3.6　太空的导航灯塔

导航卫星

导航卫星是设在太空轨道上的无线电导航灯塔。它不受昼夜和恶劣气象条件的限制，可随时确定飞机、船舶、车辆等的方向和位置，为海上或沙漠中勘测矿藏定位，为山区和森林地区的测图定位，还可为登山、探险和野外作业的人们指路，为迷路或遇险等紧急事故救援。

1960年4月13日，美国发射成功世界上第一颗导航卫星“子午仪1B号”。卫星为圆球形，直径0.51米，质量约60千克，表面上装有一根螺旋形天线，中部装有两排太阳能电池，在约1000千米高的近圆极轨道上实际工作了389天，验证了双频多普勒测速定位导航技术和导航卫星方案。1963年12月15日发射第一颗实用导航卫星“子午仪5B号”，卫星为16面长方形棱柱体，直径1.08米，高0.78米，外壳贴附有1.1万片个太阳能电池，并换成鞭状天线。美国一共发射30多颗子午仪号卫星，由在轨的6颗导航卫星组成导航星座，可使全球任何地方的导航用户平均每隔1.5小时左右利用卫星定位一次，广泛地为各地的潜艇、舰艇、远洋船只指示方向，也为海上石油勘探定位及陆地测绘特别是山区和森林测绘服务。

美国的GPS导航星“全球定位系统”

美国于1978年10月6日发射第一颗GPS导航星，1993年12月8日完成24颗导航星组网，1995年4月27日达到完全运行能力。GPS是军民两用卫星导航系统，可为全球范围内的飞机、舰船、地面部队、车辆和低轨道航天器提供全天候、连续、实时和高精度的三维位置、三维速度以及时间数据。其主要任务是使海上舰船、空中飞机、地面用户、近地空间飞行的导弹以及卫星和飞船，实现各种天气条件下连续实时的高精度三维定位和速度测定，还用于执行大地测量和高精度卫星授时等任务。1991年GPS还只有16颗导航星，整个系统尚未建成，就在海湾战争中初露锋芒；1994年整个星座正式服役后，在武器精确打击、部队调动等，特别是后来在阿富汗、伊拉克战争的军事行动中彰显出重要作用。美国共发射GPS1、2、2A、2R、2RM、2F6种卫星系列60多颗，运行在6个等间隔、倾角为55度的近圆形轨道平面上，每个轨道平面上有4颗工作星，一次定位仅用几秒到几十秒。2011年7月16日发射最新的2颗GPS-2F导航星，投入使用后，使用户的定位精度由小于6米提高到优于3米。美国将在2020年前，先后发射8颗GPS-3A导航星、8颗GPS-3B导航星、16颗GPS-3C导航星，由33颗中地球轨道、高椭圆轨道和地球静止轨道卫星组成新的空间星座，卫星定位、定时精度将分别达到30厘米和1纳秒。

美国GPS IIF-4导航卫星

苏联/俄罗斯的“格洛纳斯”全球导航系统

1973年5月，苏联宣布发射成功导航卫星。1995年9月，俄罗斯建成由24颗卫星组成的全球卫星导航系统，24颗卫星在三个不同轨道上运行，每个轨道面上部署8颗。2004年12月俄罗斯发射第一颗格洛纳斯M卫星，到2008年由30颗卫星（其中2颗备用星）组成第二代格洛纳斯M全球卫星定位系统。2010年开始发射格洛纳斯K导航卫星，第三代格洛纳斯K卫星导航系统设计寿命由第一代的3年提高到10年。

俄罗斯格洛纳斯导航卫星

欧洲的伽利略号卫星导航系统

2005年12月28日，欧洲发射第一颗名叫GIOVE-A的伽利略号导航试验卫星，主要任务是进行技术验证、实时广播与高精度授时演示，2006年1月12日传回首批信号。这颗卫星发射质量600千克，装有两块长4.54米的太阳能电池板。2008年4月27日又发射GIOVE-B导航试验卫星，为发射组网的伽利略系统创造了条件。2011年9月13日正式实施伽利略卫星导航系统计划，这个伽利略导航系统包括30颗卫星（其中3颗为备份星），平均分布在约高23616千米、倾角56度、相互间隔120度的三个倾斜轨道面上，每个轨道面部署9颗工作星和1颗备份星，卫星运行周期为14小时4分钟。每颗卫星尺寸2.7米x1.2米x1.1米，发射质量625千克，功耗1.5千瓦，寿命15年。2011年10月21日，欧洲“伽利略号”卫星导航系统的首批2颗导航卫星由俄罗斯的“联盟号”运载火箭在库鲁航天中心发射升空，部署在距地面23600千米的轨道上，从而揭开了建设“伽利略号”卫星导航系统的序幕。预计2019年建成，将与美国的GPS和俄罗斯的“格洛纳斯卫星”导航系统一争高下，成为世界上又一个全球性的卫星导航定位系统。

欧洲“伽利略号”导航卫星

印度等国的导航卫星系统

2006年5月9日，印度正式批准实施印度区域导航卫星系统工程项目。这个区域卫星导航系统由7颗卫星和一个大型地面控制站及用户接收机组成，可覆盖全印度及南亚地区。2013年7月1日，印度成功发射第一颗导航卫星1A，从而成为世界上第5个拥有自制导航卫星的国家。这颗导航卫星质量1450千克，可向印度全境及周边1500千米区域提供优于20米定位精度的导航服务。2014年4月4日、10月16日，印度分别发射了导航卫星1B、1C，整个系统包括9颗卫星，计划2015年完成。

日本计划于2017年发射3颗导航卫星，开建自己的“准天顶号”区域性卫星导航系统。