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環(huán)球新時空  《斗室智庫》乃北斗時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； 縱橫時空，經緯方圓， 智能信息，福澤環(huán)球。 下一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的核心關鍵是突破堅韌性難題 曹 沖 有沒有下一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)？也就是第三代衛(wèi)星導航系統(tǒng)？回答應該是有。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該成為當務之急和重中之重。所以，近些年來堅韌（強）PNT，或者彈性PNT就成為熱點課題。因此，下一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)將突破堅韌性作為核心關鍵，是順理成章的事情。這就是說，下一代系統(tǒng)，當務之急不是鋪攤子，而是瞄準核心關鍵，在原有的基礎上進行升級換代，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，美國的相關行動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、導航和授時）衛(wèi)星的主承包商。這里的PNT衛(wèi)星是下一代導航衛(wèi)星的試驗床，是新一代導航技術衛(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驗室（AFRL）空間飛行器局。 美國空軍研究實驗室（AFRL）和空間與導彈系統(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)星預計將于2022年發(fā)射, 并進行為期一年的實驗運作。 1. 進行NTS衛(wèi)星試驗是美國的成功經驗 NTS-3是建立在20世紀70年代開始的國防部 (DOD) 衛(wèi)星導航遺產基礎上, 它是現代GPS星座的前身。NTS-1 由海軍研究實驗室 (NRL) 開發(fā)的，于1974年發(fā)射, 有兩個銣蒸汽原子頻率標準，為TIMATION衛(wèi)星計劃演示提供先進的授時和導航精度。NTS–2于1977年發(fā)射, 成為第一顆 NAVSTAR GPS第一階段衛(wèi)星, 并展示了銫頻率標準和全球數據采集網絡。此后, 一直沒有國防部的衛(wèi)星導航大型開發(fā)項目進行實驗研究, 一直到NTS-3。 2. NTS-3是PNT的實驗床 作為地球同步靜止軌道上的獨特試驗臺, NTS-3 將整合多種先進技術，來展示系統(tǒng)堅韌性（或者說是彈性）和新的運作概念, 包括實驗天線、靈活和安全的信號、更高的自動化程度以及地面資產的商業(yè)化應用。從 NTS-3 獲得的技術成熟化和經驗知識有望轉移到未來幾代全球定位系統(tǒng)及其增強層面, 以實現國家PNT能力。 “國防戰(zhàn)略告訴我們,必須發(fā)展我們國家的定位、導航和授時能力, 以使其更具堅韌性”。美國AFRL 空間飛行器總監(jiān)埃里克·費爾特上校作如是說。“NTS-3 都是關于強化堅韌性的, 我對我們的 SMC、AFRL和Harris團隊所從事的堅韌性實驗感到無比興奮, 他們將能夠使用NTS-3的創(chuàng)新和靈活的硬件、軟件和波形進行測試”。 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 2015年空間飛行器局將NTS-3選定為新的重大綜合空間實驗平臺, 它代表了AFRL首次PNT飛行實驗, 根據航天企業(yè)愿景 (SEV)和航天作戰(zhàn)架構 (SWC)要求，目的是在2015年形成更具堅韌性的PNT多層結構原型。 2017年, AFRL重新構建了NTS-3, 以強調特定的目標, 在SEV和SWC所概述的多層空間架構中展示分門別類、具有堅韌性特色的PNT。NTS-3 將為軌道數字波形發(fā)生器 (ORDWG) 和大功率/高效率固態(tài)放大器等核心技術提供空間認證。除了新的信號外, 機載實驗還包括通過傳統(tǒng)和高級時鐘提高授時精度和完好性, 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)的所有三個組成部分 (空間、控制和用戶) 演示多層PNT的關鍵戰(zhàn)術、技術和方法 (TTP)。 4. 敏捷波形平臺 為支持NTS-3，Harris公司計劃開發(fā)敏捷波形平臺, 這是一種可在軌重新編程的數字信號發(fā)生器, 使運營商能夠快速開發(fā)和部署新信號, 以滿足戰(zhàn)場上快速變化的需求。此外, Harris 的電子可控相陣列天線將支持在地球覆蓋和點波束雙重配置中同時廣播多個波形。 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 布拉克斯頓技術公司于2017年6月就被選中負責NTS-3 衛(wèi)星導航地面控制, 同時展示了業(yè)已成熟的創(chuàng)新技術和能夠擔負得起衛(wèi)星導航地面指揮和控制的力, 以確保在有爭議和被拒阻環(huán)境下的定位、導航和授時。布拉克斯頓專家還將展示衛(wèi)星地面控制技術, 這些技術最終可用于未來的GPS地面控制系統(tǒng)。他們將使用多任務空間業(yè)務中心 (MMSOC) 開放架構標準及空軍衛(wèi)星控制網絡 (AFSCN), 與未來的NTS-3 空間有效載荷進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) 的目標包括多個天線指令，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（遙感遙測與指令）的商用天線, 并自動執(zhí)行通用功能, 以降低全球定位系統(tǒng)所需的手動控制水平。GCS 的開發(fā)將強調網絡安全和與企業(yè)地面系統(tǒng) (EGS) 的兼容性。 值得指出的是，AFRL/RV 正在尋求與產業(yè)界、政府機構和大學的合作, 以開發(fā)實驗概念和參與飛行實驗。發(fā)動大家總比單打獨斗的好。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)星導航系統(tǒng)總體設計中，按照中國新時空服務體系的基本概念，北斗新時空升級換代的重大創(chuàng)新是在空間、運控和用戶端以外，增加環(huán)境段，也就是針對系統(tǒng)工作環(huán)境和用戶應用環(huán)境的智能化技術這樣的世界性難題，作為系統(tǒng)堅韌性的重大突破口，這也是多種多樣增強技術的關鍵所在，是系統(tǒng)完好性、可靠性、堅韌性指標保障所在，是關鍵核心競爭力所在。這也需要真正腳踏實地 、一步一個腳印地的開展工作。 |
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圖1.地球上方的NTS-3 號＊
