1 yılda 10 ok ve 18 yıldız, Çin'in Beidou uydu navigasyon sistemi yapımının hızı!
Yapımcı: Popüler Bilim Çin
Üretim: Space Craft
Yapımcı: Bilgisayar Ağı Bilgi Merkezi, Çin Bilimler Akademisi
19 Kasım 2018 sabahı saat 2'de Long March 3B roketi ve Yuanzheng 1 süper aşama kombinasyonu Xichang Uydu Fırlatma Merkezi'nden başarıyla kaldırılırken, Beidou uydu navigasyon sisteminin 42. ve 43. uyduları ağ oluşturma aşamasına girdi. Bu, sekiz tanesi tek oklu iki uydu görevi olan 10 Beidou fırlatma görevinin bu yıl başarıyla tamamlandığını gösteriyordu. Toplam 18 uydu yörüngeye yerleştirildi ve tüm fırlatma görevleri başarılı oldu.
Beidou'nun 35 uydusunun tasarımına ve düzenine göre, bu yıl şüphesiz Beidou'nun yapım tarihindeki en çekirdek yıl ve aynı zamanda küresel uydu navigasyon sistemi ağının en hızlı rekorunu kırdı. Dünyadaki dört ana sistem arasında, ABD GPS sistemi için en hızlı rekor yılda 6 yıldız, Sovyet / Rus GLONASS sistemi yılda 9 yıldız ve Avrupa Galileo sistemi yılda 6 yıldızdır.
Beidou'nun bu yılki yapım hızının emsalsiz olduğunu söylemek abartı olmaz.Kalan uydular 2019'da konuşlandırılmaya devam ettikçe ve önceki uydular yavaş yavaş devreye alma dönemini geçtikçe Beidou dünyayı tamamen aydınlatacak.
16 Kasım 2018'de Beidou uydularının küresel görünürlüğü, Asya-Pasifik bölgesi yavaş yavaş aydınlandı ve küresel ağ inşası hala devam ediyor (fotoğraf: beidou.gov.cn)
1. Beidou sistemini neden oluşturmalısınız?
Pek çok insan şu soruyu sormalıdır: Olgun GPS sistemi 30 yıldan fazla bir süredir geliştirildi ve ticari ölçek çok ucuz ve verimli.Kendi Beidou sisteminizi oluşturmak için neden bu kadar çok para harcayasınız?
Aslında GPS, ABD Hava Kuvvetlerine ait olan ve yıl boyunca 32 uyduyu yörüngede tutan askeri bir uydu navigasyon sistemidir. Bu sistem temelde iki tür sinyal içerir: askeri kod ve sivil kod. Açıkçası, askeri kodun ve sivil kodun doğruluk düzeyi aynı büyüklükte değildir. İlki milimetre düzeyinde ve ikincisi desimetre düzeyinde (ABD sinyal girişimini iptal ettikten sonra).
GPS'in ortaya çıkışı, insan savaşı tarihine yeni bir kelime "cerrahi grev" katkıda bulundu. Kelime 1990'da Körfez Savaşı'nda ortaya çıktı ve GPS hassas güdümlü silahlar ortaya çıktı. En tipik örnek, başlangıçta tamamlanması için düzinelerce bombardıman uçağı ve yüzlerce ton bomba gerektiren bir baraj bombalama görevidir. Yüzlerce kilometre ötede bir baskın başlatmak için yalnızca iki füze gerekir. İkincisi bile ilk bombayı geçebilir. Barajdaki boşluğu deldi. Sonraki savaşlarda, çeşitli hassas grev örnekleri bol miktarda bulunur. Şu anda, ABD ordusunun mermiler dışında neredeyse tüm hareketli silahları, teçhizatı ve askerleri GPS konumlandırma modülleri taşıyor.
Sivil kullanım için de büyük önem taşıyor. Harita navigasyonu, paylaşılan bisikletler / taksi vb. Dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere günlük hayatımızda kullandığımız konum hizmetlerinin tümü GPS'e dayanır. Büyük ölçekli güç şebekeleri, finansal işlemler, telekomünikasyon vb. Hepsi yerleşik atomik saatlerin kesin zamanlamasını gerektirir. Bilim alanında, dünyanın yerçekimi alanını, manyetik alanını, plaka hareketini, atmosferi, okyanusları, buzulları ve doğal afetleri inceleyen birçok uydu, uyduların yörüngelerini doğru bir şekilde belirlemelerine yardımcı olmak için GPS sistemlerine ihtiyaç duyar. Yüksek hızlı demiryolu, köprüler ve havaalanı inşaatı gibi büyük ölçekli altyapı projeleri de GPS kalibrasyonu gerektirir. Aynı şey, gelişmekte olan teknolojilerdeki otonom sürüş ve hassas tarım için de geçerlidir.
Ancak GPS, çıkarlarınızı öncelikli olarak belirlemiyor, Amerika Birleşik Devletleri'nin çıkarlarını ilk sıraya koyuyor, anlaşılabilir. İlk günlerde, GPS sistemleri tüm sivil sinyallere parazit yapıyordu. Daha sonra, Rus / Sovyet GLONASS sistem meydan okumasına yanıt olarak, bu müdahale iptal edildi (2 Mayıs 2000) ve ardından konumlandırma doğruluğu büyük ölçüde iyileştirildi.
Bir operatör olarak, GPS hizmetlerini durdurmak, paraziti artırmak ve hatta yanlış konum hizmeti bilgileri sağlamak, çalıştırılabilir niteliktedir ve bu, yalnızca sivil kullanım için değil, aynı zamanda askeri kullanım için de ölümcüldür. 1999'da Hindistan ve Pakistan arasındaki Kaigil Savaşı sırasında, Amerika Birleşik Devletleri Hindistan-Pakistan tiyatrosundaki tüm GPS hizmetlerini doğrudan kapattı ve her iki tarafta da GPS'e bağlı ekipmanların kullanılamamasına neden olarak her iki tarafta da büyük kayıplara neden oldu. Bu olaydan sonra Hindistan, Hindistan'ın bölgesel hizmetlerini geliştirmek için başlangıçta GPS'e dayanan bir uydu navigasyon sisteminin yapımını tamamen terk etti ve bağımsız bir sistem kurmaya karar verdi (şimdi yalnızca Japonya'nın QZSS / quasi-zenith sistemi GPS'e dayanıyor).
AB de aynı şekilde düşünüyor, ancak Çin zeytin dalını attıktan sonra mantıklı gelmiyor, çekirdek teknoloji hala üzerimizde bloke durumda. Öyleyse soru şu, Çin'in GPS yerine GPS yerine Galileo'ya güvenmesi iyi bir şey mi? Hindistan kendi ev sistemi üzerinde çalışıyor, kendi ev sistemimizi kurmalı mıyız?
Bu nedenle, geçtiğimiz 20 yılda, Çinli astronotlar deneysel aşamadan başlayarak dağlarda ve ormanlarda büyük adımlar attılar ve kademeli olarak bölgesel aktif konumlandırma (2004), bölgesel pasif konumlandırma (2012) ve küresel pasif konumlandırma (2020) gerçekleştirdiler. Bu Beidou. Birinci, ikinci ve üçüncü nesiller, kademeli olarak bağımsız çekirdek teknolojilerde ustalaşır. Şimdi Beidou'nun üçüncü nesil inşaatının temel dönemi ve tüm inşaatlar muhtemelen 2020'de tamamlanacak.
2. Beidou'nun özellikleri nelerdir?
Çin'in uzun vadeli havacılık teknolojisi birikiminin avantajları ve navigasyon sistemi teknolojisinin gelişmesiyle birlikte Çin, diğer tüm navigasyon sistemlerinden tamamen farklı bir dizi fikri benimsemiştir.
1. Üç çeşit parça
Şu anda, diğer üç küresel uydu konumlandırma sisteminin tümü, yerden yaklaşık 20.000 kilometre uzakta orta daire uydu yörüngeleri kullanıyor ve Beidou, üç yörüngeyi kullanan tek takımyıldız: 27 uydu, yerden 21.500 kilometre yükseklikte daire ortası yörüngelerinde bulunuyor. Üç yörünge düzleminde, 55 derecelik bir eğim açısı korunur; 5 uydu, ekvatordan 35.800 kilometre yüksekliğe sahip bir jeo-sabit yörüngede; 3 uydu, yaklaşık 55 derecelik bir eğimi koruyarak jeosenkron bir yörüngede (ayrıca 35.800 kilometre yüksekliğe yakın).
Bu, belirli faydalar sağlar: uydu konumlandırma, alıcının en az 4 uydu sinyali almasını gerektirir. Ana kuvvet 27 orta-dairesel yörünge uydusudur.Dünya etrafındaki yörünge periyodu yaklaşık 12 saattir. Küresel ölçekte herhangi bir noktaya sabit kapsama alanı sağlayabilir.Herhangi bir zamanda ve herhangi bir yerde, geleneksel uydu konumlandırmasına uygun olarak 6'dan fazla yıldız gözlemlenir. sistem gereksinimleri. 55 derecelik eğim açısı tasarımı, dünyanın yoğun nüfuslu alçak ve orta enlem bölgelerinin kapsamını da artırır.
Beidou'nun sabit yörüngesi ve eğimli eşzamanlı yörüngesi, Çin ve Asya-Pasifik bölgesi için özel olarak özelleştirilmiştir. Japonya, Japonya'daki GPS uygulamalarının doğruluğunu iyileştirmek için eğimli eşzamanlı yörüngeleri olan dört adet yarı zenith sistemine sahiptir.Çin, tasarımın başında Asya-Pasifik'e özel hizmetlere sahip olmaya eşdeğerdir. İki yüksek yörüngeli uydunun yörünge periyodu, dünyanın dönüşünün 24 saatlik periyoduyla tamamen senkronize edilir. Bu nedenle, göreceli olarak, 5 uydu ekvatorun üzerinde sabittir ve 3 uydu, eğim açısı ayarı nedeniyle yere göre sabit bir süre içinde hareket eder. Ekvator boyunca simetrik alan güçlü bir anti-blokaj özelliğine sahiptir. Sonuç olarak, Asya-Pasifik bölgesinde en az 12 uydu neredeyse kalıcı olarak görünür halde tutulabilir ve bu da bölgenin konumlandırma doğruluğunu büyük ölçüde iyileştirir. Zemin yapısına sahip gelişmiş bir baz istasyonu olması durumunda, desimetre veya hatta santimetre düzeyinde konumlandırma elde etmek çok gerçekçidir.
Beidounun Asya-Pasifik hizmetinin özel olduğu yerdeki uydu yörüngesine bakıldığında görülebilir: mavi sekiz şeklindeki yörünge eğimli bir eşzamanlı uydudur, kırmızı nokta jeostasyonlu bir uydudur ve yeşil, dünyaya hizmet veren orta dairesel bir yörünge uydusudur (tümü gösterilmemiştir) (aşağıdaki resim: Referans 1)
Bunların arasında, yüksek yörüngeli uyduların yörünge fırlatma ve yörünge için nispeten yüksek gereksinimleri vardır ve şu anda yalnızca bir ok ve bir uydu görevini yerine getirebilirler. Ancak orta daire yörüngeli uydular için, Çinin keşif roket serisinin üst aşamasının kademeli olarak olgunlaşmasıyla birlikte, uydu yükü uzaya gönderildikten sonra birden çok kez ateşlenebilen bir "uzay mekiği aracına" sahip olmakla eşdeğerdir. Verimliliği arttırmak. Sonuç olarak bu yıl 8 görevde 16 orta çember yörünge uydusu başarıyla konuşlandırıldı ve 2 görevde 2 yüksek yörüngeli uydu tamamlandı. Expedition One'ı taşıyabilen Changsan B roketi de "altın roket" oldu.
2. Üç çalışma frekansı
İyonosfer, elektromanyetik dalgaların yayılmasını etkiler ve ortadan kaldırılması gereken uydu navigasyonu ve konumlandırmasındaki en büyük hata kaynağıdır. İyonosferin paraziti, uydu sinyalinin frekansı ile ilgilidir. Bu nedenle, en azından çift frekanslı sinyaller, parazit faktörünün bu kısmının kaldırılmasını en üst düzeye çıkarmak için bir iyonosferik gecikme düzeltme modeli oluşturmak için kullanılabilir ve bu da konumlandırma doğruluğunu büyük ölçüde artırır. Üç frekans, yüksek düzeni ortadan kaldırmak için daha karmaşık modeller oluşturabilir etkiler.
Ek olarak, üç frekans bandına farklı sinyaller (askeri ve sivil) için modülasyon seçenekleri eklenmiştir.Anti-parazit yeteneği geliştirilmiş ve konumlandırma güvenilirliği de geliştirilmiştir.Santimetre düzeyinde ve hatta milimetre düzeyinde konumlandırmada çekirdek taşıyıcı faz belirsizliği çözümü geliştirilmiştir. Aynı zamanda çok faydalıdır. Bu nedenle, son yıllarda, orijinal çift frekanslı GPS sistemi de üç frekanslı bir sisteme genişletildi. Beidou'nun geç gelen avantajının apaçık olduğu görülüyor.
3. Kısa mesaj sistemi
Beidou'nun benzersiz bir yeteneği de var: Kısa mesaj sistemi, kısacası uydular aracılığıyla gökyüzü ve yeryüzü arasında iki yönlü iletişimi gerçekleştiriyor. Diğer üç sistemin alıcı ve uydu arasında iki yönlü iletişim yoktur, yalnızca tek yönlü alım vardır. Beidou işlevi, uydunun bu yetkili servis ile alıcılara özel mesajlar gönderebileceği anlamına gelir.Örneğin okyanus üstü, dağların derinliği ve eski ormanlar gibi özel durumlarda cep telefonu sinyali yoktur.Acil bir durumda yüksek yörüngeli Beidou uydusu yer ile zamanla etkileşime girebilir. Askeri operasyonların önemi daha da tarif edilemez.
Ek olarak, bazı Beidou uyduları, uluslararası Cospas-Sarsat uydu destekli arama ve acil kurtarma planının yükünü de taşır ve bir acil durum meydana geldiğinde afet müdahalesinde uluslararası işbirliğine katılabilir.
4. Uydular arası bağlantı iletişimi
Navigasyon uydu sisteminin uzun süre bakımı yapılması gerekiyor, bu da yer izleme istasyonları, ana kontrol istasyonları ve enjeksiyon istasyonları gibi bir dizi parçanın gerekli olduğu anlamına geliyor. Küresel navigasyon ve konumlandırma sistemleri için, bu sitelerin konum dağıtımının da gereksinimleri vardır, ancak bu, sistem işletim maliyetlerini daha da artıracaktır. Örneğin, GPS'in 5 izleme istasyonu, 1 ana kontrol istasyonu ve dünyanın dört bir yanındaki ABD toprakları / askeri üslerinde neredeyse eşit şekilde dağıtılmış olan ve her yıl pahalı olan 3 enjeksiyon istasyonu vardır.
Beidou için, yalnızca küresel istasyon inşaatının güvenliği sorunu değil, aynı zamanda işletme maliyetleri sorunu da var.Kendi avantajlarını en üst düzeye çıkarmak gerekiyor: yüksek ve orta yörüngeli uydu takımyıldızı, birbirleriyle iletişim kurmalarına ve artık birbirlerinden ayrılmamalarına izin veriyor. Bu, Beidou'nun yalnızca Çin'deki ana kontrol, izleme ve enjeksiyonu gerçekleştirmesi gerektiği anlamına gelir ve yüksek yörüngeli uydunun "yükseğe tırmanıp uzağa bakması", sistemdeki diğer uydularla uydular arası bağlantı bağlantıları gerçekleştirebilir. Ek olarak, uydular arası bağlantının kendisi de menzil değiştirme için kullanılabilir, bu da takımyıldız yörüngesinin doğruluğunu artırmak için büyük fayda sağlar. Sistem içindeki kendi kendine iletişim, genel parazit önleme yeteneğini de büyük ölçüde artırabilir.
3. Beidou kaç kullanıcıya hizmet edebilir?
Dünyadan dünyaya haberleşme gerektiren kısa mesaj hizmetleri için sayı uydu kapasitesine bağlıdır Bu sayı şu anda belirsizdir, ancak kullanıcı ihtiyaçlarını karşılamak için kesinlikle kademeli olarak artırılacaktır. Aslında, bu işleve ihtiyaç duyan kullanıcıların sayısı son derece sınırlıdır.Sadece kendi konum bilgilerini bilmesi gereken çoğu kullanıcı için, Beidou uydu konumlandırmasının teorik üst sınırı: üst sınır yok, sayısız.
Beidou'nun üç neslinin temel işlevi pasif bir konumlandırma sistemi olduğundan, her bir navigasyon uydusunun özü size böyle bir şey söylemektir: saat kaç (t0 zamanı), neredeyim (x0, y0, z0).
Sinyali aldığınızda (alıcı), alıcıdaki saat ile alınan uydu bilgisinin görüntülenen zamanı arasındaki farkı karşılaştırabilirsiniz.Işık hızı ile çarpılan bu fark, sizinle uydu arasındaki mesafedir (diğer yol saymaktır. Ortada kaç sinyal dalga boyu ayrılmıştır) Uydu, kendini adamış bilim adamları tarafından korunduğu için konumu son derece doğrudur, 1 cm seviyesinde; saati atomik bir saattir, bu on milyonlarca yılda ancak 1 saniye için yanlış olabilir ve tüm bilgileri hatasız kabul edilebilir.
O zaman sadece dört parametreyi çözmeniz gerekir: yeryüzündeki üç boyutlu koordinatlar x, y, z ve saat hatası (sonuçta, kullanıcının kuvars saati atomik saatin doğruluğu ile karşılaştırılamaz ve hatasının bilinmeyen bir sayı olarak çözülmesi gerekir). Dört uydu gözlemlenerek, dört denklem kurulabilir ve dört bilinmeyen çözülebilir. Beidou'nun tamamlanmasından sonra, Asya-Pasifik bölgesinde 12'den fazlasını garanti edebilir. Sayı ne kadar fazlaysa doğruluk o kadar yüksek olur.
Bu nedenle, uydular için her zaman yapılacak tek bir şey vardır: yere bir sinyal gönderin ve nerede olduğumu ve saatin kaç olduğunu söylemeye devam edin Uydunun size yardımcı olmak için herhangi bir hesaplama yapması gerekmez. Kullanıcı hesaplamayı yapmak için sinyal alabildiği sürece, bu uydular ile herhangi bir iletişim olmadığı ve enerjilerinin hiçbir izi tüketilmediği için kullanıcı sayısı teorik olarak sınırsızdır.
4. Ne zaman tamamlanabilir?
Şu anda, en eski dört deneysel uyduya ek olarak, Beidou sistemi 2007'den bu yana 43 uyduyu konuşlandırdı, bunlardan bazıları arızalandı ve emekli oldu ve yaklaşık 20'si çalışır durumda kaldı.Aynı zamanda, bunların büyük çoğunluğu bu yıl başlatıldı. Bazı uydular hala devreye alma aşamasındadır ve 2019 yılına kadar kullanıma alınmayacaktır.
Bir yıllık hızlı inşaatın ardından, Beidou üçüncü nesil orta dairesel yörünge uydularının çoğu konuşlandırıldı. Bugün fırlatılan ikisi, 18. ve 19. Beidou üçüncü nesil orta dairesel yörünge uyduları ve bir jeostasyonel yörünge uydusu konuşlandırıldı. 2019-2020'de Çin ayrıca 3 jeostasyonel yörünge uydusu, 3 eğimli eşzamanlı yörünge uydusu ve 6 orta dairesel yörünge uydusu fırlatacak ve o zamana kadar Beidou'nun tamamı tamamlanacak. Küresel sivil konumlandırma için, konumlandırma doğruluğu GPS'den daha az olamaz ve konumlandırma doğruluğu, Asya-Pasifik bölgesinde yüksek yörüngeli uyduların varlığı nedeniyle daha yüksek olacaktır.
5. Karşılaşılan zorluklar nelerdir?
Gerçeklerden gerçeği aramak, Beidou'nun geç bir avantaja sahip olmasına rağmen, kısa vadede geç gelen kontrolü sağlayabileceği anlamına gelmez. Uydu navigasyon sistemi tamamlandıktan sonra uzun vadeli bakıma ve sürekli yatırıma ihtiyaç duyar En etkili yol askeri ve sivilleri entegre etmek ve sivil pazardan kar sağlamaktır. Onlarca yıllık dağıtım ve büyük ölçekli uygulamalardan sonra, GPS sivil pazarda açık bir liderliğe sahiptir ve hala mutlak lider konumdadır. Ölçek ne kadar büyük olursa, hizmetin fiyatı o kadar düşük olur, ancak ölçek etkisine bağlı olarak toplam gelirdeki artış, daha iyi bir sistemin ve daha fazla tekelin inşa edilmesini daha da teşvik edecektir. Bu aynı zamanda, orijinal askeri GPS sisteminin müreffeh olmasının ve hatta hala hızlı bir yineleme ve ilerleme halinde olmasının temel nedenidir.
Avrupa Küresel Konumlandırma Araştırma Merkezi'nin tahminlerine göre, dünya çapında uydu navigasyon ve konumlandırma ekipmanına olan talep 2025 civarında 9,2 milyar birimi aşacak ve yıllık çıktı değeri 268 milyar avroyu bile aşacak.Bu devasa bir pazar ve Asya-Pasifik pazarının büyüme oranı etkileyici. Küresel olarak, yıllık büyüme oranı% 40'ın üzerine çıkabilir ve Avrupa ve Amerika'daki% 10-20'yi aşabilir.
Beidou için şimdi altın geliştirme dönemi, ancak en büyük rakibi hala GPS sistemi. Aynı zamanda, Rus GLONASS sisteminin ve aynı zamanda hızla ağa bağlanan Avrupa Galileo sisteminin yeniden canlanması karşısında, Beidou bunu ancak daha hızlı yapabilir. Bu yılı, dört büyük navigasyon sistemi için belirleyici savaş yılıyla karşılaştırmak abartı olmaz.Çin ve Asya-Pasifik'in büyük pazarları var.Bu sivil pazarın hızlı işgali, sistemin uzun vadeli ve sağlıklı gelişimine yol açan temel zorluktur.
Şimdi soru netleştiğine göre, Çinli astronotlar nasıl cevap vermeli?
Bu yıl Beidou sistemi 1 yılda 10 ok ve 18 yıldızla% 100 başarı kullanarak kendi cevabını verdi!
Referanslar:
1. Lou, Yidong ve Liu, Yang ve Shi, Chuang ve Yao, Xiuguang ve Zheng, Fu. (2014) BETS ve MGEX ağına dayalı BeiDou takımyıldızının hassas yörünge tespiti Bilimsel raporlar. 4. 4692. 10.1038 / srep04692.
2. Adeyemi, Sijuade ve Omidiora, Elijah ve Olabiyisi, Stephen ve Okediran, Oladotun ve Olufikayo, Adedapo. (2015). Küresel Konumlandırma Sistemi Etkin Elektronik Oylama Sisteminin Geliştirilmesi. 17. 2278-661. 10.9790 / 0661-17333441.
3. GNSS Pazar Raporu, Sayı 5, telif hakkı © Avrupa GNSS Ajansı, 2017.
(Bu maddede belirtilen kaynağın olduğu resimler onaylanmıştır)
233.000 görüntüleme
Özel açıklama: Bu makale, Peoples Dailynin yeni medya platformu "Renmin Hao" nun yazarı tarafından yüklenmiş ve yayınlanmıştır ve yalnızca yazarın görüşlerini temsil etmektedir. People's Daily yalnızca bir bilgi yayınlama platformu sağlar.
