郭樹人,李罡,來欣,宋溱,盧紅洋,李林澤
( 1. 北京跟蹤與通信技術(shù)研究所, 北京 100094;2. 智慧地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100094;3. 系統(tǒng)工程研究院, 北京 100071;4. 中國(guó)交通通信信息中心, 北京 100011;5. 北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心, 北京 100094 )
黨的二十大報(bào)告用專章對(duì)“推進(jìn)國(guó)家安全體系和能力現(xiàn)代化”進(jìn)行戰(zhàn)略部署,要求到2035 年,社會(huì)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定,國(guó)家安全體系和能力全面加強(qiáng). 在增強(qiáng)維護(hù)國(guó)家安全能力方面,指出“要加強(qiáng)海外安全保障能力建設(shè),維護(hù)我國(guó)公民、法人在海外合法權(quán)益,維護(hù)海洋權(quán)益,堅(jiān)定捍衛(wèi)國(guó)家主權(quán)、安全、發(fā)展利益”.
應(yīng)急搜救是保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、保存作戰(zhàn)有生力量的重要手段和最后防線,是維護(hù)國(guó)家權(quán)益、彰顯大國(guó)擔(dān)當(dāng)?shù)闹匾?,?duì)于提升人民生命安全能力意義重大. 我國(guó)已建立了按部門職能分工負(fù)責(zé)的應(yīng)急救援力量體系,形成了以基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、定位、通信業(yè)務(wù)的應(yīng)急搜救為核心的技術(shù)支撐能力.
面對(duì)百年未有之變局,隨著國(guó)力的增強(qiáng)和戰(zhàn)略利益拓展,國(guó)民和資產(chǎn)的全球安全保障需求現(xiàn)實(shí)而急迫. 而我國(guó)應(yīng)急搜救技術(shù)支撐能力在天基資源統(tǒng)籌應(yīng)用、用戶體驗(yàn)上存在短板弱項(xiàng),國(guó)際地位和影響力也與實(shí)力不相匹配.
“人民至上、生命至上”是國(guó)家對(duì)人民和世界的莊嚴(yán)承諾. 我國(guó)應(yīng)以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)提供的全球定位和應(yīng)急通信能力為核心,構(gòu)建中國(guó)特色全球應(yīng)急搜救技術(shù)體系. 加強(qiáng)技術(shù)迭代、提升用戶體驗(yàn),為世界提供新型公共服務(wù)產(chǎn)品,為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體做出新貢獻(xiàn),提升我國(guó)在國(guó)際海上、航空搜救等標(biāo)準(zhǔn)體系的話語(yǔ)權(quán)與影響力.
世界格局加速演進(jìn),我國(guó)周邊安全形勢(shì)復(fù)雜嚴(yán)峻,對(duì)應(yīng)急搜救服務(wù)的需求日益迫切. 在特定情況下,如果由外方先救起或俘獲我方比如飛行員等敏感人員與物資,將對(duì)我國(guó)人民生命安全與尊嚴(yán)帶來負(fù)面影響. 如2016 年8 月11 日,我國(guó)在釣魚島維權(quán)期間,一艘希臘貨船與中國(guó)漁船“閩晉漁05891”發(fā)生碰撞. 由于我國(guó)沒有自主可控的搜救信息手段,日本巡視船收到希臘貨船發(fā)出的求救信號(hào)后,在釣魚島西北方向37 海里處搜救了6 名中國(guó)船員,另有8 名船員失蹤,一定程度上陷我方于被動(dòng).
我國(guó)是人員遇險(xiǎn)、自然災(zāi)害、安全生產(chǎn)事件發(fā)生頻度較高的國(guó)家,應(yīng)急搜救可減少個(gè)人與家庭損失,維護(hù)社會(huì)安全穩(wěn)定. 全球搶劫、走私、海盜、海上災(zāi)害等情況也使我國(guó)全球資產(chǎn)和國(guó)民安全保障需求愈加急迫. 2021 年我國(guó)實(shí)施了1 924 次海上搜救任務(wù),成功救助了約12 613 人. 國(guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)(Cospas-Sarsat)公布數(shù)據(jù)表明,該系統(tǒng)支持的國(guó)際搜救事件保持年均約6%的高速增長(zhǎng),2021 年支撐了1 149 次搜救事件,成功救助了3 623 人[1].
戰(zhàn)場(chǎng)聯(lián)合搜救是一種重要的作戰(zhàn)樣式,救助作戰(zhàn)人員是保存有生力量的重要手段. 成功救助敏感人員是從戰(zhàn)術(shù)層面超越到戰(zhàn)役和戰(zhàn)略層面的力量倍增器,是鼓舞己方士氣、提升凝聚力和提高戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵要素,甚至可以影響到國(guó)家和國(guó)際政治進(jìn)程[2].
我國(guó)是《國(guó)際海上人命安全公約》《國(guó)際海上救助公約》《國(guó)際民用航空公約》的締約國(guó)[3-5],是國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)成員,履行國(guó)際公約、對(duì)搜救責(zé)任區(qū)內(nèi)的??针y事故進(jìn)行有效救助,最大限度減小人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,是我國(guó)政府的職責(zé),也是國(guó)際地位與影響力的體現(xiàn).
國(guó)際海事組織(International Maritime Organizations,IMO)、國(guó)際民航組織(International Civil Aviation Organization,ICAO)分別通過《國(guó)際海上搜尋救助公約》和《國(guó)際民用航空公約》,明確了各國(guó)海上、航空搜救責(zé)任區(qū),并要求各國(guó)實(shí)施救援.
根據(jù)國(guó)際組織要求,我國(guó)建立了較為完善的應(yīng)急搜救力量. 其中,海上救援力量由交通運(yùn)輸部牽頭組建;陸地救援力量由成立于2018 年的應(yīng)急管理部牽頭組建,包括專業(yè)救援力量、社會(huì)救援力量和基層應(yīng)急救援力量. 國(guó)家海事局、民航局牽頭明確我國(guó)船舶、民航使用海上、航空應(yīng)急搜救系統(tǒng)要求.
由于海上、航空領(lǐng)域的全球性,應(yīng)急搜救技術(shù)由地基向天基發(fā)展,應(yīng)用上由海上、航空向陸地、大眾用戶拓展. 陸地領(lǐng)域可用各類技術(shù)手段較多,海上、航空領(lǐng)域由于技術(shù)手段相對(duì)較少,是應(yīng)急搜救系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn). IMO、ICAO 明確搜救技術(shù)手段都以天基為核心.
2.2.1 海上應(yīng)急搜救系統(tǒng)
IMO 于1988 年建立了全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)(Global Maritime Distress and Safety System,GMDSS),天基手段包括兩大類. 一是Cospas-Sarsat. 該系統(tǒng)提供國(guó)際公益性搜救服務(wù),由全球有能力的國(guó)家,按照IMO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),共同參加衛(wèi)星載荷、地面系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行[6]. 中軌衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于全球覆蓋性好、定位精度高成為Cospas-Sarsat 發(fā)展的重點(diǎn)方向.GPS、Galileo、GLONASS 均提供此服務(wù)[7]. 二是滿足IMO 要求的衛(wèi)星通信系統(tǒng). 這些衛(wèi)星通信系統(tǒng)各自獨(dú)立建設(shè),經(jīng)IMO 認(rèn)可后,由衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供服務(wù). 目前典型的有海事(Inmarsat)和銥星(Iridium)衛(wèi)星通信系統(tǒng)[8-10].
我國(guó)北斗三號(hào)(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)已正式提供多種應(yīng)急搜救服務(wù),為全球應(yīng)急搜救系統(tǒng)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)[11-12]. 此外,天通、天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)等衛(wèi)星系統(tǒng)[13-14],也具備全球應(yīng)急搜救相關(guān)能力,通過國(guó)際組織認(rèn)可后,可正式提供服務(wù). 時(shí)空道宇、銀河航天等民營(yíng)企業(yè)也積極開展低軌衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)[15-16],為全球應(yīng)急搜救能力提供了潛力.
2.2.2 航空應(yīng)急搜救系統(tǒng)
2014 年馬航MH370 失聯(lián)事件后,ICAO 提出了全球航空遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)(Global Aviation Distress and Safety System,GADSS)概念,要求航空器在飛行途中具備分鐘級(jí)位置報(bào)告等能力[17]. 目前Cospas-Sarsat、Inmarsat、Iridium 系統(tǒng)均能夠提供該服務(wù)[18-20].其中,Iridium 系統(tǒng)通過搭載基于1090ES 標(biāo)準(zhǔn)的廣播自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)載荷來實(shí)現(xiàn),是目前低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)這一功能的主要方法[21].
我國(guó)開展了多個(gè)低軌衛(wèi)星星載ADS-B 載荷試驗(yàn),其中天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)正在開展工程建設(shè),計(jì)劃提供該服務(wù)[22-23]. 根據(jù)民航組織相關(guān)要求,通過民航組織認(rèn)證后,可提供全球應(yīng)急搜救服務(wù).
北斗在提供全球?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)的基礎(chǔ)上,利用全球報(bào)文接入、星間網(wǎng)絡(luò)互連的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),發(fā)展了多種應(yīng)急搜救能力,實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋,正在開展應(yīng)用,并已進(jìn)入GMDSS 等標(biāo)準(zhǔn)體系,成為我國(guó)應(yīng)急搜救體系的核心與骨干. 天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)也充分發(fā)揮全球服務(wù)的優(yōu)勢(shì),正在建設(shè)應(yīng)急搜救能力. 我國(guó)已形成了北斗與天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)等多系統(tǒng)補(bǔ)充,高中低軌星座配合,通信與定位多種體制支撐,海上、航空領(lǐng)域保障融合的特色搜救技術(shù)體系. 我國(guó)全球搜救技術(shù)體系發(fā)展情況如表1 所示.
表1 我國(guó)全球搜救技術(shù)體系發(fā)展情況
3.1.1 配置了中軌搜救載荷,已成為國(guó)際搜救衛(wèi)星組織空間設(shè)備提供國(guó)
該服務(wù)屬于國(guó)際公益服務(wù),與國(guó)際上其他國(guó)家建立的系統(tǒng)共同運(yùn)行、提供服務(wù). 目前進(jìn)展:
一是開通服務(wù). 經(jīng)過六年多的設(shè)計(jì)論證、頻率協(xié)調(diào)、入網(wǎng)測(cè)試等工作,在6 顆中地球軌道(medium earth orbit,MEO)衛(wèi)星上安裝了搜救載荷,并完成了地面系統(tǒng)建設(shè),于2020 年7 月提供全球搜救服務(wù)[24].
二是加入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn). 在北斗衛(wèi)星上安裝的符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的搜救載荷,于2022 年12 月通過了國(guó)際搜救衛(wèi)星組織認(rèn)可,我國(guó)正式成為空間段設(shè)備提供國(guó),并融入Cospas-Sarsat. 服務(wù)架構(gòu)如圖1 所示.
圖1 符合Cospas-Sarsat 標(biāo)準(zhǔn)的BDS 搜救服務(wù)架構(gòu)
3.1.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)返向鏈路服務(wù),正推動(dòng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
目前進(jìn)展:
一是形成能力. 通過創(chuàng)新性設(shè)計(jì),利用北斗的MEO 衛(wèi)星B2b 信號(hào)向用戶發(fā)送確認(rèn)等信息,提供返向鏈路特色服務(wù),可大幅提升遇險(xiǎn)者的信心、降低虛警率、提升救援成功率和效率[25-26].
二是推動(dòng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn). 2018 年11 月召開的GNSS 國(guó)際委員會(huì)第十三次會(huì)議上,我國(guó)首次在國(guó)際上介紹北斗特色返向鏈路服務(wù), 并先后在GNSS 國(guó)際委員會(huì)第33 次、第34 次會(huì)議上提交了技術(shù)提案. 在2021 年國(guó)際電工委員會(huì)上,參與兼容北斗返向鏈路的語(yǔ)句修訂. 服務(wù)架構(gòu)如圖2 所示.
圖2 北斗特色返向鏈路服務(wù)架構(gòu)
北斗短報(bào)文采用導(dǎo)航通信一體化設(shè)計(jì),利用衛(wèi)星下行信號(hào)進(jìn)行定位,利用雙向通信能力支持用戶位置等求救信息發(fā)送、返向確認(rèn)等信息接收,以及搜救協(xié)調(diào)相關(guān)信息交互. 利用北斗短報(bào)文衛(wèi)星軌道高、全球覆蓋的優(yōu)勢(shì),還可支持低軌衛(wèi)星的應(yīng)急數(shù)據(jù)傳輸[27].北斗短報(bào)文在汶川地震等自然災(zāi)害救援中發(fā)揮了重要作用,近年來更是廣泛應(yīng)用于海上、航空、陸上等各種搜救場(chǎng)景,并逐步應(yīng)用于個(gè)人搜救[28-32].
3.2.1 具備基于區(qū)域短報(bào)文的應(yīng)急搜救功能,已進(jìn)入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),可提供大眾化應(yīng)用
該服務(wù)基于BDS-3 短報(bào)文實(shí)現(xiàn),由北斗系統(tǒng)運(yùn)行并提供搜救服務(wù).
目前進(jìn)展:
一是形成能力. 利用3 顆地球同步軌道(geosynchronous earth orbit,GEO)衛(wèi)星的短報(bào)文載荷轉(zhuǎn)發(fā)搜救相關(guān)信息,終端發(fā)射功率小于3 W. 基于區(qū)域短報(bào)文的應(yīng)急搜救服務(wù)如圖3 所示.
圖3 基于區(qū)域短報(bào)文的應(yīng)急搜救服務(wù)架構(gòu)
二是加入GMDSS. 按照“先區(qū)域、后全球”的策略,歷經(jīng)四年的努力,BDS-3 區(qū)域短報(bào)文系統(tǒng)率先于2022 年11 月通過Cospas-Sarsat 認(rèn)可,成為GMDSS.
三是大眾化應(yīng)用. 通過四年多的信號(hào)體制設(shè)計(jì)、星地試驗(yàn)、工程實(shí)現(xiàn)等工作,全球首款內(nèi)嵌北斗衛(wèi)星呼救功能的智能手機(jī)于2022 年9 月份上市,我國(guó)衛(wèi)星搜救功能進(jìn)入了大眾化應(yīng)用新階段[33].
3.2.2 具備基于全球短報(bào)文的應(yīng)急搜救功能,正在推進(jìn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和示范應(yīng)用
目前進(jìn)展:
一是形成能力. 主要通過14 顆MEO 衛(wèi)星上的全球短報(bào)載荷以及星間鏈路網(wǎng)絡(luò),將搜救信息傳回國(guó)內(nèi)地面站,終端發(fā)射功率10 W[34]. 基于全球短報(bào)文的應(yīng)急搜救服務(wù)如圖4 所示.
圖4 基于全球短報(bào)文的應(yīng)急搜救服務(wù)架構(gòu)
二是初步開展民航國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作. 民航局于2022 年3 月發(fā)布了“僅用作航空器追蹤的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備”標(biāo)準(zhǔn),正在開展機(jī)載設(shè)備研制、示范應(yīng)用等工作,為后續(xù)構(gòu)建自主可控的GADSS 提供基礎(chǔ).
三是開展了示范應(yīng)用. 搜救方面,初步打通了呼救回執(zhí)鏈路、搜尋引導(dǎo)鏈路和衛(wèi)星喚醒鏈路“三條鏈路”. 預(yù)警信息播發(fā)方面,具備海嘯、臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害預(yù)警信息播發(fā)基本能力.
天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)系統(tǒng)均在發(fā)展應(yīng)急搜救能力,以天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)為例,擬在數(shù)十顆低軌極軌道衛(wèi)星上安裝ADS-B 載荷,面向航空用戶提供航空應(yīng)急搜救服務(wù)[35]. 目前正在開展工程建設(shè),后續(xù)還將開展適航認(rèn)證等工作. 服務(wù)架構(gòu)示意圖如圖5 所示.
圖5 服務(wù)架構(gòu)示意圖
以北斗為核心的應(yīng)急搜救系統(tǒng)功能完備,在國(guó)際上具有鮮明特色,具備形成全球標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)全人類的基礎(chǔ). 但在用戶體驗(yàn)、效能發(fā)揮、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方面存在提升空間.
基于全球短報(bào)文的應(yīng)急搜救服務(wù)能力存在一定差距.
在需求上,一是實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略的海外中資大型央企急需全球搜救安全保障. 中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)、招商局集團(tuán)、中石油等單位建設(shè)項(xiàng)目遍布全球,在海外形成了大量的基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn),常年有大量員工在海外經(jīng)營(yíng),遠(yuǎn)海遠(yuǎn)域應(yīng)急搜救保障需求迫切.
基于區(qū)域短報(bào)文的應(yīng)急搜救,已能夠支持集成到普通智能手機(jī),為規(guī)?;?、大眾化應(yīng)用提供了良好條件. 但全球短報(bào)文發(fā)射功率、傳輸時(shí)延均較大,搜救設(shè)備的微型化、嵌入式方面實(shí)現(xiàn)較難,用戶體驗(yàn)方面尚有差距.
基于北斗短報(bào)文的應(yīng)急搜救已向大眾化、國(guó)際化迅速發(fā)展,但在效能發(fā)揮、全球落地等方面存在一定差距.
一是融入國(guó)家應(yīng)急搜救體系深度與廣度尚待拓展. 基于短報(bào)文的 GMDSS,將納入交通運(yùn)輸牽頭的海上應(yīng)急搜救體系. 但在陸地應(yīng)急搜救、大眾應(yīng)急搜救方面,地位作用尚不明確,還需加強(qiáng)與職能部門對(duì)接.
二是應(yīng)急搜救信息共享還有堵點(diǎn). 前期北斗地面運(yùn)控中心作為信息分發(fā)的數(shù)據(jù)中心,適用于服務(wù)數(shù)據(jù)量較少的區(qū)域服務(wù). 當(dāng)前北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全球服務(wù),較難適應(yīng)多業(yè)務(wù)以及國(guó)際化發(fā)展對(duì)搜救等信息便捷獲取、高效使用需求. 此外,其他各類應(yīng)急搜救手段的搜救信息也存在一定的互通共享難題.
我國(guó)形成了較完備的以北斗為核心的搜救體系,但在國(guó)際上的地位有待提升.
一是我國(guó)在國(guó)際目前主流搜救系統(tǒng)方面沒有先發(fā)優(yōu)勢(shì). 以Cospas-Sarsat 為例,Cospas-Sarsat 由國(guó)際合作建設(shè)、共同運(yùn)行. 全球共有6 個(gè)任務(wù)控制中心,均設(shè)立在美國(guó)等國(guó)家,亞洲數(shù)據(jù)中心設(shè)在日本,北京屬于分中心[36]. 雖然我國(guó)提供了星地資源,但地位較低.
二是我國(guó)特色的北斗搜救技術(shù)尚未全面成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn). 北斗國(guó)際搜救返向鏈路尚未成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),基于全球短報(bào)文的搜救服務(wù)也尚未加入GMDSS 和GADSS.
一是將基于北斗短報(bào)文的應(yīng)急搜救業(yè)務(wù),提升為與導(dǎo)航、定位、授時(shí)、短報(bào)文通信等服務(wù)相并列的核心服務(wù). 二是優(yōu)化信號(hào)體制、載荷及星間網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì),進(jìn)一步降低終端發(fā)射功率、傳輸時(shí)延,提升系統(tǒng)容量,支持大眾化應(yīng)用芯片集成的應(yīng)急搜救服務(wù). 三是完善預(yù)先告警、應(yīng)急求救、救援協(xié)調(diào)全過程的應(yīng)急搜救信息流程設(shè)計(jì),充分發(fā)揮北斗系統(tǒng)應(yīng)急搜救服務(wù)特色優(yōu)勢(shì). 四是加強(qiáng)天通、天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)等衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)急搜救能力建設(shè),作為北斗應(yīng)急搜救能力的補(bǔ)充與增強(qiáng).
一是統(tǒng)籌各類衛(wèi)星通信技術(shù)手段的搜救信息,建設(shè)以北斗搜救信息為核心的國(guó)家搜救服務(wù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)各類搜救信息互通共享. 二是優(yōu)化北斗系統(tǒng)的地面系統(tǒng)架構(gòu),構(gòu)建鏈路等資源統(tǒng)一管控、業(yè)務(wù)服務(wù)相分離模式,支持搜救數(shù)據(jù)的便捷接入、高效分發(fā)及快速響應(yīng). 三是加強(qiáng)與交通運(yùn)輸部、應(yīng)急管理部等應(yīng)急救援主管部門,以及海外大型央企、民間搜救等應(yīng)急救援力量對(duì)接,切實(shí)推動(dòng)搜救服務(wù)落地生效.
一是加快推動(dòng)北斗特色返向鏈路服務(wù)成為國(guó)際海事衛(wèi)星組織標(biāo)準(zhǔn),提升搜救效率和成功率. 二是加快推動(dòng)全球短報(bào)文服務(wù)系統(tǒng)成為GMDSS,更好地服務(wù)于全球海上活動(dòng),保障航海安全. 三是推動(dòng)短報(bào)文服務(wù)系統(tǒng)成為GADSS,服務(wù)全球航空安全,助力航班永不失聯(lián).