【视野】没完没了的“GPS现代化”何时了？

创业 2024-11-12 16:11 上海

GPS在1995年宣布投入完全服务，第二年就推动“GPS现代化”进程，至今已经差不多30年了，这个没完没了的现代化，似乎还没有个完。GPS卫星系统发展过程，经历了GPSI、GPSII（IIA、IIR 、IIR-M、IIF），已经进入GPSIII发展阶段。GPSIII阶段的星座是由十颗GPSIII和22颗GPSIIIF卫星组成，目前安排来看，最后一颗GPSIIIF卫星业已推迟到2036年发射，显然现代化进程结束来日方长。

1. 为什么要实现 GPS 现代化？

GPS 已发展成为美国国家关键基础设施的一部分。所有的金融市场、交通系统、公用事业、拼车行业以及农业和建筑行业都依赖于来自 GPS 的定位、导航和授时（PNT）信号。全球有超过 40 亿用户依赖 GPS 的 PNT 信号。仅在美国，GPS 估计每年就提供超过 3000 亿美元的经济效益。自 GPS 成立以来，其总计的经济效益超过 1.4 万亿美元。今天的 GPS 卫星星座（最古老的卫星于 1990 年代末/2000 年代初发射）继续提供有价值的服务，但它需要新的现代化技术和能力来应对未来的挑战。

另一个要实现现代化的原因，也是不应忘记的原因：GPS 由美国空军拥有和运营，现在是太空军。GPS 对我们的作战人员来说是一个非常有价值的工具，它使他们能够精确和准确地完成任务，并安全回家。太空与 1978 年第一颗 NavStar 卫星发射时不同。太空已经成为一个竞争更加激烈的环境——竞争的对手也越来越激烈。我们的作战人员需要增强的能力来应对不断变化的威胁。将 GPS 作为“作战系统”重新关注的必要性从未如此明确。

2. 为什么是洛克希德马丁公司来承担GPSIII卫星现代化任务？

洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin Corporation）总部位于美国马里兰州贝塞斯达，是一家全球性的安全和航空航天公司，在全球拥有约 114,000 名员工，主要从事先进技术系统、产品和服务的研究、设计、开发、制造、集成和维护。而推进GPS现代化的GPSIII/IIIF总共32（10+22）颗卫星的生产制造，两次招标均被该公司获得。头十颗GPSIII卫星制造任务，是洛克希德·马丁航天系统公司在2008年5月，收到了美国空军的合同，开发新的第三代 GPS 卫星。

GPSIII卫星合同签订确定建造10颗卫星，第一颗GPS Ⅲ卫星（GPSⅢ SV01）已于美国东部时间2018年12月23日上午8:51搭载SpaceX公司猎鹰9号火箭，从佛罗里达的纳维拉尔角空军基地成功发射。该卫星由洛马公司制造，将在太空服役15年。最近一次GPSIII卫星发射，是发射GPS III SV06（第六颗GPSIII卫星），时间是2023年1月18日12:24（UTC），地点为卡纳维拉尔角40号发射台，发射火箭是猎鹰九号Block5。2023年2月下旬，美国太空系统司令部（SSC）已宣布 GPS III 太空飞行器 10 （SV10）可供发射，这标志着GPS星座现代化工作和 GPS III 计划的生产完成。“第十个也是最后一个 GPS III 航天器的完成是 GPS 现代化的一个重要里程碑，”相关人士指出。“如果没有我们的行业和政府合作伙伴的合作、沟通和问责制，这是不可能的。”GPS III 计划的贡献支撑了美国对我们的作战人员和全球 40 多亿 GPS 用户的国家安全需求。GPS III 卫星通过各种改进提供增强的性能和准确性，包括增强信号保护和提高准确性。GPS III 还提供一种新的 L1C 信号，旨在与类似的 GNSS 进行互操作，并扩展了被称为生命安全（safety of-life）的民用 L5 信号，该信号尚未投入使用。GPSIII的10颗卫星要形成一个星座，其数量显然是不够的，所以后面就有GPSIIIF（后续）卫星系列。

洛克希德·马丁公司历来设计并制造过12颗GPS IIR卫星，然后应空军的要求，又建造了八架具有附加信号功能的航天器，空军将其称为GPS IIR-M。如今，当前GPS星座中约有60％由洛克希德·马丁公司设计并制造的GPS IIR卫星（于1997年开始发射）和首批具有M-code功能的GPS卫星GPS IIR-M组成，2005年后者开始发射。

3. GPSIII卫星

洛克希德·马丁公司与美国空军签订了设计和制造 10 颗 GPS III 卫星的合同，与早期设计的在轨 GPS 卫星相比，其能力得到了显著提高，旨在为全球的军用和民用定位、导航和授时（PNT）用户带来新的未来功能。其中包括：

· 精度提高 3 倍；

· 抗干扰能力提高了 8 倍；

· 新的 L1C 民用信号，与国际GNSS（如欧洲的 Galileo）兼容，以改善民用用户的连接性；

· 模块化设计，允许在未来添加新技术和功能，以更好地应对不断变化的任务需求和新出现的威胁。

4. GPSIIIF卫星有更加强大的功能

据美国《防务新闻》网站2018年9月15日报道称，美国洛克希德·马丁公司已获得价值72亿美元的新一代GPSIIIF卫星合同。报道称，这一结果并不令人意外，因为GPS III项目目前由其负责，该计划首批将制造10颗卫星。该公司也是这份最新卫星合同的唯一竞标者，合同内容是再生产22颗GPSIIIF卫星。由此可见，今天的洛克希德·马丁公司已与多达32颗GPS III和GPS III随动卫星（GPS IIIF）的卫星选件签定合同。这些卫星将在公司位于科罗拉多州丹佛市的近40,000平方英尺的GPS III处理设施（GPF）中进行组装和测试。这家耗资1.28亿美元的先进制造工厂是在虚拟现实环境中设计的，旨在最大程度地提高生产效率和效率。GPF于2011年开放，包括专门设计的洁净室和测试室，旨在简化卫星生产。洛克希德·马丁公司致力于为空军提供负担得起的，有弹性的，低风险的GPS III解决方案。

GPS III Follow On （GPS IIIF）计划将推出更多功能。洛克希德·马丁公司目前签订了多达 22 颗额外 GPS IIIF 卫星的合同，从 GPS IIIF SV11 开始。GPS IIIF 卫星将具有以下特点：

· 区域军事保护能力，可在战区提供高达 60 倍的抗干扰能力，以确保在敌对环境中不会拒绝美国和盟军访问 GPS；

· 一种精度增强的激光角锥反射镜阵列；

· 新的搜索和救援有效负载；

· 全数字导航有效载荷；

· GPS IIIF SV13 及更高版本将采用该公司的 LM2100 战斗总线™，这是一种增强型航天器，可提供更强的弹性和网络强化能力，以应对日益增长的威胁，并改进航天器电源、推进和电子设备；

· LM2100 战斗总线车辆还能够托管洛克希德马丁公司的增强系统端口接口（ASPIN），这将允许未来的在轨维修和升级机会。

洛克希德·马丁公司很荣幸能成为洛杉矶空军基地美国太空军太空和导弹系统中心太空生产军中地球轨道师领导的 GPS III 团队的一员。GPS 操作控制部分维护由彼得森太空部队基地的 GPS 维护部门企业军管理。位于施里弗太空部队基地的第 2 太空作战中队为民用和军用用户管理和运营 GPS 星座。

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