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美国强调GPS的脆弱性研究又把矛头指向中俄

添加时间:2019-03-04 来源:斗室智库 作者:曹 冲
  最近美国官方的两份报告强调了有空间能力的对手对GPS构成威胁。美国参议院情报事务特设委员会1月30日发布的《全球威胁评估》和国防情报局新发布的《太空安全挑战》都认为中国、俄罗斯和其他有空间开发能力的国家,均具备破坏GPS星座或中断其信号的可能性。
 
  

从左至右所示为美国导航技术卫星(NTS-1、NTS-2、和NTS-3)图形
 
  基于对GPS这些风险的担忧不断增加, 以及地区干扰或欺骗的有害事件日益频繁发生, 美国政府的组织机构都在着重研究如何解决GPS脆弱性(漏洞)问题, 并寻找在没有GPS可用情况下如何解决提供精准时空信息的运作方法。
 
  为开发和测试更过硬的导航卫星和增强系统的技术, 美国空军研究实验室(AFRL)与空间和导弹系统中心(SMC)正在研制一个称为导航技术卫星三号(NTS-3)的在轨试验平台。NTS-3将用于展示技术和新的运作概念, 包括实验天线、灵活和安全的信号、提高自动化程度和利用商业化的地面资产。哈里斯公司 (Harris Corp.) 在去年年底被认定为主承包商, 预计该航天器将于2022年发射。
 
  “国防战略告诉我们, 必须发展国家的定位、导航和授时能力, 让其更加具有坚韧性”。AFRL空间飞行器总监埃里克·费尔特上校作如是说。“NTS-3 全部是关于坚韧性的, 我对我们的SMC、AFRL和 Harris 团队的坚韧性实验感到无比兴奋, 他们将能够利用NTS-3 进行创新,和灵活的硬件、软件和波形测试”。
 
  虽然这项研究正在进行中, 但空军正在研究如何升级现有系统。一段时间以来, GPS管理局一直在研究如何能够利用新的军码(M-码)实现接收机卡的升级与替换。三个承包商—L3 技术公司、雷神航天和机载系统公司以及罗克韦尔·柯林斯--正在开发这些接收机卡, 并准备在测试就绪后直接提供有益的服务。美国空军也与Northrop Grumman 和 霍尼韦尔国际公司合作, 通过 EGI-M计划  (嵌入式GPS /惯性导航系统现代化) 对现有导航硬件进行升级。空军最近向Northrop Grumman 提供了 5, 900万美元, 用于工程和制造研究开发。霍尼韦尔获得了 8, 000万美元的改造费, 以扩大他们在平台现代化、系统集成和其他与EGI有关的工作, 包括涉及外国军售的工作。
 
  此外,美国DARPA至少有两个与定位、 导航和授时 (PNT) 相关的项目正在进行中, 并正在寻求更多的项目。正在开发的精准弹药鲁棒惯性制导 (PREGM)计划,其目的是研发在GPS拒阻环境中加以使用的惯性传感器技术。目标是为高性能惯性传感器确定有发展前景的技术, 这些传感器可用于极端环境下的长期任务。PRIGM的研究人员将研究微机电系统 (MEMS) 平台和先进的惯性微传感器, 用于未来的硬武器、高带宽、高动态范围、无GPS条件下的导航制导。在竞争环境中的空间、时间和指向信息计划(STOIC),正在开发提供GPS级别或更好性能的备份装备。DARPA指出: “STOIC包括三个技术领域, 一是使用极低频 (VLF) 信号提供地固导航;二是基于DARPA的QuASAR (量子辅助传感和读数) 计划开发的技术部署光学时钟;三是精确的时间传输和数据链路上的测距。这些技术的系统集成有可能提供独立于GPS的全球PNT服务”。
 
  DARPA最近完成了一次技术建议征集, 希望这些建议可以帮助解决从简朴、偏远到密集特大城市等多种多样环境中的冲突对抗。该机构的战略技术办公室正在寻求相关技术, 包括PNT的创新, 期望能够解决从高度竞争激烈的部队冲突到模糊、复杂的 “灰色地带”冲突等各种各样激烈程度的冲突。根据其Blackjack Pit Boss计划,DARPA正在寻求开发和演示在低地球轨道上构建全球高速网络架构的技术。目标是实现“高度网络化、坚韧性和持久性的DOD有效载荷,在全球范围内地面、地表和空中域内持续保持”。DARPA并非一个小代理机构,它还有一个开放式计划,其目标是为正在进行的微系统技术办公室计划或其他已发布的请征求项目所要解决的主题,找到“革命性的研究思路”。
 
  在2018年最后几天,进行了GPSIII的会战,报告了GPSIII这一批代的第一给空间飞行器发射情况。这代表GPS发展的一个新阶段已经开始, 发射卫星的火箭,其熊熊燃烧的路径预示着为全人类建立起来一座新的高高耸立着的"空中灯塔"。回首远望,其他一些新的PNT卫星来自何方?人们试图在这个问题上记录它们的全部, 实际上是目不暇接,挂一漏万。多年来, 一直在谈论铱星(iridium)星座, 这是一个低地球轨道通信网络, 也可以提供授时服务,并有利于在城市环境中实现信号接收,从而提高精准度。如果不是今年1月刚刚又发射了 1 0 颗卫星, 使得铱星第二代星座总数达到 7 5 颗,实际上这类新闻不过是老生常谈。而值得我们继续讨论真正的新消息,那就是上面提及的属于GPS家属的导航技术卫星三号(NTS-3)。
 
  当然,卫星导航系统在空间的应用正在日新月异的发展着。查看最近甚嚣尘上的低轨卫星网络种种,其中包括有Spire星座(72颗星),搭载伽利略信号接收机,为气象界提供GNSS无线电掩星产品。它们不可能是针对直接用户的PNT,但它们是衍生物。再浏览一下,会发现最新的Hawkeye 360编队飞行探测器,旨在探测和地理定位射频(RF)信号,并将这些数据用于搜索和救援以及商业海上作业。事情还远未到此为止,进一步浏览空间行星,会看到所谓面包(BreadLoaf)卫星, 目前其数量达到300余颗,未来会更多, 每天会提供120万张高分辨率地球图像, 用于农业、国防、 测绘和GIS, 以及其他若干行业。如果说一组卫星是一个星座, 你叫一组星座又叫什么? 如果人们要效仿天文学的做法, 其适当的技术术语是为小行星群。不过, 称其为星系会更容易理解。而当前,这种所谓星系似乎是种时髦的玩意儿。但是,在航天领域,真正的星座是从卫星导航系统,也就是从GPS开始的。而现在不管是通信、导航、遥感、气象等哪一个星座管理,都离不开卫星导航系统。这就是卫星导航系统关键、基础、共性技术的意义,时空服务的本质性。
 
  为什么美国总是抓住中国和俄罗斯不放,实际上就是所谓的“怀璧其罪”。因为你有这个能力,而且威胁到其霸主地位,所以总想折腾你。那我们就应该更加努力地集中精神头,披荆斩棘,勇往直前,群策群力,不断创新,战无不胜地前进。
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