曹沖：美國強(qiáng)調(diào)GPS的脆弱性研究又把矛頭指向中俄

最近美國官方的兩份報(bào)告強(qiáng)調(diào)了有空間能力的對(duì)手對(duì)GPS構(gòu)成威脅。美國參議院情報(bào)事務(wù)特設(shè)委員會(huì)1月30日發(fā)布的《全球威脅評(píng)估》和國防情報(bào)局新發(fā)布的《太空安全挑戰(zhàn)》都認(rèn)為中國、俄羅斯和其他有空間開發(fā)能力的國家，均具備破壞GPS星座或中斷其信號(hào)的可能性。基于對(duì)GPS這些風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂不斷增加, 以及地區(qū)干擾或欺騙的有害事件日益頻繁發(fā)生, 美國政府的組織機(jī)構(gòu)都在著重研究如何解決GPS脆弱性（漏洞）問題, 并尋找在沒有GPS可用情況下如何解決提供精準(zhǔn)時(shí)空信息的運(yùn)作方法。
 
       為開發(fā)和測試更過硬的導(dǎo)航衛(wèi)星和增強(qiáng)系統(tǒng)的技術(shù), 美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）與空間和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）正在研制一個(gè)稱為導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星三號(hào)（NTS-3）的在軌試驗(yàn)平臺(tái)。NTS-3將用于展示技術(shù)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)、提高自動(dòng)化程度和利用商業(yè)化的地面資產(chǎn)。哈里斯公司 (Harris Corp.) 在去年年底被認(rèn)定為主承包商, 預(yù)計(jì)該航天器將于2022年發(fā)射。
 
       “國防戰(zhàn)略告訴我們, 必須發(fā)展國家的定位、導(dǎo)航和授時(shí)能力, 讓其更加具有堅(jiān)韌性”。AFRL空間飛行器總監(jiān)埃里克·費(fèi)爾特上校作如是說。“NTS-3 全部是關(guān)于堅(jiān)韌性的, 我對(duì)我們的SMC、AFRL和 Harris 團(tuán)隊(duì)的堅(jiān)韌性實(shí)驗(yàn)感到無比興奮, 他們將能夠利用NTS-3 進(jìn)行創(chuàng)新，和靈活的硬件、軟件和波形測試”。
 
       雖然這項(xiàng)研究正在進(jìn)行中, 但空軍正在研究如何升級(jí)現(xiàn)有系統(tǒng)。一段時(shí)間以來, GPS管理局一直在研究如何能夠利用新的軍碼（M-碼）實(shí)現(xiàn)接收機(jī)卡的升級(jí)與替換。三個(gè)承包商—L3 技術(shù)公司、雷神航天和機(jī)載系統(tǒng)公司以及羅克韋爾·柯林斯--正在開發(fā)這些接收機(jī)卡, 并準(zhǔn)備在測試就緒后直接提供有益的服務(wù)。美國空軍也與Northrop Grumman 和 霍尼韋爾國際公司合作, 通過 EGI-M計(jì)劃  (嵌入式GPS /慣性導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)代化) 對(duì)現(xiàn)有導(dǎo)航硬件進(jìn)行升級(jí)?？哲娮罱騈orthrop Grumman 提供了 5, 900萬美元, 用于工程和制造研究開發(fā)?；裟犴f爾獲得了 8, 000萬美元的改造費(fèi), 以擴(kuò)大他們在平臺(tái)現(xiàn)代化、系統(tǒng)集成和其他與EGI有關(guān)的工作, 包括涉及外國軍售的工作。
 
       此外，美國DARPA至少有兩個(gè)與定位、 導(dǎo)航和授時(shí) (PNT) 相關(guān)的項(xiàng)目正在進(jìn)行中, 并正在尋求更多的項(xiàng)目。正在開發(fā)的精準(zhǔn)彈藥魯棒慣性制導(dǎo) （PREGM）計(jì)劃，其目的是研發(fā)在GPS拒阻環(huán)境中加以使用的慣性傳感器技術(shù)。目標(biāo)是為高性能慣性傳感器確定有發(fā)展前景的技術(shù), 這些傳感器可用于極端環(huán)境下的長期任務(wù)。PRIGM的研究人員將研究微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 平臺(tái)和先進(jìn)的慣性微傳感器, 用于未來的硬武器、高帶寬、高動(dòng)態(tài)范圍、無GPS條件下的導(dǎo)航制導(dǎo)。在競爭環(huán)境中的空間、時(shí)間和指向信息計(jì)劃（STOIC），正在開發(fā)提供GPS級(jí)別或更好性能的備份裝備。DARPA指出: “STOIC包括三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域, 一是使用極低頻 (VLF) 信號(hào)提供地固導(dǎo)航；二是基于DARPA的QuASAR (量子輔助傳感和讀數(shù)) 計(jì)劃開發(fā)的技術(shù)部署光學(xué)時(shí)鐘；三是精確的時(shí)間傳輸和數(shù)據(jù)鏈路上的測距。這些技術(shù)的系統(tǒng)集成有可能提供獨(dú)立于GPS的全球PNT服務(wù)”。
 
       DARPA最近完成了一次技術(shù)建議征集, 希望這些建議可以幫助解決從簡樸、偏遠(yuǎn)到密集特大城市等多種多樣環(huán)境中的沖突對(duì)抗。該機(jī)構(gòu)的戰(zhàn)略技術(shù)辦公室正在尋求相關(guān)技術(shù), 包括PNT的創(chuàng)新, 期望能夠解決從高度競爭激烈的部隊(duì)沖突到模糊、復(fù)雜的 “灰色地帶”沖突等各種各樣激烈程度的沖突。根據(jù)其Blackjack Pit Boss計(jì)劃，DARPA正在尋求開發(fā)和演示在低地球軌道上構(gòu)建全球高速網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的技術(shù)。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“高度網(wǎng)絡(luò)化、堅(jiān)韌性和持久性的DOD有效載荷，在全球范圍內(nèi)地面、地表和空中域內(nèi)持續(xù)保持”。DARPA并非一個(gè)小代理機(jī)構(gòu)，它還有一個(gè)開放式計(jì)劃，其目標(biāo)是為正在進(jìn)行的微系統(tǒng)技術(shù)辦公室計(jì)劃或其他已發(fā)布的請(qǐng)征求項(xiàng)目所要解決的主題，找到“革命性的研究思路”。
 
       在2018年最后幾天，進(jìn)行了GPSIII的會(huì)戰(zhàn)，報(bào)告了GPSIII這一批代的第一給空間飛行器發(fā)射情況。這代表GPS發(fā)展的一個(gè)新階段已經(jīng)開始, 發(fā)射衛(wèi)星的火箭，其熊熊燃燒的路徑預(yù)示著為全人類建立起來一座新的高高聳立著的"空中燈塔"?；厥走h(yuǎn)望，其他一些新的PNT衛(wèi)星來自何方？人們試圖在這個(gè)問題上記錄它們的全部, 實(shí)際上是目不暇接，掛一漏萬。多年來, 一直在談?wù)撱炐牵╥ridium）星座, 這是一個(gè)低地球軌道通信網(wǎng)絡(luò), 也可以提供授時(shí)服務(wù),并有利于在城市環(huán)境中實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收，從而提高精準(zhǔn)度。如果不是今年1月剛剛又發(fā)射了 1 0 顆衛(wèi)星, 使得銥星第二代星座總數(shù)達(dá)到 7 5 顆，實(shí)際上這類新聞不過是老生常談。而值得我們繼續(xù)討論真正的新消息，那就是上面提及的屬于GPS家屬的導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星三號(hào)（NTS-3）。
 
       當(dāng)然，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在空間的應(yīng)用正在日新月異的發(fā)展著。查看最近甚囂塵上的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)種種，其中包括有Spire星座（72顆星），搭載伽利略信號(hào)接收機(jī)，為氣象界提供GNSS無線電掩星產(chǎn)品。它們不可能是針對(duì)直接用戶的PNT，但它們是衍生物。再瀏覽一下，會(huì)發(fā)現(xiàn)最新的Hawkeye 360編隊(duì)飛行探測器，旨在探測和地理定位射頻（RF）信號(hào)，并將這些數(shù)據(jù)用于搜索和救援以及商業(yè)海上作業(yè)。事情還遠(yuǎn)未到此為止，進(jìn)一步瀏覽空間行星，會(huì)看到所謂面包（BreadLoaf）衛(wèi)星, 目前其數(shù)量達(dá)到300余顆，未來會(huì)更多, 每天會(huì)提供120萬張高分辨率地球圖像, 用于農(nóng)業(yè)、國防、 測繪和GIS, 以及其他若干行業(yè)。如果說一組衛(wèi)星是一個(gè)星座, 你叫一組星座又叫什么？ 如果人們要效仿天文學(xué)的做法, 其適當(dāng)?shù)募夹g(shù)術(shù)語是為小行星群。不過, 稱其為星系會(huì)更容易理解。而當(dāng)前，這種所謂星系似乎是種時(shí)髦的玩意兒。但是，在航天領(lǐng)域，真正的星座是從衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也就是從GPS開始的。而現(xiàn)在不管是通信、導(dǎo)航、遙感、氣象等哪一個(gè)星座管理，都離不開衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這就是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵、基礎(chǔ)、共性技術(shù)的意義，時(shí)空服務(wù)的本質(zhì)性。
 
       為什么美國總是抓住中國和俄羅斯不放，實(shí)際上就是所謂的“懷璧其罪”。因?yàn)槟阌羞@個(gè)能力，而且威脅到其霸主地位，所以總想折騰你。那我們就應(yīng)該更加努力地集中精神頭，披荊斬棘，勇往直前，群策群力，不斷創(chuàng)新，戰(zhàn)無不勝地前進(jìn)。