曹沖：30年或者50年后衛(wèi)星導(dǎo)航是什么模樣？

現(xiàn)在是信息爆炸和知識(shí)爆炸時(shí)代，與上世紀(jì)相比，信息數(shù)量增長(zhǎng)不可同日而語(yǔ)，現(xiàn)在是兩年就翻一番。技術(shù)進(jìn)步的速度有點(diǎn)突飛猛進(jìn)的味道。所以，這個(gè)問(wèn)題，不是那個(gè)輕而易舉地能夠回答清楚的。 10多年前，在論證北斗區(qū)域和全球系統(tǒng)的時(shí)候，我就說(shuō)過(guò)，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的生命周期，至少還有50年。這是因?yàn)轫ゴ蟮囊粋€(gè)系統(tǒng)，其建設(shè)周期要十幾年，甚至二十余年。投入資金通常要一百多億美元，每年的運(yùn)營(yíng)維持費(fèi)，一般需要10多億美元。關(guān)鍵是這樣的高技術(shù)系統(tǒng)，它所提供的時(shí)空參量信息，既是信息服務(wù)的重要內(nèi)容，又是信息服務(wù)的工具手段，是實(shí)現(xiàn)智能化信息服務(wù)的關(guān)鍵要素。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)利用數(shù)十顆衛(wèi)星，便能夠?qū)崿F(xiàn)全球化覆蓋，全天候服務(wù)，實(shí)時(shí)性操作，高精度定位、導(dǎo)航、授時(shí)，這是其它手段難于達(dá)到的高科技目標(biāo)，是重大關(guān)鍵技術(shù)先進(jìn)性、引領(lǐng)性作用的明顯體現(xiàn)。 最近，許多人已經(jīng)關(guān)心2020年后，北斗/GNSS系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)什么樣的演變進(jìn)程，泛在定位、導(dǎo)航、授時(shí)的發(fā)展會(huì)讓衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)入什么樣的狀態(tài)？導(dǎo)航與通信的融合會(huì)真正的走到一起嗎？30年或者50年后，衛(wèi)星導(dǎo)航又是什么模樣？這些問(wèn)題，看上去似乎很遙遠(yuǎn)，實(shí)質(zhì)上是非常現(xiàn)實(shí)的事情。導(dǎo)航與通信在某種程度上而言，是個(gè)孿生兄弟，已經(jīng)走到一起，而且其發(fā)展形勢(shì)也業(yè)已箭在弦上。智能手機(jī)中的芯片，已經(jīng)將兩者進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，成為行業(yè)的一種流行風(fēng)尚。

 圖1. 648顆衛(wèi)星組成的ONE WEBB星座圖2. 4000余顆衛(wèi)星組成的SpaceX星鏈星座 近年來(lái)，低軌通信衛(wèi)星熱鬧非凡，從二代銥星開(kāi)始，出現(xiàn)One Webb衛(wèi)星系統(tǒng)，一下子就要發(fā)648顆衛(wèi)星上天，以期形成經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的全球接入的天基互聯(lián)網(wǎng)，2018年10顆衛(wèi)星升空，在2022-2027年間完成系統(tǒng)布設(shè)，逐步提供服務(wù)（如圖1）。圖2所示，是Space X的星鏈（Starlink）星座的示意圖，該星座有4000多顆衛(wèi)星組成，其目的是建立全球?qū)拵Щヂ?lián)網(wǎng)。除開(kāi)這兩種全球衛(wèi)星通信網(wǎng)設(shè)想，現(xiàn)在已經(jīng)形形色色方案成風(fēng)，讓人目不暇接。國(guó)內(nèi)在商業(yè)航天的口號(hào)聲中，也有若干個(gè)星座在策劃規(guī)范和部署實(shí)施。所有的星座，多多少少均把衛(wèi)星導(dǎo)航捎帶上，但是也都是羞羞答答，沒(méi)有正面出擊，而是以增強(qiáng)的概念說(shuō)事，這里有一點(diǎn)是靠譜的，因?yàn)镚NSS存在的脆弱性難題，需要增強(qiáng)系統(tǒng)支持，需要確保GNSS服務(wù)的完好性，估計(jì)2023年GNSS接收機(jī)的高級(jí)自主完好性監(jiān)測(cè)（ARAIM），可以達(dá)到商用化程度，低軌星座可以作為星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）加以應(yīng)用，中地球軌道的GNSS與低地球軌道的通信衛(wèi)星（定位）信號(hào)的組合，可以解決精密單點(diǎn)定位（PPP）中的整周多義性求解難題，能夠大大縮短信號(hào)處理過(guò)程中的收斂時(shí)間，使得PPP基本上達(dá)到可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)用的水平。這對(duì)于發(fā)展包括無(wú)人機(jī)、無(wú)人船和無(wú)人駕駛汽車在內(nèi)的無(wú)人系統(tǒng)，顯然是一種重大福音。當(dāng)然，第二代，或者第三代SBAS的推廣應(yīng)用，其最大的受益者是航空，有人提出問(wèn)題是2035年后，SBAS是不是還會(huì)那么吃香！目前看來(lái)，誰(shuí)也無(wú)法回答清楚這樣的問(wèn)題。但是，這實(shí)質(zhì)上是對(duì)于現(xiàn)如今那么多低軌衛(wèi)星能夠發(fā)揮增強(qiáng)作用的一種質(zhì)疑。 天上的衛(wèi)星通信系統(tǒng)那么熱鬧，但是其作用與地面的5G系統(tǒng)的部署實(shí)施相比，那就天上、地下會(huì)來(lái)個(gè)大翻個(gè)兒。5G在某種程度上說(shuō)是真正意義上的一場(chǎng)移動(dòng)革命，它體現(xiàn)了導(dǎo)航與通信的融合，帶來(lái)了許多新的關(guān)鍵使命型服務(wù)和定位應(yīng)用。在主要目標(biāo)中，其中可找到使用毫米波和小型蜂窩的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和超快速增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶。在許許多多新興應(yīng)用中，我們將可能看到GNSS / 5G的雜交和混搭，或者說(shuō)是融合發(fā)展。 在天基地基融合、通信與導(dǎo)航融合中，我們更進(jìn)一步地看到，商業(yè)航天的未來(lái)，現(xiàn)在已經(jīng)是商業(yè)和民營(yíng)資本進(jìn)入航天的時(shí)代，產(chǎn)生了一個(gè)所謂新航天時(shí)代，會(huì)讓人們更加多快好省地應(yīng)用航天技術(shù)，為大眾、為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。當(dāng)然，要求不能一哄而上和一哄而散，不僅僅是停留在炒作概念上，更不是滿臉長(zhǎng)牙，單靠一張嘴，而是腳踏實(shí)地地把事業(yè)真正做成實(shí)事，做成產(chǎn)業(yè)，造福社會(huì)與人類。