北斗组网需要多少颗卫星？
今年的北京高考语文作文题，意料之外地考到了物理知识。作文材料里谈到的是北斗导航定位系统。这是中国自主建设的一套卫星，一共55颗，合在一起就能让人知道你在地球上的什么地方。平时你手机地图的定位功能，也许就使用了北斗的信号。而作文题目是，“材料中‘每一颗都有自己的功用’，引发了你怎样的联想和思考？”这个题目其实还挺坑的。
光看这个描述，你可能会觉得，这55颗卫星应该各自有什么独一无二的特征吧？它们是分工合作实现了导航定位的效果，就像电影动画里的超级英雄队伍一样，不同的超级英雄发挥自己的特长去打败坏蛋。但其实，北斗系统并不是那么运作的。怎么回事呢？别着急，听我讲点儿背后的物理，你就会理解了。北斗系统的最基本的功能，是定位，也就是判断你在地球上的什么位置。
但是，它是怎么知道你在哪里的呢？靠眼睛看，肯定不行。人太小了，在太空中看不见，而且可能会被楼或者是山给挡住。靠耳朵听呢？一方面，太空中没有空气，声音是不能在太空中传播的。另一方面，你平时肯定有个经验，那就是耳朵判断方位很不准，你只能大概听到一个人在你后面，判断是左后还是右后就已经要费点功夫了，判断左后30度还是45度，一般人根本做不到。
更何况，就算知道了方位，也不知道距离啊。哎，就有科学家想到了一个测量距离的方式。什么办法呢？看时间。在《30位超级英雄带你学物理》里面，我给你讲过声速和奥特曼的事情。声音在空气里传播是需要时间的，速度大概是每秒钟340米。假如你大喊一声“现在时间是晚上7点整”，但小明听到声音的时候看了一下表，已经7点零1秒了，那就说明声音传过来花了1秒钟，也就是两个人距离有340米远。
但光知道距离，还是没啥用，还得知道方位。但是接下来，科学家就想到了一件更加巧妙更加厉害的事情。假如说小明现在知道了你距离他340米，虽然不知道方位，但还是可以这么说，如果以小明为圆心，以340米为半径，画一个圆，那么你肯定在这个圆上的某个地方，对吧？但现场不光有小明和你，还有小红，小红跟小明站的地方不同，而且她也听见了你喊的那一声，但是她听到的时候看了下表，已经7点02秒了，说明声音传到她花了两秒钟，你和她距离680米。
那么，以小红为圆心，680米为半径，也画一个圆，你肯定也在这个圆上吧？一般来说，这两个圆都会有两个交点，换句话说，你肯定就在其中一个点上。突然之间，不需要方位，只需要距离，也能确定具体的位置了！那到底是两点里的哪一点呢？讲到这里你肯定能猜到了，我们再找另一个人，比如找小张，问问他什么时候听到你喊声，以他为圆心再画一个圆。
这三个圆的交点，一定只有一个了，这样一来，你的位置也就能确定了。这，也就是北斗定位系统的原理了。当然，声音不能在太空中传播，就算能，你喊的声音那么小，卫星肯定也听不见。所以北斗用的不是声音，而是无线电波，但道理是完全一样的。所以理论上，每个卫星的功能都是一样的，都可以相互替代，就像小红和小明没有高下之分一样。
但说到这你可能就有疑问了，照这么说，只需要3颗卫星不就能确定位置了？为什么要55颗呢？有好几个原因。第一，所有的测量都有误差，为了让误差变小，一个好办法就是多测量几次。所以在现实中，我们会保证至少有4颗卫星同时参与，多了当然更好。 第二，地球不是平的，而是圆的，如果你去了地球的另一端，卫星的无线电波不就被地球挡住了吗？所以只有4颗是不够的，要有很多颗卫星，让你不管在地球的什么地方，头顶上都至少有4颗卫星。
第三，绝大部分卫星在天上都必须不停移动位置，否则就会掉下来。这就意味着，可能你上午还能看到4颗，下午就只剩两颗了，这可不行对吧。为了避免这种情况发生，发射的卫星还要更多，作为备用。 为什么说绝大部分呢？如果把卫星打到特定的高度和特定的位置上，那么这些卫星旋转速度和地球一致，看起来就像是固定在天上了。
这样的位置叫“地球静止轨道”。不过，静止轨道的位置有限，大家会尽量省着用。现在的北斗卫星只有3颗在静止轨道上，并且都位于中国上方，其他的卫星都还是普通的卫星，在天上会跑。第四，有的时候会有一颗卫星发生故障，或者需要软件更新，暂时不能正常工作，不能因为一颗就让整个系统大范围出问题对吧，所以还要发射更多的卫星备用。
第五，这么大的一个卫星系统，其实是没法一次建成的，需要从小的系统慢慢来，北斗在20年前就开始建设了，当年的一些老卫星现在已经过时，需要新的卫星来代替。因为这些原因，我们才发射了那么多的北斗卫星。世界上还有其他一些卫星导航系统，需要的卫星数量也差不多。所以回到题目来说，北斗卫星“每一颗都有自己的功用”，不是你第一反应想象的那种功用。
每一颗卫星的基本功能，其实都差不多，都可以相互替代，没有什么独特的属性。但是，整个系统要想运行，必须要有足够的卫星在线。就算是发上去备用的卫星，也会在关键时刻起到不可替代的作用。这一点，才是每一颗北斗卫星真正的功用。现在你知道了，北斗卫星需要这么多，不是因为各有各的独特功能，而是要保证任何时候你头顶上都会有好几颗卫星，这样才能帮你定位。
GPS全球定位系统需要24颗卫星，可是北斗系统陆陆续续发射了远不止24颗了，这是为什么？
说起GPS，恐怕没有多少人不知道，如今，全球大部分国家都在使用美国提供的定位服务，在我国自己的系统没研发出来以前，可谓吃尽了西方技术排斥的苦头，如今世界上，美国，中国，欧洲，俄罗斯，共四种可以提供全球性定位服务，其他一些国家有的也有自己的定位系统，不过只能实现小块区域定位，例如印度。有人发现一件事，为什么我国的北斗卫星发射了好几十颗还没结束，而美国的GPS却只有区区24颗？去年，我国北斗与GPS信号兼容的新闻再次引起了讨论的热潮，我国用了短短十几年的时间，完成了这一战略性的武器和服务攻关，在如今，北斗已经将近尾声，计划2020年可以全部完成。
早在08年大地震时，因为美国方面的系统临时关闭，导致我国的一架飞机迷失方向撞在了山崖上，这个事件更加击发了我国研制自己的定位系统的决心，北斗其实最主要的用途是在军事方面，如今的导弹，飞机，全都要靠定位系统来指引，如果一直使用别人的服务，在战时可能会处于被动地位，其实GPS的24颗卫星只是最基本的数量，可以做到覆盖全球97%的地方，事实上如今GPS有32颗卫星，而我国的北斗实际上24颗也能满足需求，反正发射更多的卫星，可以做到其他特殊的服务，比如卫星电话，再者，多出来的卫星可以用来备用，还可以提高定位精准度，有备无患。
