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天问|火星探测、卫星搜寻、星球大战，你有怎样的“天问”？( 二 )


三问：影响卫星定位准确的因素与解决办法有哪些？
——时间精度是关键技术 ， 在实践中依靠原子钟来确定时间
“众所周知 ， 平面上要确定一个点 ， 就需要两个坐标点 ， 而在中间确定一个点就需要三个坐标点 。 因此 ， 天上至少有三颗卫星 ， 才能确定定位 。 ”杨国平指出 ， 定位卫星主要做两件事 ， 一是告诉用户它在什么地方 ， 二是告诉用户当前的时间 。 据此 ， 就可以得知卫星的距离（信号发射的速度乘以时差） 。 难点在何处？信号在大气中的速度并非是恒定的 ， 可能由于大气的各种因素导致一定的误差 。 而信号的速度对于确定定位又是极其重要的因素 ， 因此 ， 卫星的关键技术就是时间精度 。 实践中 ， 往往依靠原子钟来确定时间 ， 其精度可以达到每2000万年才误差1秒 。 它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的 ， 从未想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统上 。
天问|火星探测、卫星搜寻、星球大战，你有怎样的“天问”？
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原上海工程技术大学副教授杨国平讲解火星探测与卫星发射原理等知识
四问：在激烈的太空竞争中 ， 中国卫星目前的发展状况？
——探月工程循序渐进 ， 从无人到载人 ， 科学地发展
在人类尚未尽揽太空浩瀚之时 ， 就对太空的重要性有了广泛的共识 。 美国参议员罗伯特·史密斯曾说 ， “谁控制了太空 ， 谁就将控制地球的命运 。 ”自1957年第一颗人造地球卫星成功发射以来 ， 人类在探索太空的过程中虽然有国际空间站这样著名的国家合作范例 ， 但国家间的太空竞争从未中断 。
上海老科协科普讲师团讲师、前往文昌实地观看“天问一号”发射的高工柴忠余 ， 在介绍上个世纪美苏太空竞争后梳理了中国卫星的发展现状 ， 2011年9月29日 ， 中国发射了天宫1号目标飞行器 。 天宫1号分别与随后发射的神舟8号、9号、10号飞船交会对接 ， 从而使中国掌握了交会对接技术 ， 为开展中国的空间站建设奠定了基础 。 神舟飞船是中国自行研制 ， 具有完全自主知识产权 ， 达到或优于国际第三代载人飞船技术的飞船 。 我国即将实施的嫦娥五号任务 ， 则是围绕月球采样返回的主要目标打造的无人探测任务 。 中国探月工程循序渐进 ， 从无人到载人 ， 科学地发展 。
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高工柴忠余（右下）分享了在文昌实地观看“天问一号”发射的见闻 。 左为距发射基地2.9km处的三层观摩小楼
五问：马航为什么躲过了卫星的“眼睛”？
——用高分辨率的卫星仅能重点区域搜寻 ， 无法覆盖全球
马航MH370失联事件曾引起世界的极大关注 ， 据马来西亚交通部2018年发布的失事报告显示 ， 确认班机曾经在人工控制下改变航向 。 那么改班机为什么躲过了卫星的“眼睛”？来自邯郸的小学教师李志国将之概括为三个方面 ， 首先 ， 卫星是有自己的轨道的 ， 两次经过同一地点的时间间隔可能长达数天或者数十天 。 如果想要很快看到出事地点 ， 就需要变轨飞行 ， 这是很消耗燃料的 。 卫星上的燃料是用来维持轨道高度的 ， 如果消耗掉了 ， 卫星的寿命就会大大降低 。 所以说这次马航事件 ， 中国变轨了10颗卫星 ， 代价是相当高的 。
其次 ， 遥感卫星根据不同的用途设计的分辨率不同 ， 分辨率变高了 ， 卫星一次成像所能看到的范围就很小了 。 用高分辨率卫星满世界找马航的飞机是不可能实现的 ， 最多只是重点区域搜寻 。 要知道 ， 卫星影像覆盖全球 ， 至少要一年以上的时间 ， 即便是现在最先进的卫星或是侦察雷达 ， 还存在很大的局限 。
第三 ， 现代所有客机都载有GPS定位系统 ， 也有雷达自动应答机 ， 因此客机飞行中的位置是由多个信号提供的 ， 可以来自空管雷达 ， 可以来自应答机 ， 也可以来自由机组提供位置信息的通讯信号 ， 所以在正常情况下这些流程都没有任何问题 。 但通讯系统是可以关闭的 。 当马航MH370从空管雷达上消失之后 ， 只能从各地军用雷达中搜索数据 ， 这个数据是军事机密 。 所有证据表明 ， 马航当时并没有失踪 ， 也没有坠毁 。 由于飞机上与地面飞行控制中心的飞行识别仪被神秘关闭或者被屏蔽 ， 飞机只是失联 。 而在飞机出事前 ， 刚刚由波音公司进行过整个飞机的大检修 ， 也就是例行的“售后服务” 。 当马航转向了茫茫的印度洋 ， 周围有效搜索范围内并无雷达 ， 也许附近印度洋的美军基地的远程预警雷达有回波数据 ， 但这要看美国人是否愿意给 ， 实际上也不可能给 。
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马航MH370在印度洋南部坠毁
六问：发射过66颗卫星的摩托罗拉“铱星计划”为何没有了下文？
——地面通讯技术获得更快发展 ， 目前卫星移动通信和5G移动通信为互补方式
在网络覆盖的问题上 ， 除了传统陆地基站之外 ， 卫星也非常有用 。 电子工程师张立权提及一个最著名的卫星通信 ， 即摩托罗拉的“铱星计划” 。 1980年代 ， 摩托罗拉的一位工程师巴里·伯蒂格的妻子在度假时抱怨手机没有信号 。 巴里与另外两个工程师商量解决方案 ， 由此产生了“铱星计划” ， 通过天基——向天上运送77颗近地卫星组成的星群 ， 使用户可以在世界上的任何一个地方通电话 。 该计划一旦成功 ， 就能实现任何人在任何地点、任何时间与任何人、采取任何方式进行通信 。 最后 ， 出于技术和成本的考量 ， 实际只使用了66颗卫星 。 十一年后 ， 摩托罗拉耗费了大量资金的铱星星座虽然成功上天 ， 但地面通讯技术获得了更快的发展 ， 几乎无人需要摩托罗拉昂贵的卫星通讯服务 。 直到今年 ， 马斯克的“星链”计划才重新吸引了人们对卫星通信的目光 。


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