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大国基石 | 北斗巡天，定位时空兴百业******

　　小新说

　　国有企业是中国特色社会主义的重要物质基础和政治基础，是国民经济的压舱石。2022年12月28日起，由中央广播电视总台与国务院国资委联合制作的系列纪录片《大国基石》，在央视综合频道黄金时段连续播出，聚焦党的二十大精神在各领域的新实践新气象，集中展现新时代的奋斗者为人民群众的美好生活奠定幸福基石；盘点国之重器与民生保障的密切联系，多视角、多层次、立体化呈现国资央企在推进中国式现代化进程中的使命担当和非凡成就。

　　今天为您带来第十集《北斗巡天》，看北斗卫星导航系统如何在交通运输、农业生产、防灾减灾、生态保护等方面助力中国产业升级。

　　古代依靠北斗星判断大致方向和计算时间。如今依靠由中国航天科技集团开发的北斗卫星实现精确时空定位。中国人实现从仰望星空到经略时空的跨越。

　　广西梧州西江，珠江水系的主通道。长洲水利工程修建后，上下游水面落差较大，来往游船需通过船闸到水坝对面，现在，通过手机客户端，每艘船仅需50秒完成报到和缴费手续。

　　在北斗卫星帮助下，西江船闸运行调度中心，可以实时掌握每艘船的位置。船与船闸的配合，船长与调度中心的呼应，精准对接、一气呵成。在保证船只过闸安全性的同时，通行效率也大大提高。

　　上海市精确导航和自动驾驶能够解决交通拥堵、减少交通事故。但需要北斗实时定位精度，必须达到厘米级。智能网联汽车要实现高等级自动驾驶，对于定位精度有着厘米级的要求。

　　北斗卫星的地基增强站，作用是提升北斗卫星信号的精度和稳定性。它们与卫星天地协同，满足国土测绘、精准农业、自动驾驶等众多需求。

　　新疆喀什拖拉机安装北斗定位导航，可以真正实现无人自动驾驶。北斗导航系统让播种机实现无人驾驶以及不分昼夜全天干活。

　　广西 河池天峨县龙滩水电站，国家西部大开发标志性工程之一，“西电东送”重要组成部分。北斗三号卫星导航系统建成后，这里第一时间安装北斗自动化监测设备，大大减少了人工测量的工作量。

　　北斗系统大幅提升位置服务能力，从米级提高到分米级、厘米级、毫米级，给数字信息社会提供精准时空信息，更准确地为社会提供服务。

　　湖北武汉北斗能够实现精确的定位、导航，因其卫星上有一块特殊的“表”，名叫星载原子钟。卫星导航利用无线电波传播来导航，无线电波以光速传播，要达到一米的测量精度，就要把光传播一米的时间测准，这只能靠原子钟。

　　北斗三号卫星，全部装载国产高精度星载原子钟，保证北斗优于20纳秒的授时精度。金融交易中，时间决定着资金的安全。北斗高精度授时，为金融系统提供精确的时间安全保障。

　　福建 莆田湄洲岛茫茫大海中手机没有信号。准确的位置对于救援十分关键，海防大队收到一条紧急求救的短报文信息，它类似于手机短信，但却是由北斗卫星发送的。

　　渔业是北斗卫星导航系统应用最早，也最为广泛的行业之一。短报文是中国北斗的独门秘技。赤潮被称为“有害藻类”或“红色幽灵”，为了实时掌握赤潮的发生时间、位置和规模，技术人员结合北斗定位技术，研发出船载的赤潮检测系统，为赤潮的早期防控提供有效预警。

　　在中国科学家们的攻关下，普通智能手机也能给北斗卫星发送短报文。采用国产自主可控工艺制造，支持短报文通信的国产智能手机已经推出。

　　今天中国北斗已具备实时厘米级、事后毫米级的高精度定位能力。中国北斗的行业应用不断深化，应用场景更加丰富。中国北斗面向全球用户提供全天候、全天时、高精度服务。

　　《大国基石》首批播出13集，包括《气蕴华夏》《城市绿心》《追风逐日》《聚能动力》《智连未来》《绿电动脉》《海上天路》《强国之翼》《乌金奇迹》《北斗巡天》《天河筑梦》《一江碧水》《化生万物》等。

　　12月28日起，《大国基石》每天18:20在央视综合频道CCTV-1播出，敬请收看！

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绕过人墙、半路转弯 怎么在世界杯踢出超帅“香蕉球”？******

　　又到了四年一度的世界杯

　　不知道大家是否还记得

　　2018届世界杯中

　　葡萄牙和西班牙相遇的小组赛

　　C罗在最后时刻力挽狂澜

　　踢出被解说员叹为

　　“翩若惊鸿，宛若蛟龙”的

　　“C型”任意球，扳平比分

　　被踢出的球为什么会迅速升降？

　　又为什么会“拐弯”呢？

　　首先我们来了解一下任意球

　　任意球是啥？

　　任意球是罚球的一种。它是一种在足球（或手球）比赛中发生犯规后重新开始比赛的方法。

　　任意球分两种：直接任意球，踢球队员可将球直接射入犯规队球门得分；间接任意球，踢球队员不得直接射门得分，球在进入球门前必须被其他队员踢或触及。判罚前场任意球后会使用一种泡沫喷剂划定球的摆放位置，以及人墙的站位，发任意球时需要用手触球，然后在裁判哨响后踢球。

　　香蕉球？能吃吗？

　　事实上，C罗踢出的这种任意球在足球比赛中并不少见。

　　在1997年，在巴西对法国的一场足球比赛中，巴西足球运动员Roberto Carlos，在没有通向球门的直接路线的情况下，从35米外开出一个任意球。他的射门使球飞过球员，并在快要出界的时候急转向左，砸入球门。

　　图源：网络 香蕉球图解

　　球的突然拐弯让在场球员，特别是法国守门员根本来不及反应。这个史上最漂亮，最具标志性和最违反物理学定律的任意球，被叫作“香蕉球”。法国物理学家对此研究了数年，终于用“马格努斯效应”解释了这个问题。

　　马格努斯效应

　　图源网络

　　当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象。这是流体力学中的一种现象。

　　图源：陕西师范大学物信院 马格努斯效应示意图

　　旋转物体之所以能在横向产生力的作用，是由于物体旋转可以带动周围流体旋转，使得物体一侧的流体速度增加，另一侧流体速度减小。

　　是不是听得云里雾里？

　　香蕉球轨迹

　　球在气流中运动时，如果其旋转的方向与气流同向，则会在球体的一侧产生低压，而球体的另一侧则会产生高压。运动员的用力方向朝右，所以足球逆时针旋转。拐点处足球左侧产生低压，右侧产生高压，这样就导致足球存在横向的压力差，并形成向左侧的力。

　　图源：NKPhysics

　　根据物理公式，距离越远，速度越慢，球偏离角度也就越大。因此，我们能看到在香蕉球运行的末尾时刻，会发生更剧烈的偏转，给守门员一个巨大的“惊吓”。

　　我也能踢出和C罗一样的球吗？

　　回到文章开头提到的C罗“力挽狂澜”的任意球，这一球不止踢出了上述“香蕉球”的概念，同时也混合了“电梯球”，即指大力踢出的足球，下落很快，像是从电梯上下坠，它实际上是高速飞行的足球受到重力和大雷诺数阻力下的运动轨迹。

　　图源： 中国物理学会期刊网 皮尔洛的“电梯球”

　　葛惟昆教授解释说：“踢出电梯球的一大关键要素，就是球的初始速度要快。”要踢电梯球，球的初始速度应该接近150公里/小时，没错，就是一辆车在高速公路上狂飙的速度。

　　图源：科学世界

　　研究人员在进行场景模拟时发现，要想让100公里/小时以上速度的任意球避开人墙（假定在距离约9米远的位置有5名身高1.8米的对方球员并排）成功射门，球离开地面时与地面的夹角必须控制在15°～17°之间，也就是仅有2°的精度范围（在距离球门25米的位置，踢出转速为每秒8转的侧旋弧线的情况）。

　　如果是足球，以每小时90千米的速度每秒旋转8转，球会在这个距离内弯曲3米以上。

　　图源见水印

　　而踢出弧线的关键在于，落脚点在偏离球心的位置，偏离球心的幅度越大，球的转速越快。有研究人员称，安德烈亚皮尔洛等优秀的任意球球员会使球的旋转轴倾斜角度大于侧旋，让马格努斯力倾斜向下发挥作用，从而踢出“球速快、大幅弯曲的同时又急剧下沉的”球路。

　　资料来源：科学世界、中国物理学会期刊、科技日报、天津科普说、NKPhysics

　　整理：董小娴

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）