五天前(12月23日)，第三代GPS系統(tǒng)的首星在卡納維拉爾角發(fā)射升空，這是2016年最后一顆GPS-IIF衛(wèi)星升空后，美國(guó)首次發(fā)射GPS系統(tǒng)的新型衛(wèi)星。
回頭看看咱們自己，2018年，我國(guó)一口氣部署了17顆北斗第三代導(dǎo)航衛(wèi)星，就在GPS III一號(hào)星升空后，中國(guó)宣布“北斗三號(hào)”基本系統(tǒng)開始提供全球服務(wù)。
都是“三代”，似乎美國(guó)的GPS IIIA星也沒有什么大不了的。
美國(guó)空軍對(duì)于使用“獵鷹9”火箭發(fā)射GPS衛(wèi)星本來是毫無心理障礙，畢竟這種衛(wèi)星是需要大量發(fā)射的……然而，也正是因?yàn)?ldquo;獵鷹9”麻煩不斷，發(fā)射延遲了大半年
GPS III衛(wèi)星可以說是美國(guó)在導(dǎo)航定位領(lǐng)域進(jìn)一步鞏固地位，擴(kuò)大優(yōu)勢(shì)，重奪技術(shù)制高點(diǎn)的關(guān)鍵所在
某種意義上說，這也確實(shí)沒什么大不了的，因?yàn)檫@次發(fā)射的意義，對(duì)于美國(guó)而言，更多的是讓GPS系統(tǒng)在技術(shù)水平上追平北斗和伽利略等后起之秀，所以說也可以視為“MAGA”的一部分，才會(huì)受到這么多的重視。
盡管發(fā)射計(jì)劃因故推遲兩次(原定于18日的發(fā)射計(jì)劃，后來被兩度延遲)，但這不還是射上去了不是?
導(dǎo)航戰(zhàn)
理解美方對(duì)于GPS Block IIIA的迫切心理，需要從美軍二十余年來一直倡導(dǎo)的“導(dǎo)航戰(zhàn)”(Navigation War，縮寫為NAVWAR)概念談起。
導(dǎo)航戰(zhàn)概念始于1997年，正是第五次臺(tái)海危機(jī)平息后的不久。危機(jī)高潮階段，人民解放軍曾兩次(1995年7月21-28日、1996年3月8-25日)舉行大規(guī)模演習(xí)。在此期間，人民解放軍第二炮兵部隊(duì)(現(xiàn)已更名為“人民解放軍火箭軍”)，曾數(shù)度利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的支持，展示了其通過無準(zhǔn)備發(fā)射陣位快速發(fā)射短程導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)突襲特定目標(biāo)的能力。
導(dǎo)航戰(zhàn)的主導(dǎo)思想，可歸納為為3個(gè)以字母P為首字的單詞：保護(hù)(Protection)、防止(Prevention)和保持(Preservation)。所謂保護(hù)，即保護(hù)美國(guó)和盟國(guó)對(duì)GPS的軍事應(yīng)用;而防止，要求實(shí)現(xiàn)防止敵方利用GPS系統(tǒng);最后這個(gè)保持，是建立在前兩個(gè)幾乎上的，保持民用無線電導(dǎo)航的和平利用。
在第五次臺(tái)海危機(jī)中，解放軍二炮部隊(duì)展示了其快速火力突襲實(shí)力，但也證明了其高度依賴GPS系統(tǒng)支持的問題，決定了該戰(zhàn)術(shù)在面對(duì)美方干涉時(shí)的脆弱性。而站在美軍的角度，自然也很容易就得出“控制GPS就掌控了局勢(shì)”這一結(jié)論。而相比之下，俄羅斯擁有蘇聯(lián)時(shí)代就開始規(guī)劃建設(shè)的“格洛納斯”系統(tǒng)，那么美國(guó)當(dāng)時(shí)這個(gè)“3P”究竟劍指何人，不言自明。
中國(guó)從東風(fēng)-15A導(dǎo)彈開始使用衛(wèi)星校正慣性制導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)，大幅度提高了精度，降低了反應(yīng)時(shí)間，但在當(dāng)時(shí)中國(guó)只能依靠GPS和格洛納斯，而這其中俄羅斯的格洛納斯因?yàn)槎嗄隂]有補(bǔ)充衛(wèi)星發(fā)射，相當(dāng)不靠譜……
隨著導(dǎo)航戰(zhàn)的提出，對(duì)GPS系統(tǒng)的保護(hù)乃至于靈活運(yùn)用，逐漸成為了美國(guó)進(jìn)行世界干涉的主要手段之一。1999年5月，印度和巴基斯坦圍繞克什米爾的卡吉爾地區(qū)沖突期間，美方就曾關(guān)閉過該地區(qū)的GPS服務(wù)。而在自2010年延續(xù)至今的敘利亞戰(zhàn)爭(zhēng)中，美方同樣多次故技重施。雖然當(dāng)時(shí)已接近部署完成的GPS BlockⅡ系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上沒有考慮關(guān)閉特定區(qū)域服務(wù)的問題，但系統(tǒng)控制方仍舊能通過復(fù)雜的后臺(tái)操作實(shí)現(xiàn)關(guān)閉特定區(qū)域信號(hào)的操作。
(編者注：由于GPS信號(hào)分軍碼和民碼兩個(gè)部分，因此美國(guó)的“對(duì)手”實(shí)際上一般是用民碼來“借用”GPS信號(hào)的，因此也有一部分專家認(rèn)為，美國(guó)目前主要通過對(duì)特定區(qū)域的信號(hào)進(jìn)行干擾來降低導(dǎo)航精度，甚至讓民用接收機(jī)無法工作——究竟美國(guó)能否直接通過衛(wèi)星“關(guān)閉”特定區(qū)域的GPS II信號(hào)服務(wù)，目前尚有爭(zhēng)論。)
而隨著導(dǎo)航戰(zhàn)概念的提出，操縱GPS信號(hào)逐漸發(fā)展成為日后美國(guó)干涉世界事務(wù)的基本伎倆之一。
盡管印巴當(dāng)時(shí)都沒有裝備GPS引導(dǎo)的武器，但是炮兵、空軍都已經(jīng)廣泛使用GPS來輔助進(jìn)行導(dǎo)航定位，GPS信號(hào)精度的大幅度乃至消失下降導(dǎo)致雙方的作戰(zhàn)能力都不同程度受到影響，再加上克什米爾的高原氣候影響，常規(guī)非制導(dǎo)彈藥的彈道都變得難以預(yù)測(cè)，印度空軍對(duì)巴基斯坦的空中打擊效率大降，最后靠激光制導(dǎo)炸彈才成功端掉巴基斯坦若干碉堡
盡管這種不分對(duì)象(實(shí)際上也無法區(qū)分對(duì)象)拒絕特定地區(qū)GPS服務(wù)的方式，將會(huì)對(duì)飛經(jīng)該地區(qū)以及周邊毫無準(zhǔn)備的民用航空器、船舶等構(gòu)成嚴(yán)重威脅，但在國(guó)家利益需要這個(gè)前提下，美軍顯然樂于實(shí)施這種無需要己方派遣一兵一卒，但又能深刻影響地區(qū)局勢(shì)的“軟”手段。
那么，在GPS II系統(tǒng)上沒有考慮的設(shè)計(jì)，在GPS III上是否就可以從設(shè)計(jì)之初就考慮呢?
據(jù)一些報(bào)道指出，美國(guó)近年來頻繁在本國(guó)進(jìn)行大范圍GPS干擾試驗(yàn)。但是其中一些“干擾”的范圍實(shí)在是過于廣大，以至于很難用通常理解的“干擾”來解釋——維持那樣巨大的干擾范圍，可能需要一個(gè)中型火力發(fā)電站專門為干擾機(jī)供電。這是否就是在進(jìn)行我們前面提到的，關(guān)閉特定區(qū)域GPS服務(wù)的相關(guān)技術(shù)，就很值得玩味了?；诖?，一個(gè)合理的推斷是，GPS III衛(wèi)星設(shè)計(jì)上就會(huì)有這方面的考慮。
當(dāng)然，如果將導(dǎo)航戰(zhàn)理解為廣義上的對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行干擾和操縱，來實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)目的的手段，GPS II系統(tǒng)也確實(shí)有缺陷。
美國(guó)和北約對(duì)于在沖突中防止對(duì)方利用GPS信號(hào)的態(tài)度非常明確
2011年12月4日，伊朗方面就曾利用干擾和虛假信號(hào)等手段，俘獲了一架美制RQ-170“哨兵”隱身無人偵察機(jī)。據(jù)信，伊朗軍方通過偽造GPS信號(hào)，或者壓制GPS信號(hào)的方法，欺騙了無人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)，使其錯(cuò)誤判斷自身位于安全的“己方空域”而自投羅網(wǎng)。
據(jù)此后陸續(xù)公開的報(bào)道稱，伊朗方面能獲得如此斬獲，主要?dú)w功于從俄羅斯進(jìn)口的“汽車場(chǎng)”主動(dòng)干擾系統(tǒng)。也正因?yàn)榇?，之后的日子里，美?guó)乃至北約方面但凡有風(fēng)吹草動(dòng)導(dǎo)航失靈，必指責(zé)“俄國(guó)干擾”。最近挪威就在其護(hù)衛(wèi)艦撞油輪沉沒后，指責(zé)俄羅斯對(duì)GPS信號(hào)的干擾是事故根源。
GPS Block IIIA新在何處
美國(guó)對(duì)其新一代GPS系統(tǒng)的主要希望，可以歸納為如下三點(diǎn)：
1.基于“導(dǎo)航戰(zhàn)”的需要，新的衛(wèi)星必須有更高的發(fā)射功率以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的抗干擾能力，據(jù)稱GPSIII的軍民碼地面信號(hào)強(qiáng)度均有著數(shù)倍的增強(qiáng)。此外為了滿足國(guó)家戰(zhàn)略需要，新系統(tǒng)的可控性必須更強(qiáng)，可以選擇性地關(guān)閉特定區(qū)域的導(dǎo)航信號(hào)(二代星也可能具有該功能，但實(shí)現(xiàn)過程非常繁瑣，而三代星從設(shè)計(jì)之初應(yīng)該就有相應(yīng)考慮。;
GPSIII衛(wèi)星所使用的軍碼和民碼信號(hào)功率比此前將翻倍的增長(zhǎng)
2.具備雙向數(shù)據(jù)傳輸能力，組網(wǎng)后配合新的雙向客戶端可以利用GPS衛(wèi)星進(jìn)行短數(shù)據(jù)包傳輸;
(編者注：按美國(guó)公開資料說法，GPS IIIA衛(wèi)星具備雙天線系統(tǒng)，其中一個(gè)天線向其希望提高導(dǎo)航精度和抗干擾性的區(qū)域——直徑約數(shù)百公里——發(fā)射指向性波束，在這一地區(qū)的軍碼接收機(jī)上，將顯示出兩枚處于同一位置的GPS導(dǎo)航衛(wèi)星，從而大幅度提高抗干擾性，并進(jìn)一步提高定位精度，這種工作模式僅供軍碼使用)
3.新一代GPS衛(wèi)星將被納入國(guó)際民用衛(wèi)星定位體系，用戶采用新一代標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的用戶端接收機(jī)，即可獲得其他類似系統(tǒng)的支持，例如如歐洲的“伽利略”系統(tǒng)等，進(jìn)一步提高定位精度(極限情況下可高至水平1米、高程1米級(jí)別);
GPSIII衛(wèi)星研制階段提出的若干方向
當(dāng)然，在上述三點(diǎn)有一個(gè)不可脫離的大前提——低成本。即可不對(duì)現(xiàn)有體系進(jìn)行大的改變，以避免費(fèi)用超支。
關(guān)于GPS III衛(wèi)星的三種新民碼和一種新軍碼標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)介紹，已經(jīng)有不少文章提及，在這里不做贅述。但簡(jiǎn)而言之，GPS Block IIIA衛(wèi)星能發(fā)出更強(qiáng)且更難被干擾的信號(hào)。
這樣的新功能可以避免RQ-170的尷尬，或者更糟糕的情況出現(xiàn)。據(jù)洛克希德·馬丁公司稱，其扛干擾能力較GPS BlockⅡF提高了8倍。
同時(shí)，由GPS Block IIIA衛(wèi)星構(gòu)成的系統(tǒng)很可能有專門“關(guān)閉功能”，使控制方能任意設(shè)定衛(wèi)星在通過某些軌道區(qū)域時(shí)不發(fā)出包含自身坐標(biāo)位置的授時(shí)信號(hào)，拒絕該區(qū)域的定位服務(wù)。
如果說增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度、提供專設(shè)的關(guān)閉服務(wù)功能界面這些，只是二代GPS衛(wèi)星功能的增強(qiáng)，那么本次在GPS Block IIIA上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)上行能力，則堪稱一項(xiàng)重大變革——然而卻不是創(chuàng)新。
在此之前，無論是GPS的一代還是二代星，均為只具備信號(hào)發(fā)射功能。一旦第三代GPS衛(wèi)星完成組網(wǎng)，用戶可通過新的雙向客戶端，通過導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)短數(shù)據(jù)的交互。盡管沒有證據(jù)證明，該功能是美軍參考了“北斗”之后才專門添加的，但這確實(shí)是美軍在GPS III衛(wèi)星研制過程中就已經(jīng)明確提出的設(shè)計(jì)要求。
該系統(tǒng)要求GPS III系統(tǒng)具備進(jìn)行高速上行下行和并行通信機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)“接通一顆星=接通全部星”的能力，這實(shí)際上和“北斗”的短報(bào)文功能功能概念相近。
中國(guó)空軍在上世紀(jì)90年代采購了一批LS-6系列衛(wèi)星制導(dǎo)炸彈，但數(shù)量很少，因?yàn)槠涫褂肎PS格洛納斯信號(hào)，在未來沖突環(huán)境下無法保證制導(dǎo)信號(hào)
有消息指出，從2019年開始，中國(guó)空軍將鋪開裝備新一代制導(dǎo)彈藥，這些彈藥大多使用北斗衛(wèi)星信號(hào)
當(dāng)然，具備雙向數(shù)據(jù)通訊能力并不等于只能發(fā)送短信，北斗的短報(bào)文功能也從不僅局限于發(fā)送短信。這種用戶-衛(wèi)星間通信主要是一種提高軍用定位系統(tǒng)精度和抗干擾性的技術(shù)，不過在一些用戶手中，這種功能也有新的用途。
例如，此前就有資料提到，解放軍現(xiàn)役某型導(dǎo)彈的偵察彈頭，就通過北斗衛(wèi)星的信道回傳圖像信號(hào)，以快速回傳偵察結(jié)果，供指揮部判讀導(dǎo)彈突擊的效果。
這也說明，盡管軍方并不缺少數(shù)據(jù)傳輸途徑，但誰也不會(huì)介意能夠多一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和傳遞手段。所以，相信該功能美軍同樣會(huì)善加利用。
新的起跑線
相當(dāng)一段時(shí)間以來，在軌提供服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，一只手即可數(shù)遍：
目前覆蓋全球的衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括美國(guó)的“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”(GPS)、俄羅斯的 “格洛納斯”(俄語的“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”的音譯，縮寫GLONASS)，以及剛剛投入使用的“北斗三號(hào)”系統(tǒng)。
而地區(qū)性的有中國(guó)部署的“北斗二號(hào)”、日本的“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”，以及印度的“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”(IRNSS)。
在這里，筆者想歐洲的“伽利略”系統(tǒng)拉出來單獨(dú)說。
因?yàn)樵谙喈?dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，該系統(tǒng)除了少數(shù)試驗(yàn)星在軌外，想要實(shí)際部署還面臨無數(shù)的扯皮和甩鍋。
“北斗”和“伽利略”之間的故事眾所周知，這里不需要再復(fù)述一遍?？傊谥袊?guó)退出合作后，北斗系統(tǒng)突飛猛進(jìn)的刺激下，歐洲方面表現(xiàn)出了較為激烈的反應(yīng)—— “伽利略”系統(tǒng)各合作方之間的互撕被迅速平息，各方開始踏踏實(shí)實(shí)推進(jìn)衛(wèi)星的部署工作。
截止2018年8月初，伽利略系統(tǒng)已部署26顆在軌衛(wèi)星，距離計(jì)劃中的30顆衛(wèi)星目標(biāo)已相差無幾，具備了向全球范圍提供定位服務(wù)的能力。可以說對(duì)于歐洲來說這也是個(gè)了不起的成就了。
相較之下，美方的GPS Block IIIA似乎流年不利，從最初計(jì)劃的2012-2013年開始發(fā)射部署一直推遲了整整5年。
不過，我們固然應(yīng)當(dāng)看到和肯定“北斗”的成績(jī)，但我們同樣更應(yīng)該了解問題：現(xiàn)階段，北斗系統(tǒng)較之第三代GPS，還存在一定的差距。
北斗三號(hào)系統(tǒng)并不是中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的終點(diǎn)，它依然只是一個(gè)開端
按照部署計(jì)劃，2020年以后全部35顆北斗三代衛(wèi)星(27顆中地球軌道衛(wèi)星、5顆同步軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星)入軌以后，北斗系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的高低和水平范圍2.5至5米精度定位(民用為±10米級(jí)別)，測(cè)速精度實(shí)現(xiàn)±0.2米/秒級(jí)，授時(shí)精度將達(dá)到20納秒級(jí)別，作為其特色的短報(bào)文長(zhǎng)度也大為增加。
“北斗”的導(dǎo)航精度數(shù)據(jù)能夠基本滿足軍用需要，但在民用領(lǐng)域，較之第三代GPS仍存相當(dāng)?shù)牟罹?，而這也是為什么GPS目前仍是各種導(dǎo)航設(shè)備首選的原因——畢竟5-10米的位置漂移，將使得地面系統(tǒng)難以準(zhǔn)確判定用戶當(dāng)前行駛在哪根車道內(nèi)。
想要在設(shè)備供應(yīng)商那邊搶走GPS的飯碗，需要系統(tǒng)的的支持。北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)(CORS)，是由國(guó)家北斗辦主導(dǎo)建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重要的地面基礎(chǔ)設(shè)施，通過系統(tǒng)遍布全國(guó)的基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)接收目前在軌的多種導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)，通過專網(wǎng)傳至國(guó)家北斗數(shù)據(jù)處理中心，由部署在數(shù)據(jù)中心的千尋平臺(tái)軟件解算并實(shí)時(shí)播發(fā)差分?jǐn)?shù)據(jù)，用戶可根據(jù)需要獲取實(shí)時(shí)亞米級(jí)、厘米級(jí)、甚至是毫米級(jí)精度的位置服務(wù)。
目前，該系統(tǒng)正在全國(guó)范圍內(nèi)加速部署。而隨著該系統(tǒng)的大量啟用，“北斗”的定位精度將可與GPS相媲美，真正實(shí)現(xiàn)在交通路況這一最大的商業(yè)領(lǐng)域內(nèi)與之競(jìng)爭(zhēng)的能力。
從我們前面的幾項(xiàng)比較，我們可以看出，單純說技術(shù)水平，“北斗三號(hào)”在精度上比GPS III還有一定差距，可能對(duì)民用領(lǐng)域有較大的影響——但是，由于現(xiàn)代社會(huì)高度依賴導(dǎo)航定位系統(tǒng)，所以作為一個(gè)獨(dú)立的世界大國(guó)，如果不能掌握完整的，安全的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，那是非常危險(xiǎn)的，尤其是GPS III很可能具備方便實(shí)現(xiàn)定向關(guān)閉功能的情況下——等于美國(guó)捏住了任何依賴GPS 系統(tǒng)國(guó)家的重要命脈。
所以，GPS III系統(tǒng)，好是好，但那畢竟不是自家的。況且，北斗系統(tǒng)并非沒有提高精度的解決方案，未來在商業(yè)領(lǐng)域，兩邊的還是能競(jìng)爭(zhēng)的。當(dāng)然，美國(guó)GPS系統(tǒng)因?yàn)檫\(yùn)行多年，在商業(yè)方面自然更掌握先機(jī)，肯定會(huì)采用很多方法對(duì)北斗進(jìn)行打壓，這也是未來我們不得不多加小心的事情。
