读者2024年10月12日发布:5分钟时间带你了解，天有多高？21500千米外中国北斗在为全球服务

随着对宇宙探索的进步和航空航天事业的发展，我们还能够将人造卫星送入宇宙，这些人造卫星具有广泛的用途，它们能够装载照相设备观测天体，还能够进行无重力条件下的科学研究，我们常用的导航定位系统也要依靠卫星才能正常工作。此时此刻，我国的北斗导航卫星就正在地球附近的轨道上尽职尽责地运行着，为全人类提供了更加方便快捷的生活条件。

天到底有多高？

当我们提出天有多高这个问题的时候，首先要看是如何定义这个“天”的。毕竟我们要知道天的边界在哪里，才能够对它进行测量。

Tips：大气层atmosphere，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地，大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。

假设我们将大气层当成天的边界，那我们就完全可以测量出天空的高度。气体因为受到重力的作用下沉，在地球外部形成了一圈混合气体层。这个气体层能够防止地球上的热量和水分逸散到宇宙中，维持地球温暖舒适的环境，让地球生命在这里繁衍生息。还能够在陨石和流星等地外天体撞击地球时，通过摩擦阻力减缓这些天体的降落速度，那些质量和体积比较小的天体甚至会在穿越大气层的中途被烧成灰烬。

Tips：臭氧层是大气层的平流层中臭氧浓度高的层次。浓度最大的部分位于20—25公里的高度处。臭氧含量随纬度、季节和天气等变化而不同。

在大气层中，还存在一层厚度仅为3毫米的臭氧层。臭氧层中包含的气体能够吸收大量紫外线，使穿透大气层后的紫外线含量大大减少，这其实对人类起到了保护作用。虽然紫外线具有杀菌作用，但过犹不及，人体在受到过量紫外线照射时会出现机体损伤。而且，紫外线会对人眼造成强烈刺激，能够穿透视网膜区域，这就是为什么我们在直视太阳的时候会想掉眼泪的原因。长期接受紫外线刺激会使人的视网膜发生病变，裸眼直视太阳超过10秒钟就有失明的风险，所以，我们在平时就不要试图和太阳“对视”了。

Tips：紫外线Ultraviolet，是电磁波谱中频率为750PHz～30EHz，对应真空中波长为400nm～10nm辐射的总称。它是频率比蓝紫光高的不可见光。

18世纪，人类完成了第一次升空，使用的工具是孟格菲兄弟发明的热气球。在那之后，我们能借助工具到达的高度越来越高，似乎也使得测量大气层的高度成为了可能。但其实在热气球发明之前，人类就已经开始探测大气层了。

这个时候的科学家们没有别的办法，只能老老实实通过地球上原本就存在的山峰来到高处，当时不仅要受到山峰高度的限制，还要受到攀登能力的限制，因为山峰上的环境往往十分恶劣，想要克服这种环境也需要一定的技术和装备支持。在攀登的过程中，科学家们就总结出了高度越高、大气温度越低的规律，并且摸索出了相应的公式。他们将绝对零度作为最低温度来进行计算，得出了大气层的最高高度是30千米。

Tips：热气球Hot Air Balloon，是一个上半部是大气球状，下半部是吊篮的飞行器。气球的内部加热空气，这样相对于外部冷空气具有更低的密度，作为浮力来使整体发生位移。

热气球出现后，科学家们就通过乘坐热气球来到了10千米左右的高度，发现一直到这里，大气的温度变化都符合之前总结出的那个规律。1902年，人类掌握了用气球将探空仪器带到高空的技术，科学家们使用这个方法对大气温度进行探测，发现在超过10千米的地方，大气的气温反而会随着高度一起上升，这一区域的气层称为平流层。

不过探空气球无法飞到平流层高达50千米的边界，对于大气层高度的探测也就被搁置了。一直到火箭被发明，人类能够到达更高的高度，科学家们才发现，在比平流层更高的地方，大气层的温度又变成了随着高度上升而降低，这一层被称为中间层，区域高度界限大约在80千米左右。

Tips：大气分层atmospheric subdivision，按照大气在垂直方向的各种特性，将大气分成若干层次。按大气温度随高度分布的特征，可把大气分成对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。

大气层的温度变化到了这里还没有结束，突破中间层之后，大气温度又开始随着高度上升而增加，并且增加得非常迅速，因此这一层的温度很高，被称为热层，高度位于80千米到500千米，这是大气层中跨度最大的一层。在热层之外就是大气层的最后一层了，叫做逃逸层。由于这一层的气体非常稀薄，和太空有着相近的密度，科学家们目前还无法定论这一层的边界具体在哪里，只能给出大约在2000千米到3000千米之间的范围。

由此看来，我们所认为的天空边界，应该也就在2000千米到3000千米之间。不过，国际航空联合会其实已经有了相似的规定，认为100千米是大气层内层和太空的交界线，又叫卡门线，飞行高度高于100千米的飞行器就可以被叫作航天器。

Tips：卡门线得名自匈牙利裔美国工程师、物理学家，主要致力于航空和航天工程的西奥多·冯·卡门。他首次计算出，在这个高度附近无法航空飞行。

因为在100千米的高空以上，气体就非常非常稀薄了，这部分气体只占据大气总质量的0.00003%。所以，我们也可以将卡门线看作天空的界限，认为天空的高度是100千米。

北斗的发展历史

我国的北斗卫星导航系统就是由多个飞越了卡门线的卫星组成的。这些卫星并不是一次性发射进入太空的，而是我国航空航天工作人员经过了26年的不懈努力完成的。1994年，北斗卫星导航系统项目启动，这个项目一直持续到了2020年才圆满完成。

Tips：卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星一般亦可称为卫星。

在这26年的历程中，我国的相关科研人员所付出的是十万分的汗水和心血。1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红一号”顺利升空并进入预定轨道运行，为我国的航空航天事业筑起了一座里程碑。此后，我国对卫星的应用进入到下一个阶段，开始研究导航卫星的设计与制作，并且在6个月后完成了第一份论证报告。在新中国成立之初，我们研制出了用于导航系统的初样星。1983年，陈芳允院士带领的研究团体明确了双星定位系统的概念，为后续导航系统的设计奠定了基础。

Tips：东方红一号，是20世纪70年代初我国发射的第一颗人造地球卫星。东方红一号卫星于1958年提出预研计划，1965年正式开始研制，于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心成功发射。

经过10年夜以继日的努力，终于在1993年确定了我国的导航卫星设计方案，将北斗卫星导航系统的建成分为三步。第一步预计在2000年年底实现，目标是将“北斗一号”卫星送入太空，建立北斗一号系统，为我国提供导航服务。第二步预计最晚在2012年完成，目标是建立北斗二号系统，完善北斗一号系统的功能，推动建立全球系统的进程，将提供服务的范围扩大到亚太地区。第三步则预计在2020年左右实现，建立北斗三号系统。完成这三步之后，就能够实现北斗全球系统的建成，将其服务范围扩展到全球。

2000年10月，我们迈出了建设北斗卫星导航系统的重要一步，第一颗试验卫星“北斗一号”成功穿过卡门线进入轨道，不久后，另一颗卫星也进入了相应的轨道开始工作。2003年5月，最后一颗“北斗一号”卫星也顺利升空。

Tips：三颗北斗一号卫星的顺利升空标志着北斗一号导航系统的建成，同时也标志着我国成为了世界上第三个拥有独立自主研发的卫星导航系统的国家。

2012年4月，我国用“长征三号乙”运载火箭将两颗“北斗二号”卫星送入太空，这标志着“一箭两星”技术的圆满实现。“北斗二号”卫星不光能够和“北斗一号”共同构建北斗卫星导航系统，它还能够弥补“北斗一号”存在的不足，为用户提供更加精准、高效的通信服务。2020年6月23日，我国将最后一颗“北斗三号”卫星送入预定轨道运行。自此，我国的北斗卫星导航系统项目工程圆满完成。

中国北斗到底有多强？

我国在尚未拥有自己的卫星导航系统之前，经常因为卫星导航系统被国外垄断遇到各种各样棘手的问题。2016年，我国的民航系统为全部飞机安装了飞机通讯寻址与报告系统，避免再次发生MH370这样的失联事件。但是，这种系统的运营权力掌握在外国公司手中，通讯过程中的信息数据安全无法保证，而航电系统也必须依靠从国外进口，这样的尴尬局面让民航局苦不堪言。

Tips：GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。

2017年，我国民航局与航天科技集团达成合作协议，利用北斗卫星导航系统对民航飞机进行追踪定位，实现完全由我国自主掌控的民航监控系统。这样一来，我国的民航监控摆脱了外国的桎梏，保障了通讯过程中的信息安全，大力推动了民航建设。

在我们运输汽油和液化天然气的过程中，由于路程远、运输的又是大量危险品，因此具有极大的风险。但是有了北斗卫星导航系统之后，就能对车辆进行精准定位，并且记录下车辆的行驶路线，以及行驶过程中周围的天气环境、路况、甚至车辆本身的行驶状态。一旦车辆本身或是周边环境出现异常情况，比如偏离预定航线、机械故障、路况不佳、恶劣天气影响等等，监控中心都会以最快的反应速度发出警报。

Tips：民航监视系统是对飞行器在空域内的飞行活动进行监视的所有设备的总称，民航监视技术是保障飞行安全、提高运行效率的重要手段。

北斗卫星导航系统安装完成后，我国也实现了智能高铁的运行。这条高铁属于京张高铁动车组，严格按照列车时刻表出发、经停和抵达。除此之外，它还能够在最快的运行速度下实现各个环节的同步。除了交通运输之外，北斗系统在公共安全、城市治理、农林牧渔等方面也实现了全方位服务，与我们的日常生活密切相关。

Tips：我国铁路局颁布的《高速铁路设计规范》文件中将高铁定义为新建设计时速为250公里（含）至350公里（含），运行动车组列车的标准轨距的客运专线铁路。

如今，我国的北斗卫星导航系统已经能够面向“一带一路”的沿线国家提供服务，同时覆盖了拥有亿级以上用户的地区，还向120多个国家和地区出口了应用到北斗系统的相关产品。在我国，华为、小米、OPPO等大型智能手机厂商的产品基本都支持北斗功能，相信不久后就能实现全国范围的普及和覆盖。

小结

如今，我国的北斗卫星导航系统已经走入了家家户户，在我们的生活中如影随形。当我们想要查询时间时，看到的是北斗导航卫星为我们校准好的数字，当我们在外出行时，北斗导航卫星会为我们提供精准高效的道路指引，当我们为千里之外牵挂的人发去问候的信息时，北斗导航卫星在为我们传递脉脉温情……因此，不要以为高尖端科技离我们很遥远，其实它们无处不在。