11月5日，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第24颗、第25颗北斗导航卫星。中新社发 谢奇勇 摄

“心脏”：精确定位的前提是一只“300万年1秒误差”的钟

不少人谈及北斗、GPS等卫星导航系统，第一个疑问就是“天上的‘星星’是如何‘看到’我们的位置，又怎么能如此精准地‘指引’我们的方向?”

这就不得不提到被称作卫星“心脏”的原子钟，导航系统几乎都是依靠它来“掌握”时间的精度。北斗卫星导航系统总设计师杨长风说，时间精度就是卫星导航的“命门”，天地间时间越同步、误差越小，定位精度越高。

然而，在北斗导航卫星发展初期，我国并不具备研制生产星载原子钟的能力。杨长风说，过去，只有少数国家能够制造卫星导航系统使用的高精度原子钟，但对我国实行严格限制，甚至直接禁运，“这才倒逼我们研制能够上星的原子钟”。

直到北斗二号建设时，他国垄断才被彻底打破。如今，北斗三号建设大幕拉开，我们也迎来了最新一代原子钟——“铷原子钟”。

所谓“铷原子钟”，是以铷原子跃迁为物理基础建立的一套极度精密的电子设备，简称“铷钟”。其稳定度，直接关乎导航卫星的定位、测速和授时功能的精度，甚至可以说，直接决定着导航卫星的成败。

杨长风说，北斗三号所配备的铷钟，其稳定度达到E-14量级，“这相当于300万年只有1秒误差”。

中国航天科技集团五院北斗三号卫星总设计师王平说，这一技术进步，直接推动了我国全球导航系统定位精度，由之前“区域系统”的10米，跨越到后续“全球系统”米级分辨率，测速和授时精度同步提高一个量级。

五院原子频标领域首席专家贺玉玲博士透露，当前，中国航天科技集团五院西安分院正在研制甚高精度铷原子钟，争取未来将导航卫星的定位精度、授时精度再提高一个量级，届时，这种追求精度极致的探索，或将带动新兴产业和新兴社会应用的出现。

“灵魂”：离“天地之间万物互联”不远了

当然，只有一颗卫星不足以称之为系统。我们常说的北斗，是中国北斗卫星导航系统的简称，不是指一颗卫星，以北斗三号这一代为例，按照计划，要到2020年，完成30多颗组网卫星发射，才能构成全球卫星导航系统，实现所谓的全球服务能力。

另一个容易被忽略的细节是，除了空间段这30多颗卫星，整个北斗系统还包括地面段和用户段，前者有地面基准站，后者有用户终端。

这就引出一个问题，即我国很难像GPS那样，在全球大范围建立地面站，为解决境外卫星的数据传输通道，似乎只能从“星间链路”下手——在卫星之间搭建的通信测量链路，实现了卫星与卫星、卫星与地面站的链路互通。

这就是说，虽然我们“看不见”处在地球另一面的北斗卫星，但通过北斗卫星的星间链路，同样能和它们取得联系。

五院西安分院北斗导航副总设计师张立新说，星间链路技术就好比让北斗三号“太空兄弟手拉手”，不仅相互间通信和数据传输，还能相互测距，自动“保持队形”，可以减轻地面管理维护压力。

当然，星间链路并非只是“地面站难以大范围建设”的权宜之计，也是掌握着“主动出击”“自主导航”的关键。

所谓自主导航，就是指“即使地面站全部失效，30多颗北斗导航卫星也能通过星间链路提供精准定位和授时，地面用户通过手机等终端仍旧能进行定位及导航”。

张立新说，由于北斗导航卫星的地面站较少，地面系统的全球连续完好性监测，和实时告警的时间一般需要“数十秒到几小时”，而卫星上的直接监测预警，仅仅需要几秒钟的时间。

在他看来，卫星自主完好性监测，是北斗三号的一项新技术，相较于美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯以及欧洲的伽利略等导航卫星系统，中国北斗在世界上首次实现了卫星的在轨完好性自主监测功能。

此外，北斗三号的星间链路系统，还能与其他类型卫星相关联，联网的数量可达上百颗。张立新说：“这对于构建我国的天基综合信息网，实现我国卫星之间联网具有不可小觑的作用。”

他以遥感卫星为例，遥感卫星对全球的地面进行测绘，但只有卫星经过国土境内时，才能将其收集到的图片信息传回地面，而在天基综合信息网中，遥感卫星就能够以北斗导航卫星的星间链路为“通道”，实现信息的实时传输，互通天地信息。

如此，也就离我们所说的“天地之间万物互联”不远了。

中国青年报·中青在线记者 邱晨辉