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欧洲“伽利略”计划强势出击打破GPS垄断

  说起卫星导航定位系统,人们自然就会想到GPS。因为人们对它太熟悉了,它几乎渗透到人们出行的每一个角落,和人们的生活息息相关。GPS向全球免费开放多年,许多人已经习惯了它的存在,而现在欧盟竟然要舍弃这个免费的午餐,自己出巨资搞自己的“GPS”,无疑吸引了众多人的目光。

  今年4月23日,欧洲议会全体会议经过两天的讨论终于通过了欧洲“伽利略”全球卫星导航系统(简称“伽利略”计划)的最终部署方案,这标志着为期6年的伽利略计划基础设施建设阶段正式启动。“伽利略”计划作为欧盟正式批准的一项战略科研项目,旨在建立欧洲自主、独立的民用全球卫星导航定位系统。简单地说,就是提供一套“不是美国五角大楼控制”的导航系统,从而与美国的GPS相抗衡,彻底打破美国目前在全球导航定位领域一统天下的局面。

  目前全球导航定位市场美国一家独大

  目前世界上在轨运行的全球卫星定位系统只有美国的GPS系统和俄罗斯的格洛纳斯系统,但由于格洛纳斯系统迟迟未能部署完毕,因此世界卫星定位导航市场一直被美国垄断。

  20世纪60年代后期,美国出于自身的政治、军事和经济利益的考虑,开始研制卫星导航系统,经过30多年的努力,终于建成了20世纪航天史上最成功、最有意义的工程之一——全球卫星定位系统(GlobalPositioningSystem,简称GPS),它与阿波罗登月计划和航天飞机计划并称为美国航天三大工程。

  GPS由美国军方控制,星座由24颗卫星组成,分布在6个轨道面上,可以保证无论在世界什么地方,几乎随时都可以捕获到其中的4颗卫星。每颗GPS卫星都发送两个频率的载波信号,一种信号是民码,抗干扰能力比较差,供民用用户使用,用户可自由接收;另一种信号是军码,抗干扰能力比较强,供军用接收机修正电离层误差,采取加密手段,不能随意接收。

  为了让其他国家放弃发展这种战略性技术,美国从20世纪90年代初将GPS系统投入民用,并对全世界免费开放,甚至外国军队都可以使用美国的GPS。

  在过去几年中,GPS还衍生出一系列民用产品,包括为汽车和徒步旅行者提供高技术测向仪。特别是它被广泛应用于手机导航模块和便携式掌上导航仪,为驾驶员创造了一位绝佳的助手——汽车导航,几乎成为人们出行不可或缺的组成部分。

  这些产品投入市场为美国创造了巨大的收益,可以说美国GPS垄断市场多年,已经在全球形成了年产值数百亿美的民用产业。特别是GPS设备的销售量与日俱僧,2006年市场规模达到150亿美元,并以每年25%至30%的速度增长。随着全球定位系统在日常运用中越来越广泛,有人甚至预测,有朝一日全球定位系统装置就如同手机般普及。

  导航定位系统在战时非常重要

  第一次海湾战争中,美国空军初次使用GPS而大获成功,但是当时还没有组网完毕。在未使用GPS以前,打击某个目标可能要使用多枚炸弹,而使用GPS精确制导武器,一枚就可以命中目标。这既提高了打击效果,又能避免伤及平民。利用GPS,在大沙漠里每一个作战单位都可以知道自己前方、后方其他作战单位的精确位置。GPS在搜索营救中也可以发挥作用,一旦己方有飞机被打落,发出的信号能及时被发现,并能为救援节省时间。

  正是由于GPS在战争中的出色表现,在随后的1995年的波黑战争、1998年年底的“沙漠之狐”行动,直到伊拉克战争,美军都大规模地应用GPS技术,GPS的应用领域越来越广,作用越来越大。GPS大量用于巡航导弹的制导,打击目标的选择,甚至地面士兵都随身携带便携式定位装置,可以说,GPS是现代高技术武器的核心之一。

  在这次伊拉克战争中,由GPS制导的精确制导武器的使用率有了很大提高。根据统计,战争中精确制导武器的使用率达到68.3%,而由GPS制导的精确武器就占到总数的57%。由于激光制导炸弹易受战场烟雾、云层和沙尘的影响,而GPS制导的特点是不受沙尘和烟雾影响,可以全天候、全天时工作,且制导精度高,因此在此次战争特定的环境(沙尘、烟雾)中发挥了独特作用。

  和以往几次局部战争相比,此次伊拉克战争更凸显航天高技术与传统军事技术的综合应用,尤其是GPS与各种武器平台和弹药的集成与融合,打了一场“精准战争”。战争中,精确制导弹药已成为空袭的主要火力,几乎所有的作战飞机和军舰都已改装成能够投掷GPS精确制导弹药的平台,大部分巡航导弹和航弹也都改装为GPS制导或“GPS+激光+惯导”相结合的多模复合制导,初步实现了天地集成并与各种武器、武器平台和弹药的融合,正在朝着以最少的弹药、最低的代价摧毁各种不同战略战术的目标前进。

  过度依赖GPS蕴含巨大风险

  目前全世界使用的导航定位系统主要是美国的GPS系统,实际上这并不安全。

  正如有人预计的那样:“未来几年内,企业若少了卫星导航讯号,会是一件难以想象的事。任何移动的事物都用得到导航讯号,如飞机、火车、游艇、火箭、个人乃至宠物和保育类珍稀动物。”而在那样的情况下,只依赖“全球定位系统”的国家将落入美国的“地缘政治陷阱”。从理论上说,美国能切断伊朗、朝鲜等国包括它看不顺眼任何一个国家的导航讯号,这不仅能用在战时,使其对手的战斗力锐减,而且还可成为一种高科技经济制裁手段,破坏对方的输电网路、金融系统和其他产业。

  对于民用领域同样如此,各国在GPS基础上建立起来的车辆定位系统,如果没有其他导航定位系统而只依靠GPS系统,那么一旦出现意外情况,将使整个国家交通系统瘫痪。

  而且GPS还可以人为地注入干扰信号。为防止民用C/A码GPS接收机转为军事用途,美国国防部引入“选择可用性”技术,即在现有民码GPS接收机性能水平上,将一个约0.2毫秒颤抖噪声的人为误差加入到时钟信号,使接收到的定位信号偏差以0.46米/秒的速度增加,使其定位精度下降到约100米。这在战时必然蕴含巨大风险。

  “伽利略”计划对于欧盟具有战略意义

  欧洲航天业过去一直专注于卫星制造和火箭发射,避免参与美俄卫星定位系统等项目的竞争。如今欧洲几乎“全面出击”,尤以在卫星导航领域的“伽利略”计划引人瞩目,其中有深刻的经济和政治考虑。

  伴随着欧洲一体化进程,经济利益成了欧洲希望发展卫星定位系统的首要动机。航天工业一直被誉为“下金蛋的鸡”。一项调查显示,发展“伽利略”卫星定位技术每年将带来90亿欧元的效益,出售各种航空和航海导航终端设备可在2008年至2020年间收入150亿欧元,这还不算各种太空探索、科学试验间接带来的效益以及可观的卫星研制和发射市场。

  “伽利略”系统作为世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统,在投入运行后,全球的用户将使用多制式的接收机,获得更多的导航定位卫星的信号,将无形中极大地提高导航定位的精度,这是“伽利略”计划给用户带来的直接好处。另外,由于全球将出现多套全球导航定位系统,从市场的发展来看,将会出现GPS系统与“伽利略”系统竞争的局面,竞争会使用户得到更稳定的信号、更优质的服务。世界上多套全球导航定位系统并存,相互之间的制约和互补将是各国大力发展全球导航定位产业的根本保证。

  此外,欧洲发展“伽利略”卫星定位系统也可以减少欧洲对美国军事和技术的依赖。因为美国的GPS虽然好用,但只向外国提供低精度的卫星信号,精确度约为10米左右,而且美国随时可以对免费GPS系统进行干扰。在海湾战争、阿富汗战争和伊拉克战争期间,欧洲使用GPS系统时曾受到限制,定位精度下降。同时要利用美国的GPS全球定位系统,就要购买美国的信号接收设备,欧洲的航天工业如空中客车公司必须完全依赖美国系统。有了欧洲自己的卫星定位系统后,欧洲航天业就可以发展自己的卫星定位用户,并出售设备。

  “伽利略”定位系统的优势

  “伽利略”计划是以意大利著名物理学家伽利略的名字命名的欧洲卫星定位导航系统。它是一种中高度圆轨道卫星定位方案。计划共发射30颗卫星,其中27颗卫星为工作卫星,3颗为候补卫星,还有两个地面控制中心。该系统现准备投入34亿欧元,总耗资估计达100亿欧元。

  如果欧洲“伽利略”计划能够顺利部署并覆盖全球,那么毫无疑问到时能与美国一比高下。因为论能力其与GPS相比有明显优势,覆盖面积将是美国GPS系统的两倍,定位精度更是比美国GPS系统高出10倍,达到1米左右。打个比方,如果美国的GPS系统只能帮人找到街道的话,那么“伽利略”系统则可以把你带到家门口。

  从军事上讲,“伽利略”系统定位精度可以达到1米,那么就意味着如果在普通炸弹上安装“伽利略”系统信号接收器,其命中精度不亚于美国制导的同类型炸弹。另外,“伽利略”有别于美国系统“歧视”民用需求的做法,采用复合定位模式来满足军民合用需求。对于这种明显“挖墙脚”的做法美国只能表示不满,却又无可奈何。

  可以预见,伽利略计划一旦实现,不仅能使人们的生活更加方便,还将为欧盟的工业和业带来可观的经济效益。更重要的是,欧盟将从此拥有自己的全球卫星定位系统,这不仅有助于打破美国GPS系统的垄断地位,还可以为将来建设欧洲独立防务创造条件。

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