美國(guó)ＧＡＯ對(duì)ＧＰＳ的最新評(píng)價(jià)分析

袁兆紅　王子剛

編者按：5月20日前后，因特網(wǎng)上紛紛出現(xiàn)有關(guān)“美國(guó)GPS將在2010年癱瘓”的報(bào)道。GPS始建于20世紀(jì)70年代，該系統(tǒng)于1993年達(dá)到初始工作能力；1995年達(dá)到全運(yùn)行工作能力，是目前符合國(guó)際民航組織(ICAO)標(biāo)準(zhǔn)的三大主要衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS和歐洲正在建設(shè)中的“伽利略”(Gallieo)系統(tǒng)中惟一一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)全球性、全方位、全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航、定位、測(cè)速和授時(shí)功能的系統(tǒng)，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中占據(jù)壟斷地位。GPS一旦出現(xiàn)問(wèn)題，不但會(huì)對(duì)美軍及其盟軍作戰(zhàn)，還將對(duì)世界范圍內(nèi)的商業(yè)應(yīng)用產(chǎn)生重大影響。那么，此報(bào)道源自何處?是危言聳聽(tīng)，還是確有其事?對(duì)此，筆者專(zhuān)門(mén)找出了原文出處，并對(duì)其進(jìn)行了分析和總結(jié)。

2009年5月7日，美國(guó)政府問(wèn)責(zé)辦公室(GAO)在關(guān)于GPS(全球定位系統(tǒng))“能否避免中斷服務(wù)”問(wèn)題而舉行的聽(tīng)證會(huì)中公布了一份報(bào)告，報(bào)告指出，不能確定美國(guó)空軍是否能及時(shí)采購(gòu)到新的衛(wèi)星，保持現(xiàn)有的GPS服務(wù)不會(huì)中斷。否則，計(jì)劃延期和成本超支將使整個(gè)系統(tǒng)瀕臨崩潰。此言一出，立刻引起了包括GPS使用者在內(nèi)的世界范圍的廣泛關(guān)注。人們普遍擔(dān)心如果GPS的精確性和可靠性不能保證，不但會(huì)對(duì)美軍的全球快速投送、空中加油，遠(yuǎn)程作戰(zhàn)，精確打擊能力等造成嚴(yán)重影響，還將對(duì)民用航空，測(cè)繪、土木工程，空間科學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)，環(huán)境與氣象科學(xué)、精細(xì)農(nóng)業(yè)，動(dòng)物保護(hù)、旅游休閑等民用領(lǐng)域造成影響。

GAO及其職能

美國(guó)政府問(wèn)責(zé)辦公室的英文全稱(chēng)為“Gover-nment Accountability Office”，其工作內(nèi)容涉及到對(duì)國(guó)，內(nèi)外政府項(xiàng)目的評(píng)估、政策分析，財(cái)務(wù)審計(jì)等。其工作目標(biāo)是檢查政府某些工作的實(shí)施效果，對(duì)于有些可能出現(xiàn)的具有全國(guó)性影響的重大問(wèn)題，在尚未形成危機(jī)之前，向政府和公眾提出警示。因此，GAO的首要任務(wù)是提高聯(lián)邦政府的績(jī)效，確保聯(lián)邦政府對(duì)議會(huì)和美國(guó)公眾盡到責(zé)任。

GAO的研究成果以報(bào)告形式體現(xiàn)，其報(bào)告不僅反映聯(lián)邦資金是否恰當(dāng)使用，還包括聯(lián)邦項(xiàng)目和政策是否達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，滿(mǎn)足了社會(huì)需要等。GAO的特點(diǎn)在于它的獨(dú)立性和權(quán)威性，所提供的研究成果不受任何黨派和團(tuán)體左右，影響巨大。此次對(duì)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的評(píng)估是GAO的例行工作。

審查GPS的目的

GAO在其報(bào)告中對(duì)為什么要對(duì)GPS進(jìn)行審查評(píng)估，給出了解釋?zhuān)骸癎PS系統(tǒng)用于為全球用戶(hù)提供導(dǎo)航、定位和授時(shí)，現(xiàn)已成為美國(guó)國(guó)家安全的基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)內(nèi)外公共與商業(yè)應(yīng)用的重要工具……在GPS現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，GAO應(yīng)對(duì)GPS的整體情況進(jìn)行評(píng)價(jià)?！薄懊绹?guó)政府不允許GPS出現(xiàn)故障，GPS要始終保持領(lǐng)先地位。”此次GAO就GPS衛(wèi)星采購(gòu)、與GPS星座息息相關(guān)的地面和用戶(hù)設(shè)備、聯(lián)邦機(jī)構(gòu)與其他組織機(jī)構(gòu)間的協(xié)調(diào)等情況進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，并形成了題為：《GPS：在保持和提升其廣泛使用能力中所面臨的巨大挑戰(zhàn)》的研究報(bào)告。

發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

雖然GPS現(xiàn)在被廣泛用于民用，但GPS最初是為軍事目的而開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在也仍歸美國(guó)空軍管理。美國(guó)空軍的任務(wù)是要保持GPS星座中有24顆工作衛(wèi)星在運(yùn)行，確保在任何時(shí)間在地球上任一點(diǎn)的上空都至少有4顆衛(wèi)星在工作。GAO在其報(bào)告中指出，目前GPS星座有不同批次的30多穎工作衛(wèi)星在軌，近期星座保持至少24顆衛(wèi)星的概率可達(dá)到95％以上，但是預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，星座中的一些衛(wèi)星壽命將要到期，退出服役，GPS星座如果做不到及時(shí)發(fā)星補(bǔ)網(wǎng)，那么，星座數(shù)量就有可能減少。根據(jù)GPS衛(wèi)星現(xiàn)狀和2009年3月最新衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2010年，星座24顆工作衛(wèi)星維持概率將低于95％，這種情況將持續(xù)到2014年底，期間，有一個(gè)階段甚至降至80％。對(duì)此，GAO還專(zhuān)門(mén)給出了2008—2023年問(wèn)保持滿(mǎn)足全工作能力的24顆衛(wèi)星概率圖。

這30多顆在軌工作的GPS衛(wèi)星主要是第二代的GPSIIA、GPSIIR和GPSllR—M系列；GPS衛(wèi)星星座組成及發(fā)展情況下表。最后兩顆等待發(fā)射的GPSIIR—M現(xiàn)代化衛(wèi)星中，有一顆預(yù)計(jì)能在2009年8月升空，那么GPS今后建設(shè)的重點(diǎn)是GPSIIF和GPSIII的研發(fā)。這次GAO就將研究重點(diǎn)放在尚未發(fā)射的GPSIIF和正在研發(fā)的GPSIII項(xiàng)目上。此外，在對(duì)地面設(shè)備的審查中，GAO也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。

GPSIIF

GPSIIF項(xiàng)目拖延。在GPSIIF衛(wèi)星的研發(fā)過(guò)程中，出現(xiàn)了發(fā)射延期和預(yù)算超支的狀況。承包商波音公司稱(chēng)，發(fā)射延期是由必要的設(shè)計(jì)改變引起的。雖然主要工作現(xiàn)已完成，但首顆IIF衛(wèi)星預(yù)計(jì)還要拖到2009年11月發(fā)射，這比原計(jì)劃推后了三年。GAO認(rèn)為，GPSIIF衛(wèi)星的延期發(fā)射是幾年后GPS星座中衛(wèi)星的更新速度可能跟不上衛(wèi)星退役的速度的主要原因之一。

GPSIII

GPSIII的建設(shè)現(xiàn)狀不容樂(lè)觀(guān)。GAO稱(chēng)，主要的風(fēng)險(xiǎn)還來(lái)自于下一代GPSIIIA衛(wèi)星，雖然洛克希德馬·丁公司正在加緊建造該衛(wèi)星系列，但是GPSIIIA也推遲了類(lèi)似的時(shí)間。目前GPSIIIA衛(wèi)星的首發(fā)時(shí)間預(yù)計(jì)改到2014年。

GAO認(rèn)為GPSIIIA未能按期交付的主要原因有三：其一，計(jì)劃起步晚。該計(jì)劃原定2007年8月開(kāi)始，但2008年5月美軍才正式將GPSIIIA合同正式授予洛克希德·馬丁公司，致使首顆衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃拖延。其二，研制周期短。此次從合同授出到所要求第一顆衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間比其他重點(diǎn)空間項(xiàng)目都要短，使研發(fā)人員面臨時(shí)間緊、任務(wù)重的挑戰(zhàn)。其三，不是簡(jiǎn)單的重復(fù)性工作。盡管開(kāi)發(fā)商先前有開(kāi)發(fā)GPS的經(jīng)驗(yàn)，但空軍要求開(kāi)發(fā)商要研發(fā)更大的衛(wèi)星平臺(tái)，以便滿(mǎn)足另外的建設(shè)需求，同時(shí)要把新的軍用信號(hào)功率增加10倍，因此，GPSIIIA不是簡(jiǎn)單的對(duì)GPSIIF的復(fù)制。

地面設(shè)備

地面設(shè)備與空間衛(wèi)星發(fā)展不同步。為了使GPS效益最大化，地面設(shè)備，用戶(hù)設(shè)備與空間衛(wèi)星的交付及能力的形成應(yīng)當(dāng)同步。GAO審查發(fā)現(xiàn)，由于分散管理致使在GPS建造過(guò)程中存在著地面設(shè)備、用戶(hù)設(shè)備與空間衛(wèi)星的建設(shè)不同步，有重衛(wèi)星，輕地面的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，空間衛(wèi)星有時(shí)往往先于地面設(shè)備數(shù)年，這使用戶(hù)沒(méi)能及時(shí)享用新衛(wèi)星所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。GAO在報(bào)告中指出，能播發(fā)第二個(gè)民用信號(hào)的GPSIIR—M衛(wèi)星發(fā)射于2005年，但遺憾的是，能夠運(yùn)行第二個(gè)民用信號(hào)的地面設(shè)備卻要等到2012或2013年才能使用，使衛(wèi)星整體能力的形成足足滯后了7—8年。

造成問(wèn)題的原因

在應(yīng)對(duì)歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的興建和俄羅斯GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)快速?gòu)?fù)蘇挑戰(zhàn)的過(guò)程中，美國(guó)的目的非常明確：要確保GPS的先進(jìn)性。其實(shí)，美國(guó)早在1999年就啟動(dòng)了“GPS現(xiàn)代化”計(jì)

劃，GAO在報(bào)告中不但指出了GPS現(xiàn)代化建設(shè)升級(jí)改造過(guò)程中存在的問(wèn)題，還指出了造成問(wèn)題的原因，歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)。

其一，技術(shù)難題和成本超支。造成GPS[IF計(jì)劃拖延的重要原因之一是由于技術(shù)問(wèn)題。如去年，在熱真空測(cè)試階段，用于向用戶(hù)發(fā)射導(dǎo)航信息的發(fā)生器出現(xiàn)故障，致使測(cè)試終止，開(kāi)發(fā)商不得不停下來(lái)查找原因解決問(wèn)題。此外，還有推進(jìn)劑油管溫度控制、定位反作用裝置等方面的問(wèn)題。解決這些技術(shù)問(wèn)題不但要花費(fèi)時(shí)間，同時(shí)還加大了成本。如衛(wèi)星用于精確控制姿態(tài)的反作用裝置在其他在軌衛(wèi)星中曾出現(xiàn)過(guò)故障，這次需要重新設(shè)計(jì)，僅此一項(xiàng)就為項(xiàng)目增加了1000萬(wàn)美元的成本。以上這些因素，使GPSIIF項(xiàng)目成本從原來(lái)預(yù)計(jì)的7.29億美元上升至8.7億美元，首顆_GPSII衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間比原計(jì)劃拖延了3年。

其二，多頭管理。現(xiàn)在的GPS領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)包括美國(guó)防部長(zhǎng)辦公室、聯(lián)合參謀部、空軍等多家組織和機(jī)構(gòu)。這使得GPS項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)工作分散，職責(zé)有時(shí)混亂。

其三，需求改變。為了滿(mǎn)足競(jìng)爭(zhēng)需要，應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，在GPS發(fā)展中出現(xiàn)過(guò)大的需求改變。如，在GPSIIF研發(fā)工程中，美空軍不斷增加需求，如提出要加速將軍民信號(hào)分開(kāi)的需求。新需求導(dǎo)致技術(shù)難度加大，必然使項(xiàng)目拖延。此外，還包括制造商兼并改組等客觀(guān)原因。針對(duì)上述情況，GAO在報(bào)告中特別提出建議，希望國(guó)防部長(zhǎng)能指定一個(gè)惟一機(jī)構(gòu)監(jiān)督檢查包括空間、地面和用戶(hù)設(shè)備在內(nèi)的整個(gè)GPS系統(tǒng)，并使GPS空間、地面和用戶(hù)設(shè)備同步協(xié)調(diào)發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

美國(guó)不會(huì)讓GPS癱瘓!因?yàn)槊绹?guó)對(duì)于GPS發(fā)展戰(zhàn)略的基本思路早已非常明確：確保其軍事使用的優(yōu)先權(quán)及其在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域中的核心地位；同時(shí)又決不放棄任何從巨大的民用市場(chǎng)中獲得經(jīng)濟(jì)和政治利益的可能性。作為一個(gè)發(fā)展歷史長(zhǎng)，現(xiàn)代化建設(shè)任務(wù)重、競(jìng)爭(zhēng)壓力大的巨大工程，一路走來(lái)，沒(méi)能順風(fēng)順?biāo)?，也是正常的。?duì)于GAO的這份報(bào)告，美空軍表示，他們會(huì)積極準(zhǔn)備，努力尋求解決問(wèn)題的辦法，力爭(zhēng)把風(fēng)險(xiǎn)降至最低。具體的舉措包括：延長(zhǎng)現(xiàn)役衛(wèi)星的使用壽命；關(guān)閉衛(wèi)星的其他功能；重新激活一些老衛(wèi)星；發(fā)射小衛(wèi)星：采取羅蘭系統(tǒng)備份等其他選擇方案解決問(wèn)題。雖然世界各地關(guān)于GPS即將癱瘓的報(bào)道是斷章取義，夸大事實(shí)，但它也為我們?cè)诮?jīng)費(fèi)投資大、管理機(jī)構(gòu)眾多、研制周期長(zhǎng)的重大科研項(xiàng)目的研發(fā)與管理上提供了警示與借鑒。