanın üç aşamalı planı.Birisi Beidou 3'ün 2020'de tamamlanıp tamamlanmayacağını sordu, 4 ve 5 numara olacak mı? Ne? Örnek olarak, GPS sisteminin kurulmasından bu yana uzun yıllar geçti ve Amerika Birleşik Devletleri hala GPS'i yükseltiyor Bu nedenle, güncelleme ve yükseltme süreci, esas olarak ülkenin ekonomik ve teknolojik seviyesine bağlı olarak kesinlikle devam edecek;
Dördüncü yapı ilkesi uyumluluktur ve kullanıcıların daha iyi hizmet alabilmesi için diğer uydu navigasyon sistemleriyle uyumluluk ve birlikte çalışabilirlik sağlamayı taahhüt eder.
2018'de Beidou ve GPS bir uyumluluk anlaşması imzaladı ve Beidou ayrıca GLONASS ile bir uyumluluk ve birlikte çalışabilirlik anlaşması imzaladı. Birçok kişi neden GPS ile uyumlu olduğunu soruyor? Bu, iki sistemin uyumluluğunun tek bir sistemde birleşmeye eşdeğer olduğu anlamına gelmez Uyumluluk ve bağımsızlık arasında çelişki yoktur Uyumluluğun anlamı temelde sivil frekans noktalarının ve sinyallerinin uyumluluğunu ifade eder. ITU tarafından navigasyon için tahsis edilen frekans bandı sınırlı olduğundan, bu frekans bandında Beidou, GPS, GLONASS vb. Gibi bu sistemlerle uyumlu olması ve dünyadaki tüm ülkelerin navigasyon sistemlerinin frekans ve modülasyon yöntemlerini koordine etmesi ve nihayet sivil kullanıcıların terminali kullanmasına imkan vermesi gerekmektedir. Daha yüksek performanslı hizmetler sağlamak için mevcut tüm navigasyon sistemlerini uygun şekilde kullanın.
Bu nedenle, bu dört yapım ilkesi altında, 2004 yılında Beidou 2 numaralı bölgesel sistem kurulmaya başlandı ve Çin'in uydu navigasyon ve konumlandırma sistemi yeni bir gelişme dönemine girdi.
2007 yılında, Beidou-2 sisteminin inşası istikrarlı bir şekilde ilerledi ve sistemin kararlı çalışmasını ve kesintisiz hizmet sunumunu sağlamak için Beidou-101 uydusunun yerine ilk test yıldızı 04 fırlatıldı. Uyduların sınırlı bir ömrü vardır ve Beidou-1 ağ uydusunun beklenen ömrü 8 yıldır.
2009 yılında, 9 yıldır faaliyette olan Beidou-102'nin yerini almak üzere Beidou-2 G2 yıldızı gökyüzüne fırlatıldı.
2010 yılında Beidou-101 ve 03'ün yerini alan Beidou-2 G1 ve G3 uyduları başarılı bir şekilde fırlatılarak Beidou-1 sistemine başarıyla bağlandı.Çalışma süresi beklenen süreye göre yarı yarıya kısaldı.Sistem sadece 1 saniye kesintiye uğradı ve sorunsuz bir geçiş sağlandı.
Beidou-2 sistemi: IGSO uydu konumlandırmasını kullanan ilk sistem
Sorunsuz bir geçişten sonra, Beidou-2 sisteminin inşası Beidou-1'in bazı eksikliklerini çözmeye odaklanmaya başladı. Bunların arasında, takımyıldız yapısı tasarımı sonraki çalışmanın en önemli önceliği haline geldi.
Amerika Birleşik Devletleri ve Rusya'nın navigasyon sistemleri orta daire yörüngelerini kullanır ve MEO uyduları yörünge düzleminde eşit olarak dağıtılır.Böyle simetrik bir takımyıldızın, dünyayı kapsayan en iyi takımyıldız olan tek tip yörünge düzlemleri ve hatta aşamaları vardır.
Bölgesel seyrüsefer hizmeti yetenekleri oluşturmak isteyen Çin için ne tür bir takımyıldız uygulanabilir? Araştırmacılar, MEO uydularının dünyanın etrafında döndüğünü ve her gün yalnızca% 30 oranında Çin topraklarında bulunduğunu ve diğer zamanlarda Çin'e hizmet sağlayamayacağını keşfettiler. Sonunda, Beidou bölgesel sistemi esas olarak MEO uydularına dayanmadı ve daha çok eğimli dünya yörünge uyduları IGSO ve jeostasyonel yörünge uyduları GEO kullandı. Bu iki uydunun hareket aralığı nispeten sabittir.
GEO senkron uydusu 0 derecelik yörünge eğim açısına sahiptir ve yere göre hareket etmez, ancak bazen aynı düz çizgi üzerindedir ve sabit bir noktanın konumunu hesaplayamaz.Bu nedenle, aynı zamanda senkronize bir uydu olan bir IGSO uydusu da gereklidir, ancak yörünge eğim açısı "8" şeklinde 55 derecedir. Dünyada IGSO uydu konumlandırmasını% 70-% 80 oranında ilk kez kullanıyor.
Şu anda, Beidou bölgesel takımyıldızının yapısı, uyduya entegre bir uydu ağı olan "5GEO + 5IGSO + 4MEO" dur.Büyük ve karmaşık takımyıldızların kontrolü ve yönetimi de Beidou navigasyon sisteminin güvenilirliğini sağlamanın anahtarıdır. Böyle bir takımyıldız tasarımı, inşaat sırasında kullanılabilir ve inşaatı teşvik etmek için kullanılabilir.Uydu navigasyonu kavramını aşamalı olarak gerçekleştirmenin tek yolu budur ve Çin'in ulusal koşullarına daha uygundur.
En önemli "atom saati"
Navigasyon uyduları aracılığıyla nesnelerin uzaysal koordinatlarının doğrudan ve doğru bir şekilde ölçülmesi gerekiyorsa, bu şu anda tamamlanamayan teknik bir sorundur. Ancak uydu navigasyonu, mesafe ölçümünü zaman ölçümüne dönüştürebilir ve doğru zaman bilgisi ile doğru mesafe bilgisini ifade edebilir.Bu, uydu navigasyonunun gizli silahıdır.
Doğru zaman ölçümünün ön koşulu, doğru bir zaman referansına sahip olmaktır. Basitçe ifade etmek gerekirse, bu yüksek hassasiyetli bir saattir. Doğruluk, bir saniye hatayla bir saate sahip olmak için yüzbinlerce, hatta milyonlarca yıl alacak kadar zorludur. Bu, mevcut herhangi bir mekanik saatin veya elektronik saatin elde edemeyeceği hassasiyettir.
Mekanik saatler günde yaklaşık 1 saniyelik bir hataya sahiptir ve kuvars saatler, yüksek hassasiyetli saatlerin gereksinimlerini karşılayamayan günde yaklaşık 0,1 saniyelik bir hataya sahiptir.
Bilim adamları laboratuvarda, atomik saat elektronları bir enerji seviyesinden diğerine geçtiğinde, yayılan elektromanyetik dalgaların frekansının alışılmadık şekilde sabit olduğunu gözlemlediklerinde şaşırdılar. Bu frekansı bir sarkaç olarak kullanırsanız, inanılmaz derecede yüksek hassasiyetli bir saat yapabilirsiniz.Bu atomik saatin başlangıcıdır.
Şu anda, GPS konumlandırmanın doğruluğu, esas olarak uydudaki atomik saatin doğruluğuna ve ayrıca uydular ile yer istasyonları arasındaki atomik saatin zaman senkronizasyon doğruluğuna bağlıdır. Ölçülen zaman hatası saniyenin milyonda birine ulaşırsa, konum farkı 300 metredir.
Zamanın temeline ve önemine bağlı olarak, ülkemizin acilen bağımsız bir zaman sistemi kurması gerekiyor ve anahtar yüksek hassasiyetli bir atom saati.
Yerleşik hidrojen atom saati. Kaynak: Equipment Technology WeChat Resmi Hesabı
Pekin Üniversitesi, Çin Bilimler Akademisi, Çin Havacılık ve Uzay Bilimi ve Teknolojisi Şirketi gibi uzay fiziği, uzay radyosu vb. Alanlarda çalışan uzmanlardan oluşan bir araştırma ekibi. İki yıllık araştırma ve deneylerin ardından, atomik saatler sorunu nihayet çözüldü. Çinin kendi atom saatleri milyarda birine kadar doğru olabilir. Bir saniye.
Atom saati, temel bilimsel araştırmalardan ürün uygulamasına kadar tüm adımları atmıştır. Çin'in kendi uzay kaynaklı atom saati tasarımı genel teknik planını olgunlaştırdı ve bileşenlerin yerelleştirme oranı% 100'e ulaştı.Teknolojinin yerel özerkliğini gerçekten gerçekleştirdi ve Batı teknolojisi ablukasını tamamen kırdı. Şimdi, Çin uydularındaki tüm atom saatleri yurt içinde yapıldı. Bu aynı zamanda havacılık endüstrisinin geliştirme ihtiyaçlarının teknoloji endüstrisinin gelişimini desteklediği gerçek bir durumdur.
Beidou'nun yapımı için kaç uydu fırlattık?
21 Şubat 2006 gibi erken bir tarihte, Beidou sistemi inşaat planına ve ilerlemesine göre, Çin'in ilk Beidou navigasyon sistemi uydusu tarafından kullanılan uydu ağı, ITU frekans listesine kaydedildi. 26 Mart 2007'de Beidou-104 uydusu, ağı resmen başlattı ve işletti.
Beidou sistemi, 2010'dan 2012'ye kadar üç yıl boyunca toplam 15 uyduyu fırlattı. Aynı dönemde, Amerika Birleşik Devletleri GPS BLOCK IIR ağını başlattı.Amerikalıların uzaya tek tek 13 seyredilebilir uyduyu göndermesi sekiz yıl sürdü.
Bu fırlatma süreleri dizisi, Çin'in Beidou Projesi'nin hızlı gelişiminin gerçek tarihini açıkça kaydediyor.
Beidou-2'nin başarısı, yalnızca Çin'in uydu navigasyon teknolojisinde dünyanın önde gelen ülkelerinden biri haline geldiği anlamına gelmiyor, aynı zamanda dünya nüfusunun yaklaşık üçte birinin daha iyi navigasyon hizmetlerinden yararlanma fırsatına sahip olduğu anlamına geliyor. Bu, Asya-Pasifik bölgesi ve dünya için Çinin teknolojik gelişmesidir. Büyük katkı, Çinlilerin dünya uzay tarihinde bıraktığı güçlü bir iz. Beidou birçok zorluğun üstesinden geldi ve yirmi yıllık iniş ve çıkışların ardından nihayet ilk zirvesine ulaştı.
Beidou sistemi insanlara fayda sağlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır
27 Aralık 2011'de hizmet sunumunun resmi duyurusundan bu yana, Beidou uydu navigasyon sistemi yeni bir sistem inşası ve uygulama tanıtım aşamasına girdi ve yavaş yavaş ulaşım, meteoroloji, balıkçılık, ormancılık, telekomünikasyon, su koruma, ölçme ve haritalama gibi uygulamalara genişledi. alan.
Balıkçı teknesi taşımacılığı: Güney Çin Denizi'ndeki balıkçı teknelerinin yaklaşık% 70'i Beidou sistemi ile donatılmıştır. Hepimiz denizde baz istasyonu olmadığını biliyoruz, bu nedenle arama yapmanın bir yolu yoktur. Bilimsel araştırma gemilerinin genellikle uydu telefonları vardır. Deniz uyduları iletişim sağlar, ancak balıkçılar için Uydu telefonları pahalıdır ve balıkçılar denize çıkarken genellikle teması kaybederler ve iletişimi sürdüremezler. Artık balıkçı teknesine Beidou sistemi yüklendiğinden, balıkçılar güvenliği bildirmek için ailelerine kısa mesajlar gönderebilir ve eğer tehlikede iseler yardım için doğrudan deniz polisi ile iletişime geçebilirler.
Kesin zamanlama: Beidou sisteminin hidrojen atom saati çok yüksek doğruluğa sahiptir, bu kadar yüksek doğrulukla neler yapılabilir? Gerçek hayatta cep telefonlarımızdaki saat farkı bir veya iki dakika olsa bile hayatımıza çok fazla etki etmeyecektir.Ancak finans sektörü gibi ülke ekonomisi ve insanların geçim kaynağı ile ilgili sektörlerde, finansal uzlaşmada uzlaştırma süresi bir milisaniye farklı ise, Yerleşim miktarı on milyonlarca ABD doları kadar değişebilir; güç sisteminde, her bölgenin zamanı ve frekansı yüksek düzeyde tutarlı olamazsa, güç tüketiminin en yoğun olduğu dönemde üst üste getirilebilir ve bu da tüm alanın güç kaybetmesine neden olur. .
Deprem yardımı: Wenchuan depremi sırasında, doğal afetler tüm iletişim olanaklarının kullanılamamasına neden oldu ve uydular gökyüzündeki yer felaketlerinden etkilenmedi. O zamanlar, afet bölgesindeki mobil gibi iletişim hizmetleri, iletişimin kurtarılması için çok zamanındaydı ve yalnızca bir veya iki gün sürdü. İletişim hizmetleri tekrar veriliyor, ancak altın 72 saatlik kurtarmanın yani 1 dakika ve 1 saniyenin çok değerli olduğunu ve boşa harcanamayacağını da biliyoruz.Wenchuan depreminden sonraki ilk mesaj Beidou 1 numaralı terminal tarafından gönderilmiş olabilir. Olağandışı durumlarda, acil kurtarma navigasyon ve iletişim hizmetleri sağlayın.
Beidou sisteminin, ister insanlar ister araçlar için olsun, gökyüzüne, yere veya denize gitmesine bakılmaksızın en temel zaman ve mekan bilgi hizmetlerini sağladığını görebiliyoruz ve uydu navigasyon sistemi endüstrisindeki ünlü bir sözden alıntı yapıyor: uydu navigasyon uygulama sistemi Uygulamalar sadece insanların hayal gücü ile sınırlıdır!
Geleceğin navigasyon sistemi: PNT sistemi
Son olarak geleceğin nasıl görüneceğini hayal edelim. Beidou 3'ten sonra Beidou 4 ve 5 olacak mı? Orada olmalı, ama belki bu isimle değil, çünkü şimdi PNT sistemini gösteriyoruz.
P konumlandırmadır, N navigasyondur ve T zamanlamadır, bu da konumlandırma ve navigasyon zamanlama sisteminin anlamıdır. Amerika Birleşik Devletleri, PNT sistemini 2008 yılında incelemeye başlamıştır. Amaç, herhangi bir zamanda navigasyon ve konumlandırma zamanlaması için GPS'e güvenmeyen bir sistem oluşturmaktır. Amerika Birleşik Devletleri GPS'e çok bağımlı olduğunu tespit etti. GPS yoksa, birçok şey kullanılamayabilir. Bazı durumlarda GPS kolayca engellenebilir veya aldatılabilir. Bu, uydu navigasyon sistemlerinin doğal savunmasızlığıdır ve önlenemez.
Bu nedenle, Beidou sisteminin tamamlayıcısı, yedekleme geliştirme ve entegrasyon için gerçekten kullanılabilen ve Beidou sisteminin şu anda kapsayamadığı yerlerde herhangi bir yerde ve herhangi bir doğrulukla herkes için güvenilir bir hizmet sağlayan Çin'deki PNT sistemini de incelemek istiyoruz. Ayrıca, Beidou sisteminin tamamlanmasından sonra daha yaygın olarak kullanılan ve daha güvenilir bir sistemi gerçekten inşa etmeyi umarak navigasyon ve iletişim teknolojisinin derin entegrasyonunu da içerir.
Daha heyecan verici içerik için Titanium Media WeChat ID'yi (ID: taimeiti) takip edin veya Titanium Media Uygulamasını indirin
