□ 龐 征

推遲多年的歐洲“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星項(xiàng)目的首批2顆“伽利略-在軌驗(yàn)證”導(dǎo)航衛(wèi)星于2011年10月21日由俄新型的聯(lián)盟-2-1b火箭（也稱聯(lián)盟 VS01）送至距地球23600千米的軌道，這也是俄羅斯火箭首次在法國(guó)庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空。2顆衛(wèi)星分別以歐盟舉辦的伽利略兒童繪畫大賽獲獎(jiǎng)?wù)摺?1歲比利時(shí)兒童Thijs和9歲保加利亞兒童Natalia的名字命名。此前，歐洲在2005年和2008年發(fā)射過(guò)2顆“伽利略”導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星。

按照目前的計(jì)劃，到2014年，歐洲將發(fā)射另外14顆“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星，從而初步形成衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)能力。至2019年，將完成全部30顆衛(wèi)星的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，可提供10個(gè)右旋圓極化的導(dǎo)航信號(hào)和1個(gè)搜救信號(hào)。

意義重大

由歐盟領(lǐng)銜研制的“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是世界上第一個(gè)完全向民用開放的全球性衛(wèi)星定位系統(tǒng)，具有很高的水平。它既可為公眾提供基本信號(hào)，也能為政府和軍方提供高度保密的信號(hào)，最終建成與GPS和GLONASS兼容、能提供局部輔助信息和搜索信息業(yè)務(wù)、綜合性能優(yōu)于現(xiàn)行GPS的獨(dú)立民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

建造“伽利略”是歐洲整體政策的重要組成部分，主要考慮政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)四大要素：在政治上它能體現(xiàn)歐洲的獨(dú)立和自主、加強(qiáng)歐洲的凝聚力和向心力、擴(kuò)大歐洲的世界影響、顯示其實(shí)力；在經(jīng)濟(jì)上它可分享全球的衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)，在產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的任何環(huán)節(jié)上具備全球競(jìng)爭(zhēng)力，提高交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的效率，并增加高技術(shù)人員的就業(yè)崗位；在社會(huì)方面它能為大眾提供更好的、新的服務(wù)，改進(jìn)運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性，有利于降低環(huán)境污染；在技術(shù)上它可使歐洲的相關(guān)產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上居于技術(shù)領(lǐng)先地位，并實(shí)現(xiàn)一系列技術(shù)的綜合探索和發(fā)展。

“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始運(yùn)行后，有望極大改進(jìn)太空授時(shí)和導(dǎo)航信號(hào)的有效性和精確度，用戶可以更快、更穩(wěn)定、更精確地接收到信號(hào)。另外，“伽利略”所提供的基礎(chǔ)服務(wù)是免費(fèi)的，收費(fèi)的高精度數(shù)據(jù)將提供給付費(fèi)用戶和軍方使用。

它比GPS及GLONASS更加精確和商業(yè)化，可提供服務(wù)的范圍涵蓋運(yùn)輸導(dǎo)航（航天運(yùn)輸、空運(yùn)、海運(yùn)、河運(yùn)和陸地運(yùn)輸）、應(yīng)用科學(xué)（大地測(cè)量、制圖、海洋學(xué)、地球物理學(xué)、土地規(guī)劃、地質(zhì)學(xué)、礦物開采、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)）、其他科學(xué)與軍事領(lǐng)域等。

“伽利略”系統(tǒng)能提供5種基本的服務(wù)方式：開放服務(wù)，商業(yè)服務(wù)，生命安全服務(wù)，公共管理服務(wù)，搜救服務(wù)。

攜帶2顆歐洲“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星的聯(lián)盟火箭從法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空

首批2顆“伽利略-在軌驗(yàn)證”導(dǎo)航衛(wèi)星在軌工作示意圖

首批2顆“伽利略-在軌驗(yàn)證”導(dǎo)航衛(wèi)星運(yùn)至發(fā)射區(qū)

可以說(shuō)，歐洲“伽利略”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是歐洲航天產(chǎn)業(yè)的旗艦項(xiàng)目，它的成功關(guān)系著歐盟在國(guó)際高科技領(lǐng)域的地位。更重要的是，歐洲將從此擁有自己的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，打破美國(guó)GPS的壟斷，為建設(shè)歐洲獨(dú)立防務(wù)創(chuàng)造條件，極大提升歐盟的國(guó)際地位。

由于無(wú)論從經(jīng)濟(jì)還是安全角度來(lái)說(shuō)，“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)歐洲都十分重要，為此，2002年3月26日，歐盟正式批準(zhǔn)了“伽利略”項(xiàng)目；2003年3月，歐盟開始實(shí)施“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的建造計(jì)劃。

歐洲議會(huì)2011年9月13日通過(guò)一項(xiàng)計(jì)劃，批準(zhǔn)了歐盟“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)作細(xì)節(jié)。根據(jù)這項(xiàng)計(jì)劃，“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將兼顧國(guó)防與民用目的。根據(jù)歐洲議會(huì)批準(zhǔn)的這個(gè)計(jì)劃，將從2014年啟用的“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在為民用車輛與船舶提供衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的同時(shí)，也將為歐盟國(guó)家的警察與軍隊(duì)提供衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，并為重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施、交通系統(tǒng)、緊急搜救等提供服務(wù)。因此，“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必須提供高精準(zhǔn)和高可靠性的信號(hào)。這一計(jì)劃還確定了開發(fā)與此相關(guān)的導(dǎo)航設(shè)備、軟件及服務(wù)商的條件。

好事多磨

“伽利略”計(jì)劃基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段總耗資約34億歐元，如何分配這個(gè)大“蛋糕”曾是歐盟的一個(gè)難題，各國(guó)也都為了本國(guó)的公司能夠多分一杯羹而爭(zhēng)吵不斷。這一多國(guó)合作項(xiàng)目發(fā)展一直不夠順利，先是第一階段計(jì)劃超支，然后是參加國(guó)之間利益分配問(wèn)題及“伽利略”商業(yè)運(yùn)作模式如何實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，使得“伽利略”計(jì)劃滯后了近6年。因此，歐盟委員會(huì)不得不將整個(gè)項(xiàng)目拆成小的分包合同，并且制定了詳細(xì)的項(xiàng)目合同分配方案，確保項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中的公平性。

2008年4月23日，歐盟立法機(jī)構(gòu)——?dú)W洲議會(huì)通過(guò)了“伽利略”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最終部署方案：2008～2013年為建設(shè)階段，2013年以后為運(yùn)行階段。

“伽利略”計(jì)劃的所有項(xiàng)目合同被分為衛(wèi)星、火箭、計(jì)算機(jī)程序、地面站、控制站和系統(tǒng)運(yùn)行6大類，供歐盟國(guó)家的公司競(jìng)標(biāo)。為了降低風(fēng)險(xiǎn)并增加靈活性，歐盟已經(jīng)采取了雙源策略，規(guī)定任何一家公司不能成為超過(guò)2類合同的主承包商，而每種產(chǎn)品都必須有2家不同的供應(yīng)商。這些措施為控制伽利略計(jì)劃的預(yù)算起到很好的作用，同時(shí)，也擴(kuò)大了高科技戰(zhàn)略的輻射作用。

除了內(nèi)憂之外，“伽利略”計(jì)劃還有外患。美國(guó)為了保持衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)的巨額壟斷利潤(rùn)，維護(hù)自身在軍事高科技領(lǐng)域的霸主地位，一手主導(dǎo)太空秩序，對(duì)“伽利略”計(jì)劃的實(shí)施曾百般刁難。經(jīng)過(guò)美方多次施壓，歐盟被迫作出重大讓步，與美國(guó)在2004年達(dá)成協(xié)議，確保GPS和“伽利略”2個(gè)系統(tǒng)能夠兼容，且GPS優(yōu)先于“伽利略”系統(tǒng)。

由30顆衛(wèi)星組成的“伽利略”星座

首批2顆“伽利略-在軌驗(yàn)證”導(dǎo)航衛(wèi)星與火箭Fregat上面級(jí)分離

測(cè)試“伽利略-在軌驗(yàn)證”導(dǎo)航衛(wèi)星

特點(diǎn)突出

“伽利略”星座包括30顆（其中3顆為備份星）衛(wèi)星，這些衛(wèi)星平均分布在軌道高度約為23616千米、傾角56°、相互間隔120°的3個(gè)傾斜軌道面上，每個(gè)軌道面部署9顆工作星和1顆在軌備份星，衛(wèi)星運(yùn)行周期為14小時(shí)4分鐘。它提供全球連續(xù)覆蓋，地面最多可見衛(wèi)星數(shù)達(dá)13顆。每顆衛(wèi)星的發(fā)射重量是625千克，功耗1.5千瓦，尺寸2.7米×1.2米×1.1米，壽命15年。其中導(dǎo)航載荷重113千克，功率808瓦，裝有直徑1.5米的全球波束天線和2對(duì)用于產(chǎn)生時(shí)標(biāo)的銣鐘及氫脈沖鐘；搜索救援載荷重15千克，功率50瓦，采用螺旋天線。歐洲將建2個(gè)地面控制中心對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)控，一個(gè)負(fù)責(zé)控制衛(wèi)星運(yùn)作，一個(gè)負(fù)責(zé)管理導(dǎo)航系統(tǒng)。

該衛(wèi)星系統(tǒng)既有與GPS相同之處，也有與GLONASS一樣的地方。例如，歐洲與美國(guó)都重視地面應(yīng)用，都采用碼分多址來(lái)區(qū)分衛(wèi)星，各衛(wèi)星以相同的頻率發(fā)射信號(hào)，其軌道測(cè)定方法也相同，即均在全球部署地面跟蹤測(cè)軌監(jiān)測(cè)網(wǎng)；但在衛(wèi)星的入軌方式和星座優(yōu)化設(shè)計(jì)上，歐洲又與俄羅斯一樣，擬采用“一箭多星”的方式直接入軌，均用3個(gè)軌道面均勻分布的對(duì)稱星座設(shè)計(jì)。

雖然“伽利略”與GPS、GLONASS都采用時(shí)間測(cè)距原理進(jìn)行導(dǎo)航定位，但它比后兩者有較大的不同和一些優(yōu)越性。例如，“伽利略”星座的衛(wèi)星數(shù)量多，軌道位置高，軌道面少，其覆蓋面積是GPS的2倍，所以可為更廣泛的人群提供衛(wèi)星導(dǎo)航，而且精確度更高，抗干擾性更強(qiáng)。

“伽利略”可為地面用戶提供免費(fèi)使用的信號(hào)、加密且需交費(fèi)使用的信號(hào)、加密且需滿足更高要求的信號(hào)等多種信號(hào)，且精度依次提高，最高精度比目前的GPS高10倍左右，即使是免費(fèi)使用的信號(hào)精度也達(dá)到6米。

由于“伽利略”的定位精度高，因此通過(guò)“伽利略”系統(tǒng)，汽車和火車可以在沒司機(jī)的情況下自動(dòng)行駛；飛機(jī)能在任何機(jī)場(chǎng)降落；輪船即使在大霧中也可以安全航行等等。有人稱，通過(guò)GPS只能找到街道，而利用“伽利略”則能找到車庫(kù)門。

“伽利略”系統(tǒng)衛(wèi)星區(qū)分也采用碼分多址技術(shù)，各衛(wèi)星以相同的頻率發(fā)射信號(hào)。系統(tǒng)的載波頻段分別與GPS的L5和L1頻段、GLONASS的L3頻段重疊，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)之間民用信號(hào)相互兼容?！百だ浴钡慕邮諜C(jī)可以采集各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或者通過(guò)各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航的要求。除了能提供精確的定位信號(hào)外，它還可為移動(dòng)電話業(yè)務(wù)服務(wù)，故能用于救生行動(dòng)，如接收到失事飛機(jī)的求救信號(hào)后快速通知附近的救援部門。這些都是GPS望塵莫及的，對(duì)此，美國(guó)驚恐萬(wàn)分，并一直橫加阻撓。

“伽利略”和GPS的最大區(qū)別在于，它完全從民用出發(fā)，由非軍方控制和管理，所以可提供有保證的服務(wù)。一旦危機(jī)或者戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)生，美國(guó)完全有理由以“國(guó)家安全”為由停止所有GPS服務(wù)，而“伽利略”則完全能夠保證服務(wù)，并且具有一些GPS相對(duì)薄弱的功能。比如，“伽利略”具備完善的搜索救援系統(tǒng)，徒步旅行者或者航海者一旦在海上、沙漠等地方迷失方向，如果攜帶“伽利略”接收機(jī)，就可以及時(shí)聯(lián)系呼叫中心進(jìn)行救援。

不過(guò)，歐盟委員會(huì)負(fù)責(zé)交通的委員雅克·巴羅曾表示，將考慮開放“伽利略”的軍事用途，認(rèn)為它僅作為民用在將來(lái)是行不通的，因?yàn)闅W洲的軍隊(duì)如果連導(dǎo)航定位系統(tǒng)都沒有的話，什么也干不了。媒體分析認(rèn)為，“伽利略”用于軍事將有助于歐盟彌補(bǔ)投資缺口。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，它將幫歐洲壯大軍力，更好地為外交服務(wù)，因此得到法國(guó)等國(guó)家的支持。

利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)能精耕細(xì)作

準(zhǔn)備發(fā)射首批2顆“伽利略-在軌驗(yàn)證”導(dǎo)航衛(wèi)星的俄羅斯聯(lián)盟 VS01火箭

安裝在聯(lián)盟-FG火箭頭錐部的第1顆“伽利略”導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星GIOVE-A

開路先鋒

與美國(guó)、蘇聯(lián)和中國(guó)一樣，歐洲也是從導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星起步。2005年12月28日，歐洲發(fā)射了第1顆名叫GIOVE-A的“伽利略”導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星。它由英國(guó)薩瑞衛(wèi)星技術(shù)有限公司制造，其主要任務(wù)包括技術(shù)驗(yàn)證、實(shí)時(shí)廣播與高精度授時(shí)的可行性演示、伽利略系統(tǒng)頻率占用、描述地球中軌的電磁波環(huán)境特征等。

其發(fā)射質(zhì)量為600千克，運(yùn)作功率700瓦，兩塊長(zhǎng)4.54米的太陽(yáng)能電池板。它可提供從太空采集的首組“伽利略”導(dǎo)航信號(hào)，用于測(cè)試“伽利略”定位系統(tǒng)使用的通信頻率，并在軌道上進(jìn)行多項(xiàng)信號(hào)測(cè)試，在“伽利略”預(yù)定軌道評(píng)估輻射環(huán)境并協(xié)助解決國(guó)際無(wú)線電通信校準(zhǔn)問(wèn)題。該衛(wèi)星還將試驗(yàn)包括銣原子鐘和1個(gè)信號(hào)發(fā)生器在內(nèi)的多種關(guān)鍵技術(shù)，測(cè)量軌道的物理參數(shù)以及未來(lái)“伽利略”星座將要運(yùn)作的特殊環(huán)境。利用位于23616千米圓形軌道、傾斜角為56°的GIOVE-A衛(wèi)星，能夠獲取“伽利略”技術(shù)論證所需的初期試驗(yàn)信號(hào)，并檢驗(yàn)將來(lái)在太空環(huán)境中運(yùn)行“伽利略”衛(wèi)星所需的關(guān)鍵技術(shù)。GIOVE-A能夠保證確認(rèn)衛(wèi)星的穩(wěn)定性，但是對(duì)于電磁環(huán)境方面的研究存在不足。

據(jù)歐洲航天局網(wǎng)站2010年12月28日?qǐng)?bào)道，設(shè)計(jì)使用壽命為27個(gè)月的GIOVE-A已經(jīng)在太空工作了5年，狀態(tài)依舊良好。除了設(shè)計(jì)合理，這顆衛(wèi)星的“長(zhǎng)壽”也有運(yùn)氣的成分，因?yàn)樗\(yùn)行的5年正值太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)平靜的階段，這意味著它受到的宇宙輻射大大低于預(yù)期，損毀的程度也相對(duì)小。GIOVE-A在兼容性和精確度等設(shè)計(jì)方面都優(yōu)于當(dāng)時(shí)美國(guó)的GPS。只是其后“伽利略”計(jì)劃被一再延期，原本領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)才被更新?lián)Q代的GPS所超越。

由于個(gè)別部件曾出現(xiàn)問(wèn)題，歐洲第2顆“伽利略”導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星GIOVE-B衛(wèi)星的發(fā)射被推遲了將近一年。2008年4月27日發(fā)射的GIOVE-B技術(shù)更加先進(jìn)，所傳輸?shù)氖菍掝l導(dǎo)航信號(hào)。它比GIOVE-A稍大且復(fù)雜，衛(wèi)星平臺(tái)和有效載荷狀態(tài)非常接近于未來(lái)30顆衛(wèi)星組網(wǎng)的“伽利略”星座的衛(wèi)星，用于繼續(xù)試驗(yàn)“伽利略”計(jì)劃的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

GIOVE-B自身質(zhì)量為530千克，功率為940瓦，雙翼展長(zhǎng)各為4.34米，攜帶了2臺(tái)精確度極高的小型銣原子鐘，其每天的運(yùn)轉(zhuǎn)誤差不超過(guò)2納秒。該衛(wèi)星還首次裝配了1臺(tái)更為精確的被動(dòng)型氫原子微波激射器鐘，其每天的運(yùn)轉(zhuǎn)誤差在1納秒以下，穩(wěn)定性比原子鐘更佳，是地球軌道上運(yùn)行的最穩(wěn)定的鐘。

此外，這顆導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星還攜帶了1臺(tái)輻射檢測(cè)儀和1臺(tái)激光反轉(zhuǎn)反射器，前者能探明衛(wèi)星運(yùn)行軌道上的太空輻射環(huán)境，后者負(fù)責(zé)精確測(cè)量衛(wèi)星的對(duì)地高度。

GIOVE-B的信號(hào)發(fā)射單元經(jīng)由L波段相控陣天線，在3個(gè)獨(dú)立的頻率廣播上提供典型的“伽利略”信號(hào)，旨在完整覆蓋衛(wèi)星之下可見的地球。除了進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，GIOVE-B接管了GIOVE-A任務(wù)，確保“伽利略”頻率。GIOVE-A目前接近運(yùn)行壽命終點(diǎn)。

歐洲第2顆試驗(yàn)導(dǎo)航衛(wèi)星GIOVE-B在軌運(yùn)行示意圖

“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星在軌飛行示意圖

重要進(jìn)展

2009年，歐盟對(duì)“伽利略”系統(tǒng)的管理方式進(jìn)行了較大調(diào)整。一是調(diào)整了“伽利略”監(jiān)管機(jī)構(gòu)的職責(zé)。“伽利略”監(jiān)管機(jī)構(gòu)被重新命名為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)局，職責(zé)從“伽利略”計(jì)劃的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闅W洲委員會(huì)的下屬輔助機(jī)構(gòu)，主要任務(wù)是開展“伽利略”的市場(chǎng)研究和推廣并進(jìn)行安全審查。二是改變了投資模式，終結(jié)了2007年采取的公私伙伴關(guān)系的投、融資方式與管理模式，改為目前由公共資金（歐盟）支持“伽利略”系統(tǒng)，總投資也已從最初設(shè)想的30多億歐元增加到近50億歐元。三是成立了“伽利略”管理局，并委派前導(dǎo)航部部長(zhǎng)在2010年前負(fù)責(zé)“伽利略”計(jì)劃管理局和導(dǎo)航相關(guān)事務(wù)，以適應(yīng)歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃的新任務(wù)。四是由歐委會(huì)領(lǐng)導(dǎo)“伽利略”的開發(fā)活動(dòng)，歐盟已經(jīng)對(duì)“伽利略”系統(tǒng)進(jìn)行了全面重組，要求歐委會(huì)在歐洲航天局的協(xié)助下，領(lǐng)導(dǎo)“伽利略”基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)和實(shí)施。

2010年，經(jīng)過(guò)多方協(xié)調(diào)，歐盟委員會(huì)最終授出6個(gè)“伽利略”初始運(yùn)行能力采購(gòu)合同中的4份，多個(gè)“伽利略”系統(tǒng)的地面站和控制中心也陸續(xù)竣工。這些合同的授出意味著伽利略計(jì)劃全面啟動(dòng)了建造“伽利略”運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)施的工作，被屢次推遲并一再追加投資的“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)向2014年完成初步部署并具備初始運(yùn)行能力邁出了重要一步。

2010年1月26日，“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星計(jì)劃辦公室簽署了“伽利略”全運(yùn)行能力階段的首批3個(gè)合同。這標(biāo)志著啟動(dòng)了建造“伽利略”運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)施的工作。

此外，2010年10月6日，歐洲建成了位于南太平洋中新喀里多尼亞的監(jiān)測(cè)站，它是“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球服務(wù)網(wǎng)絡(luò)最遠(yuǎn)的站點(diǎn)之一。2010年12月13日，建成了位于瑞典北部基律納市的“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站。2010年12月20日，建成了位于意大利富奇諾的“伽利略”控制中心。

歐盟現(xiàn)已開始準(zhǔn)備研發(fā)第2代“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，計(jì)劃2020～2025年部署。