在沒有准確導航∕授時的年代,常用的方法是觀察天象地理,其中又以觀察距地球433個光年(一個光年的距離是9.7兆公里)的北極星,和以地球磁場為依據的指南針為主。從地球的南北極軸線看,北極星基本上始終指向正北方,其實軸線有以較小角度、大約2萬5700年為週期的旋轉,但對觀察方向與時間的影響遠小於人類當今觀測技術所限。

指南針的方向則依地球的磁場變化,其南北極軸線的旋轉角度比較大,會導致磁場180度的完全轉向,並經若干時間之後周而復始。今年8月7日《科學新知》(Science Advances)的一篇論文稱,科學家們研究在最近一次(約發生在78萬年前)南北極磁場轉向當時火山溶漿的流向,從而推斷南北極磁場的完全轉向用時約2萬2千年。這個研究源自美科學家1993年在智利考察火山時,發現溶漿灰的磁場隨著流程有所改變。指南針須要以此來隨時隨地校正才能保證準確。

老祖宗發明的上觀天象下讀指南針的技術,已不足使用。社會愈發展,對科技力所能及的授時∕導航的需求與質量,要求會愈來愈高,不僅要更精準的授時∕導航,還要更加全領域、全時間的全方位覆蓋。在地面上這要求的很大一部分已由光纖到戶和移動通訊落實且在不斷進步中,但在非深空探測的環球太空裡,則需要專業衛星來滿足這要求。

由美國空軍管理的GPS是美、俄、歐三個專業衛星授時∕導航系統中,迄今開發時間最久、投資最大、受益者最多、影響最廣的授時∕導航系統。中國北斗衛星授時∕導航系統,在有些技術上是後來居上,對明顯落後的俄、歐而言,北斗更是後發先至。

2017年11月5日,北斗三號第一、第二顆組網衛星成功升空入軌,開啟北斗系統全球組網新時代。日前11月5日發射的第49顆北斗導航衛星,是北斗三號系統30顆組網衛星的第24顆,後續還將發射6顆組網衛星,將於2020年6月較原計畫提前6個月實現北斗系統全球組網。

北斗三號的建設,是有300多家參研參試單位和數萬位科研人員,歷時兩年不斷創新的成就,是美國GPS之外的世界最大導航衛星系統。

而幾乎同時,11月3日中國成功發射高解析度對地觀測系統「高分七號」衛星和精緻高分試驗衛星。高分七號衛星作為中國首顆民用亞米級光學傳輸型立體測繪衛星,不僅具備同軌道前後視立體成像能力及亞米級空間解析度優勢,還能利用鐳射測高儀獲得的高精度資訊,大幅度提升光學立體影像在無控條件下的高程精度,可滿足全球地理資訊∕測繪、城鄉建設監測、工農業調查統計等作業需求。

這兩組衛星系統的疊加效益是,讓非深空探測的衛星∕飛行器,在太空也能夠利用北斗導航衛星系統提供的精准授時、導航、通信、物聯網+。搭配高分七號同軌道前後視立體成像能力及亞米級空間解析度優勢,能為城市群發展、農業農村建設規畫等應用,提供支撐,是「指南針」的現代版再發明,有利於「建設工業強國」和一帶一路發展。

(作者為太空工程師)

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