斗极中心星座建好了

2019年12月16日我国北斗三号系统一箭双星（52、53颗星）成功入轨，核心星座中圆轨道系统部署完成。

这个新闻的核心问题有两个，

1.什么叫做核心星座部署完成？

2.核心星座部署完成了，是不是代表全部建成了，那为啥感觉今天也并没有铺天盖地的报道？

不想读长文，看这个简短答案：1.北斗中圆轨道（MEO）系统建立完毕；2.不代表完全建成，还要等明年。

如果想看长文看干货，就往下走。回答这样的一个问题之前，需要铺垫两个背景知识。

1.所有卫星导航系统的本质在干这么一个事情：往地面发信号，一直在说我在哪儿，几点了，当你（接收机）收到信号时，可以比对得到接收机上时间与接收到的卫星信息显示时间之间差距，这个差距乘以光速就是你和卫星之间的距离（还有一个方法是数中间隔了多少个信号波长）。卫星由于有专门的科学家维持，它的位置极其精确，在厘米级别；它的钟是原子钟，几千万年才可能错1秒，它的所有信息可以认为无误差。

那么你只需要解出四个参数：在地球上的三维坐标x，y，z和钟差（毕竟用户的石英钟不可能和原子钟精度相比，需要把它的误差做一个未知数解出来）。观测到四个卫星，就可以构建四个方程，解出四个未知数，就清楚自己精确时间和位置。

（GPS和所有卫星导航系统的定位原理，就是这个样子的）

导航卫星不需要做任何辅助你的计算。用户只要能收到信号进行解算即可，与这些卫星没有一点交流，也不消耗它们任何一丝能量，因而理论上无限用户量。

说起来简单，做起来显然不简单，因为原子钟这种几千万、数亿年才差出1秒的钟能是随随便便做出来的？就算做出来了又是那么容易就把卫星送上天稳定运行的？就算卫星建好了也能保证有足够多的市场创造盈利的？

综上，全世界仅有4股势力：美国、中国、欧盟和俄罗斯有实力做全球覆盖的卫星导航系统，仅有印度和日本能做出区域覆盖的小系统。

这6家有共同的特点：基础科学能力、技术工程能力、市场运营能力都极强。不尴尬地说，在这方面，美国、中国、欧盟、俄罗斯、印度、日本，排名分先后，就我写的这个排名。

2.导航卫星星座的设计至关重要。如果卫星飞得太低，对地面覆盖的范围就很有限（所谓登高望远），就从另一方面代表着为了能够更好的保证稳定的服务需要设置超级大的星座，而导航卫星造价很高（原子钟等存在）这样就很不划算。

而飞到36000千米高的地球赤道上空的静止/同步轨道（GSO/GEO）也不划算，顾名思义，从地面上看它们永远是相对静止的。它们与用户的几何关系太固定了，没法“走两步看看”“比划比划”，导致这种几何效果有很大局限性，例如距离赤道比较远的高纬度地区简直没法用。而如果让这些同步轨道稍作倾斜（IGSO），会好一些，但它们依然无法实现全球范围内的覆盖。

因而，最优的方案是轨道周期接近12小时、距离地球表面20000千米左右高的中圆轨道（MEO轨道），对于在地面的你而言，每隔一定周期都会看到它，（例如对于GPS系统而言，它在约20200千米高，每天地球转一圈卫星转两圈，任何一颗卫星都会在固定的时间通过固定的点。北斗略有不同，在21500千米高左右，7天13圈），这样对它的监控、测量和管理就方便很多了，也不用考虑轨道复杂变化（圆形）导致的频率、测距变化等问题。而这些卫星均匀分布在全球，能够以最少的数量保证地球表面永远观测到4颗以上卫星实现定位，简直完美。

GPS系统最早的设计就是这套思路，如果你对这种星座设计的各种优点非常感兴趣的话，我只好自荐下面这篇很干货的回答，

GPS（全球定位系统）的 24 颗卫星的轨道是如何设计的？

当然，这套轨道系统极其成功也被后来人沿用至今。GPS后的俄罗斯格洛纳斯系统、中国北斗中圆轨道（MEO）系统、欧洲的伽利略系统，就是这种思路。区别只在于轨道倾角和轨道面数量，但总体思路不变。

可以这么说，只有拥有20000千米高左右的中圆轨道系统，才能够称作全球性卫星导航系统。

这次的北斗卫星发射，意味着整个北斗卫星导航系统最核心的中圆轨道系统，圆满收官！这也代表着北斗最为核心的部分已经全部完成，它已经可以叫做一个全球卫星导航系统，了不起。

那么，为什么说还没建好呢？这就要先提一下印度和日本。

印度曾经严重依赖美国的GPS，认为GPS是一个很公益、很友好、很安全的系统，殊不知人家GPS毕竟属于美国空军，怎么可能把你的利益放在第一位？最大的问题就出现在了印巴卡吉尔战争期间，印军占据优势，但美国关闭了战区GPS服务，导致依赖GPS系统的印度军队吃了一个超级大亏。

本来印度要做一个依赖GPS、做GPS区域增强（南亚地区）的系统，后来觉得一定要搞自己家的。于是提出了一套新颖的系统，在印度附近的赤道上空发射数颗卫星，相对印度静止（36000千米高，GEO轨道），还有两颗8字型（倾斜），这样做才能够保证印度地区的高质量服务，毕竟印度整体上维度比较低。

实际上，搞成全球系统成本太高、技术要求也高，印度玩不来，这对他们来讲的确是最优方案。

对于日本又是另一种思路，日本并不靠近赤道，本国地貌复杂城市中高楼林立，又自认为可以充分信任美国“盟友”，于是并没有被惩罚过的它选择建立一套依靠GPS的区域增强系统QZSS，主要是转发并增强GPS信号，提供主要服务于日本的更好定位表现。

所以QZSS的轨道都是大大的8字（IGSO轨道），由于轨道特点，卫星会长时间滞留在日本上空，只需要4颗就能够保证日本实现超过GPS的定位精度。

印度和日本都一个心态：反正我也弄不了全球的，自己开心就好。日本成本更低，只要跟着GPS走就好，反正默认GPS“绝对不会”针对它。

这时候到了中国，态度很明显：

GPS、格洛纳斯、伽利略这种全球卫星导航系统（MEO轨道）的优点，

印度这种服务于区域，但效果很不错的卫星导航系统（GSO/GEO轨道）的优点，

日本的这种可以加强某系统，对自身效果贼好的系统（IGSO轨道）优点，

于是，中国认为，

所以北斗就变成了世界上唯一的MEO（美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略优点）+GEO（印度IRNSS）+IGSO（日本QZSS）系统。

(你看，三种轨道多有特色！)

整个项目从上世纪末开始，技术刚开始不行，还想着和伽利略合作，后来发现不是这么回事，只能筚路蓝缕自己干，一步一步走。从北斗一代实验星，到如今2018/2019疯狂发卫星，已经20多年了。

2019年11月5日，北斗的IGSO卫星全部发射完毕；

2019年12月17日，北斗最核心的MEO卫星全部发射完毕；

发射后还有大约6个月左右延迟，毕竟这些卫星也要经过调试才能投入到正常的使用中。

而届时，北斗就将全面建成，由于IGSO和GEO定点服务于中国和一带一路地区，所以这些区域的可见卫星数量远远超过4颗，定位效果也将远高于世界其他地区。

但核心MEO卫星系统的发射，也保证了即便到了世界任何一个角落，也能用上北斗进行定位。

（看这张北斗全球可视卫星数量图，GEO和IGSO卫星的存在，导致亚洲和一带一路地区被点的特别亮，但其他区域也在等待卫星投入到正常的使用中被点得更亮，这是北斗的独门绝活）

所以，再等最后一段时间，北斗就将迎来20年来的“不鸣则已，一鸣惊人”。

当然，如果认真看一下这个北斗发射列表，还是觉得北斗2018年起简直太夸张了，实力演绎“厚积薄发”四个大字。