伽利略系统全面“拉闸”也许要从缺少这个技术说起_亚博APP安全有保障

栏目:国际业绩

更新时间:2021-03-22

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伽利略系统全面“拉闸”也许要从缺少这个技术说起_亚博APP安全有保障

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[文/观察者网专栏作者石豪]从北京时间2019年7月10日起,欧洲伽利略卫星导航系统开始经常出现数据中断等异常情况。

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本文摘要:[文/观察者网专栏作者石豪]从北京时间2019年7月10日起,欧洲伽利略卫星导航系统开始经常出现数据中断等异常情况。

[文/观察者网专栏作者石豪]从北京时间2019年7月10日起,欧洲伽利略卫星导航系统开始经常出现数据中断等异常情况。7月11日22时45分,欧洲GNSS服务中心发布公告,称之为伽利略系统所有卫星“服务降级”,导航系统信号有可能不能用,正在尽早修缮。而就在7月14日凌晨4时15分,欧洲GNSS服务中心再度发布公告,宣告“用户服务中断”。四大全球导航系统之一的伽利略,陷于全面“拉闸”状态。

少见的故障自1978年美国升空第一颗GPS卫星以来,人类对全球导航系统卫星系统(GNSS,GlobalNavigationSatelliteSystem)的建设早已多达40年,构成了美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗和欧洲伽利略四大系统。虽然各系统的发展都不是一帆风顺,单星故障、服务不平稳等小毛病远比较少,但像伽利略系统这次的全局服务中断故障,无非少见。四大全球导航系统的动态星下点方位,其中已无代表伽利略的绿色圆点|图片来源@国际GNSS监测评估系统伽利略系统卫星工作状态,可见已全部掉线|图片来源@国际GNSS监测评估系统只不过,从7月10日开始,由我国建设运营的国际GNSS监测评估系统(iGMAS)就早已记录到伽利略系统的信号出现异常:7月10日伽利略系统卫星工作状态|图片来源@国际GNSS监测评估系统7月11日伽利略系统卫星工作状态|图片来源@国际GNSS监测评估系统从10日和11日的卫星工作状态图中我们难于找到,伽利略系统中的所有卫星都经常出现了步调一致的“掉线”,如果是卫星自身的问题,一般会多颗星同时经常出现故障,并且故障再次发生时间完全一致,因此初步判断问题出有在地面系统。根据慕尼黑联邦国防军大学卸任教授、前欧空局GNSS发展计划负责人GünterW。

Hein的众说纷纭,伽利略系统的故障是由坐落于意大利富齐诺控制中心的仪器定时装置(PTF,PreciseTimingFacility)引发的。和其他全球定位系统一样,伽利略系统也由卫星和地面设备构成,竣工后的伽利略系统将有30颗卫星在距地面2.3万千米的三个轨道面上运营。

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伽利略系统星座示意图|图片来源@ESA地面部分则由2个地面控制中心、6个测控站和多个数据上载车站等构成,这次经常出现问题的仪器定时装置就是归属于富齐诺控制中心的地面任务段。仪器定时装置的核心是一个氢原子钟和多个铯钟,需要分解高精度、低稳定度的时间数据(伽利略系统时间GST),需要对星上时钟展开校准,以构建高精度定位。仪器定时装置(PTF)框图|图片来源@参考文献[2]怪异的绝望在伽利略系统由信号出现异常到服务几乎中断的过程中,由我国建设运营的国际GNSS监测评估系统(iGMAS)全程维持监测,并持续对国内外用户提供数据。

iGMAS是全球第一个涵括四大导航系统的监测平台,也是我国第一个在联合国框架下发动并主导的科学工程。iGMAS的跟踪站遍及全球,还包括8个国内车站、14个海外车站,甚至在北极的黄河车站和南极的中山站也另设跟踪站,需要在全球范围内对四大导航系统的信号展开接管测量,对数据质量展开评估。全球用户可以通过iGMAS网站(www.igmas.org)取得免费的四大导航系统监测评估数据。

iGMAS南北极跟踪站|图片来源@iGMAS根据一些专业GNSS网站的消息透漏,工程师正在加班加点修理伽利略系统,预计服务将不会在周末(7月13日到14日)完全恢复。然而令人困惑的是,在伽利略系统全面“拉闸”的几天里,普遍认为的“西方主流媒体”并没什么动静。[作者录:在本文付梓后,直到北京时间7月15日早上7点,BBC再一报导了此事。

从伽利略官方首次公布出现异常公告到BBC报导,多达80小时,即使从官方宣告全面“拉闸”算数起,也于隔年了多达一天。实质上从北京时间7月12日5时50凌晨,伽利略系统已完全中断服务,如果从这个时间核对起,“瞒报”时间近两天。]或许是CNN、BBC等西方主流媒体对欧洲的全球导航系统宕机漠不关心?或者他们对欧洲的宽容度更高,自由选择为尊者讳?只是不告诉如果宕机的是中国的北斗系统,他们又不会作何反应。不过,想北斗经常出现这种全系统掉线的情况,还感叹有点艰难的,这都源自一项北斗享有,GPS也有,GLONASS都有,就伽利略没的技术——星间链路。

缺乏的技术只不过星间链路技术在北斗系统的应用于,多少和历史有关。全球导航系统包括数十颗卫星,卫星飞出有国土范围后的测控很成问题——卫星上的遥测数据下没法,地面的遥控指令上不去。

所以我们能看见远望号航天测控船队常常航行太平洋,为升空获取测控服务。远眺七号|图片来源闻水印对于英法美等老牌殖民主义国家而言,遍及全球的殖民地为成立测控站获取了诸多便利,而我国建设的海外测控站则面对所在国政治局势的影响,一直不存在风险。

20世纪90年代,我国在太平洋岛国基里巴斯建设了海外测控站,但2003年11月,基里巴斯当局背信弃义,与台湾当局创建所谓“外交关系”,基里巴斯测控站也遭到了根本性挫折。不利的局势对北斗全球定位系统明确提出了更高的拒绝:北斗卫星不倚赖境外测控站,就能已完成对系统内卫星的测控。而星间链路技术,是我们最差的自由选择。

星间链路示意图|图片来源@中国空间技术研究院实质上,星间链路不光能传输数据,还能构建卫星之间的仪器测距和校时,并以此自律计算出来并修正卫星的轨道方位和时钟系统。就算我国境内的地面站遭到反击几乎暂停工作,依赖高精度的星间测距,北斗星座还能自律运营数月时间。

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反观伽利略系统,因为没星间链路,卫星不得已“各自为战”,在地面站经常出现问题时,整个星座因为缺少自律运营能力而陷于中断,地面设施一天不恢复正常,伽利略系统也就一天无法重新启动,用户们也就要挣扎等候。北斗卫星配备的是Ka波段相控阵天线,比起于GPS配备的UHF波段链路和GLONASS配备的S波段链路,技术更加先进设备,传输速率更加慢,同时对波束的指向性拒绝也更高。Ka波段星间链路技术的突破,不仅是北斗系统向世界顶级导航系统卫星系统迈向的最重要一步,更加未来通信、导航系统、遥测一体化技术祸根了意味深长的伏笔。

通导影一体化场景|图片来源@参考文献[5]平心而论,以十几年前英法德意西欧国家的技术实力,几乎可以作出比现在更佳的导航系统,但伽利略系统从问世之日起,就预示着争执与让步,现在的样子不能却是各参予国的“最大公约数”。尽管到7月15日为止,西方主流媒体无意或有意地杀掉了这次事故,没导致更大的舆论影响,但这次宕机对仍未几乎竣工的伽利略系统否不会带给消极影响,仍然有一点仔细观察。作为伽利略项目曾多次的参与方与投资方,中国用北斗系统再度证明了自力更生在核心技术领域的重要性,有些东西是等没法、靠不住、要不出的。北斗系统的故事,有一点我们细细品味,“北斗人”的精神,有一点与每一位有志于为祖国突破尖端科技贡献力量的朋友共勉。

北斗卫星导航系统|图片来源@北斗系统官网参考文献[1]GALILEOpositioningtechnology[M]。Dordrecht,TheNetherlands::Springer,2015。

[2]ZanelloR,MascarelloM,GalleaniL,etal。TheGalileoprecisetimingfacility[C]//2007IEEEInternationalFrequencyControlSymposiumJointwiththe21stEuropeanFrequencyandTimeForum。IEEE,2007:458-462。

[3]谢军,王金刚。北斗-3卫星的创意和技术特点[J]。国际太空,2017(11):6-9。

[4]ZhouY,WangY,HuangW,etal。In-orbitperformanceassessmentofBeiDouintersatellitelinkranging[J]。GPSSolutions,2018,22(4):119。

[5]李德仁。论军民深度融合的通导遥一体化空天信息动态智能服务系统[J]。军民两用技术与产品,2018(15):14-17。


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