□ 廖春發(fā)

上世紀(jì)90年代中期，美國(guó)和前蘇聯(lián)歷經(jīng)20多年努力先后建成了各自的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，但在2000年后，GLONASS系統(tǒng)卻隨蘇聯(lián)的解體而處于癱瘓狀態(tài)，而美國(guó)GPS卻因在幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中的杰出表現(xiàn)和在民用中的廣泛應(yīng)用備受青睞，成為壟斷全球的霸主。進(jìn)入21世紀(jì)的前10多年時(shí)間里，歐盟、俄羅斯和中國(guó)為打破GPS的壟斷地位和出于各自的戰(zhàn)略考量，競(jìng)相投入巨資發(fā)展本國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；與此同時(shí)，美國(guó)為保持其技術(shù)上的領(lǐng)先地位和市場(chǎng)上的壟斷優(yōu)勢(shì)，也在實(shí)施導(dǎo)航戰(zhàn)策略指導(dǎo)下的GPS現(xiàn)代化計(jì)劃。在這場(chǎng)充滿航天大國(guó)間綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的全球博弈中，全球GNSS及其產(chǎn)業(yè)正從一家獨(dú)霸向四強(qiáng)并存、多系統(tǒng)兼容互操作的世界新格局發(fā)展，出現(xiàn)了類似于當(dāng)前世界格局發(fā)展的可喜變化，成為多極世界格局的縮影。當(dāng)前全球GNSS正面臨產(chǎn)業(yè)在轉(zhuǎn)型，系統(tǒng)在升級(jí)，技術(shù)要?jiǎng)?chuàng)新的戰(zhàn)略機(jī)遇期，對(duì)我國(guó)來說既是千載難逢的機(jī)遇，但更多

“四強(qiáng)爭(zhēng)霸”與“三國(guó)演義”

上世紀(jì)90年代中期，美國(guó)和前蘇聯(lián)歷經(jīng)20多年努力先后建成了各自的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，但在2000年后，GLONASS系統(tǒng)卻隨蘇聯(lián)的解體而處于癱瘓狀態(tài)，而美國(guó)GPS卻因在幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中的杰出表現(xiàn)和在民用中的廣泛應(yīng)用備受青睞，成為壟斷全球的霸主。進(jìn)入21世紀(jì)的前10多年時(shí)間里，歐盟、俄羅斯和中國(guó)為打破GPS的壟斷地位和出于各自的戰(zhàn)略考量，競(jìng)相投入巨資發(fā)展本國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；與此同時(shí)，美國(guó)為保持其技術(shù)上的領(lǐng)先地位和市場(chǎng)上的壟斷優(yōu)勢(shì)，也在實(shí)施導(dǎo)航戰(zhàn)策略指導(dǎo)下的GPS現(xiàn)代化計(jì)劃。在這場(chǎng)充滿航天大國(guó)間綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的全球博弈中，全球GNSS及其產(chǎn)業(yè)正從一家獨(dú)霸向四強(qiáng)并存、多系統(tǒng)兼容互操作的世界新格局發(fā)展，出現(xiàn)了類似于當(dāng)前世界格局發(fā)展的可喜變化，成為多極世界格局的縮影。當(dāng)前全球GNSS正面臨產(chǎn)業(yè)在轉(zhuǎn)型，系統(tǒng)在升級(jí)，技術(shù)要?jiǎng)?chuàng)新的戰(zhàn)略機(jī)遇期，對(duì)我國(guó)來說既是千載難逢的機(jī)遇，但更多

在這一新格局的驅(qū)動(dòng)下，美國(guó)用10多年時(shí)間、耗資106億美元基本完成了第二代GPS的升級(jí)換代，俄羅斯在普京的強(qiáng)力支持下也歷經(jīng)10年磨難，耗資100多億美元，終于恢復(fù)了陷于癱瘓的GLONASS系統(tǒng)；而歐盟的伽利略系統(tǒng)卻在這場(chǎng)舉世矚目的大國(guó)博弈中處于明顯的劣勢(shì)，原定2008年投入運(yùn)營(yíng)的伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)，如今僅有2顆驗(yàn)證衛(wèi)星和1顆技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星在軌運(yùn)行；中國(guó)也用10年時(shí)間建成了北斗區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，完成了從北斗雙星有源導(dǎo)航定位向無(wú)源導(dǎo)航定位的轉(zhuǎn)型。我國(guó)北斗系統(tǒng)的發(fā)展，不僅使中國(guó)在亞洲中印日區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航的“三國(guó)演義”競(jìng)爭(zhēng)中處于遙遙領(lǐng)先地位，而且在未來中、美、俄、歐GNSS四強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)中成為四分天下有其一的國(guó)家，成為中國(guó)從航天大國(guó)走向航天強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志，并在中國(guó)乃至全球市場(chǎng)的GNSS用戶終端產(chǎn)品制造、集成和服務(wù)領(lǐng)域占有重要的一席之地。

回首過去40多年GNSS的發(fā)展歷程，美國(guó)、俄羅斯和歐盟發(fā)展天基PNT系統(tǒng)中的許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)值得我們認(rèn)真汲取和反思，其中包括美國(guó)GPS現(xiàn)代化的經(jīng)驗(yàn)以及俄羅斯GLONASS起死回生的教訓(xùn)和歐洲伽利略計(jì)劃艱難曲折經(jīng)歷的反思。

GNSS或天基PNT系統(tǒng)是確保國(guó)家安全不可或缺的戰(zhàn)略性資源，獨(dú)立自主地掌握和擁有這一高新技術(shù)不是所有國(guó)家能夠做到的事情。也就是說研發(fā)和部署這一系統(tǒng)的本身已經(jīng)很困難，除了需要投入巨資外，還必須攻克一道道技術(shù)難關(guān)。而且在整個(gè)GNSS建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中，尤其是在參與兼容互操作的多邊或雙邊談判與協(xié)調(diào)中,還充滿大國(guó)間政治、軍事、經(jīng)濟(jì)、科技和外交綜合實(shí)力的博弈、對(duì)抗和競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)外發(fā)展GNSS的曲折經(jīng)歷表明：建成全球系統(tǒng)雖然很難，但要長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和最大限度地發(fā)揮其軍事、經(jīng)濟(jì)和科技效益，更是難上加難。它不僅是國(guó)家意志，尤其是一代又一代領(lǐng)導(dǎo)人意志的體現(xiàn)，更是國(guó)家綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的體現(xiàn)。為此，綜合國(guó)外發(fā)展天基PNT系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，得出以下重要結(jié)論、反思與啟示。

GLONASS衛(wèi)星星座示意圖

GPS衛(wèi)星星座

天基PNT系統(tǒng)的本質(zhì)屬性是“軍”而不是“民”更不是“商”

歐盟發(fā)展伽利略系統(tǒng)過程中遇到的種種曲折經(jīng)歷表明，盡管衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以在民用和商用領(lǐng)域已得到比軍事更廣泛的應(yīng)用，且其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益巨大，但它決不可能像商用衛(wèi)星系統(tǒng)那樣運(yùn)作和管控，也無(wú)法按歐盟預(yù)先設(shè)想的公私伙伴關(guān)系運(yùn)營(yíng)。因?yàn)樗举|(zhì)上的屬性是姓“軍，而不姓“民”，更不姓“商”。因此，這種軍民兩用系統(tǒng)只能采取由政府長(zhǎng)期穩(wěn)定投資，軍方管控的軍民結(jié)合管理體制來運(yùn)作。軍用上要確保獨(dú)立自主，民用上必須開放、透明，并與國(guó)際GNSS兼容互操作。

此外，天基PNT系統(tǒng)雖然可以通過用戶段的兼容互操作實(shí)現(xiàn)民用市場(chǎng)的國(guó)際合作，但空間段和地面控制段部分不可能通過國(guó)際合作方式共建共享，只能獨(dú)立自主管控。中俄、中歐、歐俄及俄印等國(guó)家間相關(guān)合作談判均以失敗而告終就是明證。歐盟已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，不能依賴私營(yíng)企業(yè)融資來建立和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)伽利略系統(tǒng)，也不能依靠非歐盟國(guó)家的國(guó)際合作模式發(fā)展和運(yùn)營(yíng)伽利略系統(tǒng)，更不要對(duì)伽利略的直接經(jīng)濟(jì)效益有太高的期望值，因?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)從廣義上說更像氣象衛(wèi)星和互聯(lián)網(wǎng)一樣，是一種公共事業(yè)。其效益和回報(bào)主要體現(xiàn)在各行各業(yè)的間接回報(bào)上。

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端

建成一個(gè)GNSS系統(tǒng)需用20年，恢復(fù)或更新?lián)Q代至少也需要10-20年

美俄兩國(guó)在冷戰(zhàn)時(shí)期獨(dú)立完成研發(fā)、試驗(yàn)和部署各自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)歷經(jīng)了大約20年，歐盟完成同樣這件事，看來也不會(huì)少于20年。而美國(guó)更新?lián)Q代第二代GPS系統(tǒng)（包括GPS-2R、2RM和2F），迄今也已歷經(jīng)20年；俄羅斯恢復(fù)GLONASS用了10年。美國(guó)發(fā)展GPS的經(jīng)驗(yàn)證明，保持GPS長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提是必須堅(jiān)持探索論證一代、研發(fā)生產(chǎn)一代和部署運(yùn)行一代同步進(jìn)行，各代之間還必須保持前后兼容。

歐洲伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)

高可靠、長(zhǎng)壽命對(duì)確保導(dǎo)航衛(wèi)星星座的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要

美國(guó)GPS-2A的設(shè)計(jì)壽命為7.5年，但12顆GPS-2A衛(wèi)星實(shí)際在軌工作的平均壽命超過15年，目前最長(zhǎng)壽命已達(dá)19.5年。新一代GPS-2R、2RM和2F的設(shè)計(jì)壽命為15年。由于GPS衛(wèi)星的實(shí)際工作壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)壽命，大大降低了星座維持費(fèi)用，也使GPS現(xiàn)代化在進(jìn)度不斷推遲、預(yù)算超支的情況下也能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。反觀俄羅斯GLONASS系統(tǒng)，早期衛(wèi)星僅有3年工作壽命，系統(tǒng)投入運(yùn)行不足3年就有一半衛(wèi)星需要替換，且有許多衛(wèi)星帶病服役，這也是造成該系統(tǒng)過早陷于癱瘓的原因之一。當(dāng)然，長(zhǎng)壽命、高可靠的導(dǎo)航衛(wèi)星必須建立在長(zhǎng)壽命、高可靠、抗輻射電子元器件的微電子工業(yè)基礎(chǔ)之上。俄羅斯的微電子技術(shù)，尤其是在星鐘等關(guān)鍵技術(shù)方面當(dāng)年未取得長(zhǎng)壽命、高可靠、抗輻射的突破，也是其過早陷于癱瘓的另一原因。

美國(guó)的下一代GPS導(dǎo)航定位衛(wèi)星

不注重應(yīng)用的系統(tǒng)決不可能持續(xù)發(fā)展，不能融入GNSS世界體系的系統(tǒng)無(wú)法分享國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)

注重應(yīng)用，增強(qiáng)抗干擾能力和兼容互操作能力是世界GNSS發(fā)展的大勢(shì)所趨。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)極易受干擾，其微弱程度就好比一個(gè)25瓦燈泡的光從2萬(wàn)千米的太空照射到地球表面。為了減緩GPS的脆弱性，美國(guó)正在采取各種措施增強(qiáng)GPS抗干擾能力，尋求GPS備用手段，探索開發(fā)新的導(dǎo)航技術(shù)。未來戰(zhàn)爭(zhēng)中，抗干擾能力是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能否生存的關(guān)鍵。

勿容置疑的是，美國(guó)GPS依靠其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)先機(jī)，仍然是當(dāng)今的領(lǐng)導(dǎo)者，俄羅斯、中國(guó)和歐盟雖然可以打破美國(guó)的全球壟斷地位，但卻無(wú)法取代GPS，只能在新的起跑線上融入以GPS為主導(dǎo)的GNSS世界體系，共享未來國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的巨大蛋糕。俄羅斯早期不重視GLONASS應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的教訓(xùn),和美國(guó)GPS在軍用和民用兩大領(lǐng)域的巨大成功形成鮮明對(duì)照，表明國(guó)家在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的巨大投資必須獲得合理回報(bào)，否則不可能長(zhǎng)期穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。而這種發(fā)展決不能獨(dú)善其身，在民用領(lǐng)域要更加開放、透明，遵循國(guó)際游戲規(guī)則，要和加入WTO一樣融入美、歐、俄正在規(guī)劃的GNSS世界體系，努力在GNSS國(guó)際委員會(huì)(ICG)的框架和國(guó)際舞臺(tái)上爭(zhēng)取更多話語(yǔ)權(quán)及其新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)則的制定權(quán)。歐盟曾經(jīng)想要在世界衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)及市場(chǎng)上與美國(guó)分庭抗禮，甚至試圖聯(lián)合中俄，將美國(guó)擠出歐洲市場(chǎng)，但最終卻事與愿違，經(jīng)過3年談判達(dá)成的歐美衛(wèi)星導(dǎo)航協(xié)議迫使歐盟妥協(xié)，不僅無(wú)法擠走美國(guó)，還不得不在GNSS體系框架內(nèi)與美國(guó)分享歐洲市場(chǎng)，而且還將伽利略系統(tǒng)納入了美國(guó)導(dǎo)航戰(zhàn)的軌道。俄羅斯也痛定思痛，不得不改變其頻分多址的信號(hào)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向與美歐系統(tǒng)兼容互操作的GNSS體系。

美國(guó)GPS導(dǎo)航衛(wèi)星

美國(guó)GPS IIF衛(wèi)星

深刻認(rèn)識(shí)天基PNT系統(tǒng)的脆弱性和固有局限性

美國(guó)實(shí)施GPS現(xiàn)代化的主要驅(qū)動(dòng)因素是發(fā)現(xiàn)GPS太重要，且又太脆弱，一旦受到“天災(zāi)”或“人禍”的干擾，尤其是敵對(duì)國(guó)家或恐怖組織的故意干擾，將會(huì)造成嚴(yán)重后果，因此美國(guó)軍方從建立GPS系統(tǒng)之日起就時(shí)刻不忘增強(qiáng)其抗干擾能力，減緩其脆弱性；并針對(duì)其固有局限性（即無(wú)法在地下、水下、室內(nèi)和高樓遮擋的城區(qū)以及在4萬(wàn)千米以外太空和干擾環(huán)境下獲得PNT服務(wù)），己經(jīng)或正在采取各種措施逐步解決上述難題，其中正在實(shí)施的國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)就是這種努力的最新嘗試。

俄羅斯GLONASS衛(wèi)星

若干重要反思與啟示

經(jīng)過10多年的連續(xù)跟蹤研究，得出的重要反思與啟示是：天基PNT系統(tǒng)是不可或缺的戰(zhàn)略資源，為了獲得戰(zhàn)略上的獨(dú)立性，中國(guó)決不能長(zhǎng)期依賴國(guó)外導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，必須堅(jiān)定不移發(fā)展北斗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)；為了獲得經(jīng)濟(jì)上的利益和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)決不能孤立于國(guó)際GNSS體系之外，必須成為與美、俄、歐GNSS系統(tǒng)相互兼容與互操作的四大供應(yīng)商之一；為了確保國(guó)家安全，滿足用戶在任何地點(diǎn)、任何環(huán)境和任何高度上的PNT需求，中國(guó)決不能完全依賴天基PNT系統(tǒng)，必須保留某種PNT能力作為國(guó)家的戰(zhàn)略備份手段、并采用綜合的PNT體系結(jié)構(gòu)逐步解決天基PNT能力不足問題。

天基PNT雖是PNT體系結(jié)構(gòu)的基石，但隨著技術(shù)發(fā)展和PNT應(yīng)用的深入，天基PNT系統(tǒng)既無(wú)法滿足目前武器制導(dǎo)和潛艇導(dǎo)航的需求，也難以滿足未來20年的用戶需求，因此我國(guó)應(yīng)從戰(zhàn)略高度統(tǒng)籌規(guī)劃各種不同PNT技術(shù)與能力的開發(fā)，協(xié)調(diào)天基和陸基PNT及其他自主PNT技術(shù)的發(fā)展，支持各種不同PNT手段的相互集成與融合，支持各種不同PNT信息源和信息路徑的融合與應(yīng)用開發(fā)。同時(shí)也可以從根本上解決對(duì)天基PNT系統(tǒng)的嚴(yán)重依賴。

未來20年，各種PNT技術(shù)與軍民商用戶部門相互集成和融合的程度將會(huì)比現(xiàn)在更深更廣，因此必須開發(fā)更多、更好的PNT能力和解決方案，解決城市峽谷和建筑物內(nèi)部的應(yīng)用難題；此外，隨著PNT系統(tǒng)面臨的威脅(干擾、欺騙等)越來越大，且所用威脅技術(shù)日趨成熟，PNT信息完好性對(duì)所有用戶的重要性將會(huì)與日俱增。

從國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析，可以得出如下結(jié)論：

政治上，由于有更多國(guó)家發(fā)展本國(guó)或本地區(qū)專用的天基PNT系統(tǒng)，天基PNT系統(tǒng)將被視為不可或缺的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施；

經(jīng)濟(jì)利益上，全球商業(yè)利益將會(huì)超過軍事利益，美國(guó)PNT用戶設(shè)備在全球市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)地位將受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)；

技術(shù)上，PNT技術(shù)將繼續(xù)向微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、芯片級(jí)原子鐘(CSAC)和納米技術(shù)方向發(fā)展，上述微小型化技術(shù)的發(fā)展將使PNT用戶設(shè)備的能力發(fā)生革命性的變化。

GNSS接收機(jī)將向更便宜、更加微小型和更靈巧方向發(fā)展。其應(yīng)用的深度、廣度和普及程度將深刻影響到人們的日常生活，甚至人的隱私。一種微型GNSS跟蹤裝置將會(huì)安裝或粘在幾乎所有有價(jià)值的目標(biāo)上，能夠秘密而惡意地跟蹤別人。人們出于保護(hù)自己不被惡意跟蹤，將會(huì)采取各種干擾措施，從而對(duì)一些正在使用GNSS的關(guān)鍵系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施造成危害。因此，如何解決亇人隱私與確保GNSS系統(tǒng)安全之間的平衡問題將會(huì)越來越迫切。

我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)軌道分布設(shè)想圖