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環(huán)球新時(shí)空  《斗室智庫》乃北斗時(shí)空工作室智庫之謂也。意指： 身居斗室，神馳宇宙， 情系百姓，心懷天下； 縱橫時(shí)空，經(jīng)緯方圓， 智能信息，福澤環(huán)球。 下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心關(guān)鍵是突破堅(jiān)韌性難題 曹 沖 有沒有下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？也就是第三代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？回答應(yīng)該是有。目前，GNSS系統(tǒng)的最大軟肋是其脆弱性，那么解決脆弱性就應(yīng)該成為當(dāng)務(wù)之急和重中之重。所以，近些年來堅(jiān)韌（強(qiáng)）PNT，或者彈性PNT就成為熱點(diǎn)課題。因此，下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將突破堅(jiān)韌性作為核心關(guān)鍵，是順理成章的事情。這就是說，下一代系統(tǒng)，當(dāng)務(wù)之急不是鋪攤子，而是瞄準(zhǔn)核心關(guān)鍵，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)換代，而不是重打鑼鼓另開張，干狗熊扒棒子的傻事，更不是談天說地的講一些不著邊際的、完全沒有可操作性的天方夜譚。 最近，美國的相關(guān)行動(dòng)值得我們注意和深思。日前，有消息稱，美國空軍選擇哈里斯衛(wèi)星公司，作為PNT（定位、導(dǎo)航和授時(shí)）衛(wèi)星的主承包商。這里的PNT衛(wèi)星是下一代導(dǎo)航衛(wèi)星的試驗(yàn)床，是新一代導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星（NTS），這就是NTS-3。
＊注：本文所有圖片均源自美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）空間飛行器局。 美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）和空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）于2018年12月20日選擇哈里斯, 并于1月28日公開宣布。哈里斯（Harris）公司已被選定為建造NTS-3的主要承包商，該衛(wèi)星預(yù)計(jì)將于2022年發(fā)射, 并進(jìn)行為期一年的實(shí)驗(yàn)運(yùn)作。 1. 進(jìn)行NTS衛(wèi)星試驗(yàn)是美國的成功經(jīng)驗(yàn) NTS-3是建立在20世紀(jì)70年代開始的國防部 (DOD) 衛(wèi)星導(dǎo)航遺產(chǎn)基礎(chǔ)上, 它是現(xiàn)代GPS星座的前身。NTS-1 由海軍研究實(shí)驗(yàn)室 (NRL) 開發(fā)的，于1974年發(fā)射, 有兩個(gè)銣蒸汽原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，為TIMATION衛(wèi)星計(jì)劃演示提供先進(jìn)的授時(shí)和導(dǎo)航精度。NTS–2于1977年發(fā)射, 成為第一顆 NAVSTAR GPS第一階段衛(wèi)星, 并展示了銫頻率標(biāo)準(zhǔn)和全球數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。此后, 一直沒有國防部的衛(wèi)星導(dǎo)航大型開發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究, 一直到NTS-3。 2. NTS-3是PNT的實(shí)驗(yàn)床 作為地球同步靜止軌道上的獨(dú)特試驗(yàn)臺(tái), NTS-3 將整合多種先進(jìn)技術(shù)，來展示系統(tǒng)堅(jiān)韌性（或者說是彈性）和新的運(yùn)作概念, 包括實(shí)驗(yàn)天線、靈活和安全的信號(hào)、更高的自動(dòng)化程度以及地面資產(chǎn)的商業(yè)化應(yīng)用。從 NTS-3 獲得的技術(shù)成熟化和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)有望轉(zhuǎn)移到未來幾代全球定位系統(tǒng)及其增強(qiáng)層面, 以實(shí)現(xiàn)國家PNT能力。 “國防戰(zhàn)略告訴我們,必須發(fā)展我們國家的定位、導(dǎo)航和授時(shí)能力, 以使其更具堅(jiān)韌性”。美國AFRL 空間飛行器總監(jiān)埃里克·費(fèi)爾特上校作如是說?！癗TS-3 都是關(guān)于強(qiáng)化堅(jiān)韌性的, 我對(duì)我們的 SMC、AFRL和Harris團(tuán)隊(duì)所從事的堅(jiān)韌性實(shí)驗(yàn)感到無比興奮, 他們將能夠使用NTS-3的創(chuàng)新和靈活的硬件、軟件和波形進(jìn)行測(cè)試”。 圖2.NTS-3衛(wèi)星的近觀（圖片源自AFRL空軍飛行器局） 3. NTS-3的空間試驗(yàn) 2015年空間飛行器局將NTS-3選定為新的重大綜合空間實(shí)驗(yàn)平臺(tái), 它代表了AFRL首次PNT飛行實(shí)驗(yàn), 根據(jù)航天企業(yè)愿景 (SEV)和航天作戰(zhàn)架構(gòu) (SWC)要求，目的是在2015年形成更具堅(jiān)韌性的PNT多層結(jié)構(gòu)原型。 2017年, AFRL重新構(gòu)建了NTS-3, 以強(qiáng)調(diào)特定的目標(biāo), 在SEV和SWC所概述的多層空間架構(gòu)中展示分門別類、具有堅(jiān)韌性特色的PNT。NTS-3 將為軌道數(shù)字波形發(fā)生器 (ORDWG) 和大功率/高效率固態(tài)放大器等核心技術(shù)提供空間認(rèn)證。除了新的信號(hào)外, 機(jī)載實(shí)驗(yàn)還包括通過傳統(tǒng)和高級(jí)時(shí)鐘提高授時(shí)精度和完好性, 包括提高長期和短期穩(wěn)定性的組合。NTS-3 將通過SATNAV系統(tǒng)的所有三個(gè)組成部分 (空間、控制和用戶) 演示多層PNT的關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)和方法 (TTP)。 4. 敏捷波形平臺(tái) 為支持NTS-3，Harris公司計(jì)劃開發(fā)敏捷波形平臺(tái), 這是一種可在軌重新編程的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器, 使運(yùn)營商能夠快速開發(fā)和部署新信號(hào), 以滿足戰(zhàn)場(chǎng)上快速變化的需求。此外, Harris 的電子可控相陣列天線將支持在地球覆蓋和點(diǎn)波束雙重配置中同時(shí)廣播多個(gè)波形。 NTS-3 將使用 Northrop Grumman 創(chuàng)新系統(tǒng)的ESPAStar 總線, 該總線建立在2018年4月所射的AGRLEagle 航天器上。 圖3.NTS-1、NTS-2和NTS-3的衛(wèi)星圖片（源自AFRL 空間飛行器局） 5. 地面控制 布拉克斯頓技術(shù)公司于2017年6月就被選中負(fù)責(zé)NTS-3 衛(wèi)星導(dǎo)航地面控制, 同時(shí)展示了業(yè)已成熟的創(chuàng)新技術(shù)和能夠擔(dān)負(fù)得起衛(wèi)星導(dǎo)航地面指揮和控制的力, 以確保在有爭(zhēng)議和被拒阻環(huán)境下的定位、導(dǎo)航和授時(shí)。布拉克斯頓專家還將展示衛(wèi)星地面控制技術(shù), 這些技術(shù)最終可用于未來的GPS地面控制系統(tǒng)。他們將使用多任務(wù)空間業(yè)務(wù)中心 (MMSOC) 開放架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)及空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)絡(luò) (AFSCN), 與未來的NTS-3 空間有效載荷進(jìn)行主要的直接和安全通信。 圖4.NTS-3衛(wèi)星在空間（圖片源自AFRL 空間飛行器局） 地面控制段 (GCS) 的目標(biāo)包括多個(gè)天線指令，使其與傳統(tǒng)的地球覆蓋波束一起形成高增益區(qū)域波束, 并處理后續(xù)的相位中心偏差和方向圖變化的影響。GCS 還將納入用于 TT&C（遙感遙測(cè)與指令）的商用天線, 并自動(dòng)執(zhí)行通用功能, 以降低全球定位系統(tǒng)所需的手動(dòng)控制水平。GCS 的開發(fā)將強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)安全和與企業(yè)地面系統(tǒng) (EGS) 的兼容性。 值得指出的是，AFRL/RV 正在尋求與產(chǎn)業(yè)界、政府機(jī)構(gòu)和大學(xué)的合作, 以開發(fā)實(shí)驗(yàn)概念和參與飛行實(shí)驗(yàn)。發(fā)動(dòng)大家總比單打獨(dú)斗的好。集中大家的智慧和力量，能夠取得更多更快更好更省的效果。 還值得指出的是，在下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中，按照中國新時(shí)空服務(wù)體系的基本概念，北斗新時(shí)空升級(jí)換代的重大創(chuàng)新是在空間、運(yùn)控和用戶端以外，增加環(huán)境段，也就是針對(duì)系統(tǒng)工作環(huán)境和用戶應(yīng)用環(huán)境的智能化技術(shù)這樣的世界性難題，作為系統(tǒng)堅(jiān)韌性的重大突破口，這也是多種多樣增強(qiáng)技術(shù)的關(guān)鍵所在，是系統(tǒng)完好性、可靠性、堅(jiān)韌性指標(biāo)保障所在，是關(guān)鍵核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。這也需要真正腳踏實(shí)地 、一步一個(gè)腳印地的開展工作。 |
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圖1.地球上方的NTS-3 號(hào)＊
