測繪視野丨從“指南針”到“北斗”
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2024-08-14 16:46
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在無際荒原里跋涉，在蒼茫大海上泛舟，人們最擔(dān)心的是什么？迷失方向！
曾經(jīng)，人類辨別方向的辦法，只有仰望天空?？僧?dāng)風(fēng)雨呼嘯、晦暗不明之際，又該怎么辦？好在，中國發(fā)明了指南針。
第一枚指南針什么樣？中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所里有一個(gè)復(fù)原模型：其形如勺，其色烏黑，其性為磁，其名——司南。
約公元前7世紀(jì)前后，中國人就發(fā)現(xiàn)磁石不一般?！豆茏印愤@樣描述：“上有慈（磁）石者，下有銅金。”春秋末年的《關(guān)尹子》中寫道：“磁石無我，能見大力。”至秦漢，方士登場。他們利用磁石吸鐵的特性，制作出“磁石門”、磁“斗棋”等“奇妙之術(shù)”獻(xiàn)于皇帝，甚至將磁石用于殯葬招魂。后世有學(xué)者推測，正是在這一階段，“磁性指極”的秘密被窺破，指南針的前身——司南，誕生了！
東漢王充在《論衡》中解密了司南的神奇：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”20世紀(jì)20年代，史學(xué)家張蔭麟提出，這應(yīng)當(dāng)是中國人最早的磁石指向器。此后，文博專家王振鐸據(jù)此提出了“司南”的復(fù)原方案，制作出實(shí)物模型，得到后世的普遍認(rèn)同。
然而，磁石并不常見，能用來制作指向器的更是稀少,如何能飛入尋常百姓家？到了晚唐，困局終于被打開——人們發(fā)現(xiàn)，用磁石摩擦能磁化鐵針——這樣做，不消耗磁石，指南針可以批量制作了！
晚唐以降，指南針一定已經(jīng)普及，成了時(shí)髦的探險(xiǎn)裝備。志怪小說家段成式的作品就有記載：“勇帶綻針石，危防丘井藤”。
南宋名臣文天祥在《揚(yáng)子江》一詩中寫道：“臣心一片磁針石，不指南方不肯休。”意思是我的心就像磁針一樣，不指向南方就絕不肯罷休，表達(dá)了作者永遠(yuǎn)忠于國家的拳拳情懷。
與陸地相比，在毫無參照物的海上，指南針的作用更加凸顯。宋代，指南針與方位盤組合在一起，誕生了羅盤。當(dāng)時(shí)的文獻(xiàn)記載——廣州航海從業(yè)者“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針”；浙江海商“全憑指南針，或有少差，即葬魚腹”。
帶著航船乘風(fēng)破浪，羅盤自己也開始了“遠(yuǎn)行”——從宋代開始，阿拉伯人將指南針和羅盤的知識傳往歐洲；1190年，英國人尼坎姆首次提到磁極性和磁感應(yīng)，這比中國人晚了一個(gè)世紀(jì)！
小小指針，改變了世界的樣貌——
印度、波斯、大食……海上絲綢之路商船往來，瓷器、絲綢、香料傳到西亞、北非，奇花異種、珍禽名獸現(xiàn)身中土；達(dá)·伽馬、哥倫布、麥哲倫，歐洲冒險(xiǎn)家們揚(yáng)帆遠(yuǎn)行，開啟地理大發(fā)現(xiàn)的時(shí)代……近代史的大幕徐徐打開，大洲間的“孤立”狀態(tài)被打破，人類這時(shí)才確信，原來地球真的是圓的。“導(dǎo)致歐洲快速崛起的四項(xiàng)重要發(fā)明——印刷術(shù)、火藥、造紙術(shù)和指南針都是由中國發(fā)明的！”英國科學(xué)家李約瑟在《中國科學(xué)技術(shù)史》中這樣寫道。
然而，近代以來，由于閉關(guān)鎖國，在問天尋路方面我們落后了……
工業(yè)文明時(shí)代，以無線電為媒介的無線電導(dǎo)航和不依賴外部手段的慣性導(dǎo)航出現(xiàn)；1957年10月，蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，衛(wèi)星導(dǎo)航時(shí)代也隨之開啟——20世紀(jì)中后期，美國全球定位系統(tǒng)（GPS）在美建成，蘇聯(lián)有了格洛納斯系統(tǒng)，歐盟則著手發(fā)起伽利略計(jì)劃。
北斗全球組網(wǎng)示意圖
新中國成立后，不甘落后的中國人開始奮起直追。
1994年，中國獨(dú)立自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始研制發(fā)展，2000年，北斗一號系統(tǒng)建成。然而，嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)擺在眼前——當(dāng)時(shí)，最適合衛(wèi)星導(dǎo)航的信號“黃金頻段”大多已被美俄占用，僅剩兩小段，由各國平等申請，先到先得。但國際電聯(lián)規(guī)定，一旦申請，必須在7年內(nèi)發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星并成功播發(fā)導(dǎo)航信號，逾期失效。
為保住這一頻段“窗口”，北斗開啟了長達(dá)7年的全系統(tǒng)攻關(guān)。
2007年2月底，衛(wèi)星研制完成；4月14日，衛(wèi)星發(fā)射成功……3天后，當(dāng)導(dǎo)航信號清晰回傳時(shí)，距離我國導(dǎo)航頻段資源失效“倒計(jì)時(shí)”已經(jīng)不到4個(gè)小時(shí)！最后時(shí)刻，“壓哨破門”！北斗，拿到了進(jìn)軍全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的“入場券”！
2012年，北斗二號系統(tǒng)建成，開始服務(wù)亞太；2020年，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通。
于是，牧民坐在家里，點(diǎn)點(diǎn)手機(jī)，足不出戶也能放牧了——給幾百峰駱駝戴上北斗衛(wèi)星導(dǎo)航項(xiàng)圈，“每峰駱駝在哪兒看得真真的”。海上遇險(xiǎn)無援手，沒有信號怎么辦？北斗終端已成很多漁民出海的“標(biāo)配”，帶上這個(gè)“護(hù)身符”，“不用任何手機(jī)信號，只要按一下，就能立即啟動(dòng)報(bào)警、發(fā)出定位”。是的，天邊的北斗就在我們身邊。
如今，北斗的“朋友圈”已遍布全球200多個(gè)國家和地區(qū)，每天北斗定位服務(wù)的使用量就超過3600億次！
在科威特，北斗輔助建造300米高的科威特國家銀行總部大樓，縱向垂直精度得以保證；在阿聯(lián)酋，北斗系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被用于鐵路工程設(shè)備監(jiān)測、物料和人員管理，分分秒秒實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)度；在塔吉克斯坦，水利人員利用北斗系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測薩雷茲湖大壩形變，精度毫米不差……
這幾年，北斗還與GPS、伽利略、格洛納斯三大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“手拉起手”，合作打造兼容使用、精度更高的衛(wèi)星集群。北斗還正式加入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)，成為全球民航通用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。此前，國際民航客機(jī)的導(dǎo)航名單里，只有GPS！
