“天眼”的宇宙江湖

崔曉火 彭 輝

在美國人發(fā)射首顆全球定位系統(tǒng)（GPS）衛(wèi)星32年后，由中國人建造的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終于來到了啟動的前夜。

然而，北斗系統(tǒng)面對的卻是一個(gè)逐漸擁擠的軌道空間，這里遵從的是先來后到、對號入座的游戲規(guī)則，簡單的叢林法則并不能為國際成員搶奪更多的軌道資源。面對人類共有的外太空資源，兼容、互通的軌道頻率才是實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш秸嬲裏o盲區(qū)的解決之道。

人造星座

距離我們頭頂上空約2萬公里的中地球軌道，密布著源自多國的人造星座。

這些“星座”由各國的數(shù)十顆衛(wèi)星組成。它們像圖釘一樣被準(zhǔn)確地“釘”在地球上方的位置上，隨地球自轉(zhuǎn)。由于要在任何時(shí)間覆蓋地球的任意角落，一套正常運(yùn)作的導(dǎo)航系統(tǒng)需要24顆衛(wèi)星才可以滿足全球用戶的需求，因此中地球軌道范圍內(nèi)近年來始終比較擁擠。

現(xiàn)在，這一軌道中就包括了人們熟知的美國GPS全球定位系統(tǒng)。它遍布全球的24顆衛(wèi)星占據(jù)了距離地表20200公里處的6條“黃金軌道”，相當(dāng)于坐上了頭等艙。今天，地球上的任意地點(diǎn)均被4顆GPS衛(wèi)星同時(shí)覆蓋，并可以被衛(wèi)星即時(shí)鎖定、追蹤，和好萊塢影片中的情節(jié)一樣。

但GPS并非目前唯一正在運(yùn)行的導(dǎo)航系統(tǒng)。由前蘇聯(lián)啟動的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)格洛納斯（GLONASS）的24顆衛(wèi)星和GPS“星座”呈首尾相接，排列于距地面19100公里的軌道。經(jīng)過多年修復(fù)，濃縮了俄羅斯人宇航技術(shù)精華的導(dǎo)航系統(tǒng)如今也足以覆蓋整個(gè)地球，并且俄羅斯仍在投入資金壯大其導(dǎo)航衛(wèi)星隊(duì)伍。

就在美、俄兩國占據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星區(qū)域半壁江山的同時(shí)，主要工業(yè)國家也在逐步實(shí)現(xiàn)其對太空導(dǎo)航資源的占用，就連一部分沒有實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航技術(shù)突破的國家也不甘落后，計(jì)劃于近年啟動各自的導(dǎo)航系統(tǒng)，太空勢必更加擁擠。

目前，中國的北斗系統(tǒng)已有7顆衛(wèi)星處于中地球軌道之內(nèi)，而歐盟主導(dǎo)的“伽利略”系統(tǒng)（Galileo Program）亦有2顆試驗(yàn)性衛(wèi)星在運(yùn)行。

一些致力于區(qū)域?qū)Ш降膰乙苍谛袆?。由日本開發(fā)的“準(zhǔn)天頂”衛(wèi)星系統(tǒng)（Quasi-Zenith Satellite System）已于今年9月發(fā)射了第一顆衛(wèi)星，它將用于日本本國的導(dǎo)航。印度區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的首顆衛(wèi)星也初步計(jì)劃于2011年年底發(fā)射。

各國導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師們深知，經(jīng)過30多年的開發(fā)，軌道中用于安插導(dǎo)航衛(wèi)星的位置資源已十分有限。然而，他們?nèi)匀槐仨毥g盡腦汁想出新辦法，為本國的衛(wèi)星們找到安穩(wěn)的棲息之地。

“任何一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，單獨(dú)運(yùn)行起來都是脆弱的。目前，各國的導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性仍然不夠高，導(dǎo)航衛(wèi)星仍然容易受到自然或人為的干擾?！倍嗄陞⑴c國際導(dǎo)航合作工作的科技部國家遙感中心副主任景貴飛對《中國新聞周刊》表示，“但是，每個(gè)國家都需要本國使用的導(dǎo)航系統(tǒng)是可靠的?！?/p>

由于各國對導(dǎo)航系統(tǒng)可靠性的要求極為嚴(yán)苛，盡管美、俄兩大系統(tǒng)已經(jīng)在全球范圍運(yùn)行，但是擁有一套獨(dú)立衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，哪怕其功能只是區(qū)域性的，對本國的軍事、交通、通信等方面來說依然關(guān)鍵。因?yàn)橐坏┲鲗?dǎo)國家的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)生變動，作為用戶的其他國家就可能受到極大影響，甚至連自己的武器都可能失效。

高地之爭

由于中地球軌道的資源有限，先到位的導(dǎo)航系統(tǒng)，便占據(jù)軌道位置最佳、發(fā)射頻率最穩(wěn)定的空間，相當(dāng)于占領(lǐng)了戰(zhàn)略高地。

導(dǎo)航衛(wèi)星的先行者GPS先到先得。美國人的24顆衛(wèi)星得以均勻地廣泛分布在6個(gè)軌道面上，每顆衛(wèi)星均距離地面約1.7萬公里。這套系統(tǒng)的衛(wèi)星可以為地球上任意地點(diǎn)連續(xù)發(fā)射固定頻率的信號。只要普通用戶裝有便攜式接收機(jī)，無論身處陸地、海上還是空中，都能收到GPS全球統(tǒng)一的固定信號，民用信號的定位精度是10米。

近年來，GPS經(jīng)過多次升級，它的軍事作戰(zhàn)屬性讓其在武器授時(shí)、即時(shí)追蹤等關(guān)鍵技術(shù)方面擁有絕對優(yōu)勢。截至目前，GPS仍是世界上公認(rèn)的最為成熟和完善的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

實(shí)際上，GPS的絕對優(yōu)勢還體現(xiàn)在它的世界市場占有率，世界上絕大多數(shù)用戶依賴的仍是GPS的24顆衛(wèi)星。而中國的很多廠商都根據(jù)GPS的參數(shù)和接口生產(chǎn)接收器，銷售給國內(nèi)外的用戶。盡管GPS不為中國的廠商投資一美元，卻有中國境內(nèi)的許多座工廠為其制造終端。

而在導(dǎo)航技術(shù)專家眼中，如果參考GPS系統(tǒng)作為行業(yè)領(lǐng)頭羊樹立的“高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求”，其他各國導(dǎo)航系統(tǒng)與之還有“若干數(shù)量級”的差距。如今，各國只能在美國人占領(lǐng)的軌道資源以外的太空區(qū)域布局各自的導(dǎo)航系統(tǒng)。在資源已經(jīng)十分有限的情況下，各國的騰挪空間也微乎其微，在一定的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)展開“近身肉搏”成為唯一選擇，所以各國系統(tǒng)的優(yōu)劣已并不明顯。

作為與GPS共同支撐國際導(dǎo)航系統(tǒng)的俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)，它的24顆衛(wèi)星分布范圍就狹窄許多，僅僅占了3 條軌道上。這種空間布局相對GPS更考驗(yàn)科學(xué)家的腦力。

俄羅斯科學(xué)家想出的辦法是，由于與GPS的軌道平面相差僅1000公里，所以格洛納斯需要采取與GPS不同的衛(wèi)星發(fā)射頻率。而這樣的差異恰恰可以讓格洛納斯提高對高緯度地區(qū)的覆蓋，并進(jìn)一步防止整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)被敵方干擾。

然而，上世紀(jì)90年代的運(yùn)作失效，摧毀了用戶對格洛納斯的信心。在前蘇聯(lián)解體后，俄羅斯下滑的國民經(jīng)濟(jì)讓國家失去了維護(hù)其導(dǎo)航系統(tǒng)的能力。在2001年之前，幾乎三分之二的格洛納斯導(dǎo)航衛(wèi)星因?yàn)槭逌S為太空廢鐵。所幸俄羅斯近年來加強(qiáng)了對其導(dǎo)航系統(tǒng)的維護(hù)，失效的衛(wèi)星目前也逐步恢復(fù)使用，俄羅斯還將投入數(shù)十億美元用于系統(tǒng)的升級。作為俄羅斯的戰(zhàn)略合作伙伴，印度也參與到了該系統(tǒng)的投資中。

但格洛納斯的不幸仍在繼續(xù)。2010年12月5日，從俄羅斯拜科努爾發(fā)射場升空的三顆格倫納斯導(dǎo)航衛(wèi)星在升空后偏離軌道，墜落在太平洋。俄羅斯總統(tǒng)梅德韋杰夫在不久前的國情咨文中曾表示，格洛納斯導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)在年底部署完成。目前看來這已成為不可能完全的任務(wù)。

“格洛納斯系統(tǒng)還是很值得關(guān)注，然而各國在看到它經(jīng)歷了‘過山車式的發(fā)展后，對這套系統(tǒng)缺乏足夠信心，這一點(diǎn)對于系統(tǒng)工程的前景是不小的麻煩。”景貴飛說。

此外，為了優(yōu)先保證軍事用途，格洛納斯系統(tǒng)目前對外開放的民用信號的定位精度僅為30米，這與GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)有較大差距，這一劣勢使格洛納斯在與其他導(dǎo)航系統(tǒng)的國際市場競爭中處于下風(fēng)。

說到導(dǎo)航定位的精度，目前沒有任何系統(tǒng)可以和處于實(shí)施階段的伽利略系統(tǒng)相媲美。該系統(tǒng)確定的全球定位精度要比GPS還要精確10倍，誤差可達(dá)到1米以內(nèi)。就連中國的導(dǎo)航技術(shù)人員也贊嘆其設(shè)計(jì)的完美程度。

“伽利略設(shè)計(jì)得太完美了，比GPS強(qiáng)，比北斗強(qiáng)，但這樣一來它的技術(shù)就非常復(fù)雜。要把它的功能都實(shí)現(xiàn)就很難，并且需要很長時(shí)間?！敝袊l(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用管理中心楊元喜院士對《中國新聞周刊》記者說。

歐洲科學(xué)家還為伽利略設(shè)定了最大限度的兼容，伽利略接收器不僅接受本系統(tǒng)信號，還可以接受GPS和格洛納斯兩大系統(tǒng)的信號，對于渴望獲得穩(wěn)定導(dǎo)航的用戶，這種優(yōu)越性如虎添翼。

然而，歐洲人的伽利略目前遇到的最大困難與當(dāng)年俄羅斯人相似。據(jù)歐洲媒體報(bào)道，歐盟在伽利略項(xiàng)目的建設(shè)預(yù)算方面存在十億歐元左右的資金缺口，這對于尚未從金融危機(jī)中恢復(fù)的歐洲各國都是不小的負(fù)擔(dān)。資金問題令歐洲和世界遲遲見不到號稱“完美”的超級系統(tǒng)大發(fā)神威，歐洲人的導(dǎo)航系統(tǒng)推進(jìn)不見起色。

歐盟委員會發(fā)言人回答《中國新聞周刊》書面采訪時(shí)透露，伽利略系統(tǒng)的第1和第2顆工作衛(wèi)星有望在2011年下半年發(fā)射，第3、4顆衛(wèi)星的升空時(shí)間也被部署在2012年上半年。

“我們預(yù)計(jì)將在2014至2015年之間部署18顆導(dǎo)航衛(wèi)星。屆時(shí)，一部分初步的導(dǎo)航公共服務(wù)項(xiàng)目，例如搜救服務(wù)等，將付諸使用。其他商用導(dǎo)航服務(wù)將隨著導(dǎo)航衛(wèi)星的進(jìn)一步增加而適時(shí)啟用?！边@位發(fā)言人表示。

但即便歐盟的新一輪計(jì)劃成功實(shí)施，伽利略的啟用時(shí)間也比最初計(jì)劃推遲了將近十年。

而相比之下，中國北斗系統(tǒng)建設(shè)正穩(wěn)步推進(jìn)。雖然中國的導(dǎo)航系統(tǒng)在設(shè)計(jì)精度上不如歐洲的伽利略，僅為10米，但目前的衛(wèi)星部署速度讓北斗系統(tǒng)得以按計(jì)劃擴(kuò)展為世界上第三套正常運(yùn)行、實(shí)用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

新兵入列

“北斗”系統(tǒng)的快速崛起受到了包括美國、歐洲各國在內(nèi)的密切關(guān)注。2010年1月以來連續(xù)發(fā)射5顆北斗工作衛(wèi)星的計(jì)劃，更令外界對Compass（北斗系統(tǒng)的英文名稱）的戰(zhàn)略意圖產(chǎn)生了種種聯(lián)想。

2010年10月在意大利都靈舉行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會第五屆大會期間，負(fù)責(zé)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的中國官員，透露了中國北斗的部署計(jì)劃和使用頻段。

不過，在這次會議上，歐盟官員也表達(dá)了對北斗系統(tǒng)在頻段使用上的意見。一直為伽利略計(jì)劃擱置而犯愁的歐洲官員，面對北斗的強(qiáng)勢推進(jìn)態(tài)度尷尬。

“在北斗系統(tǒng)計(jì)劃使用的頻段，伽利略系統(tǒng)實(shí)際上擁有優(yōu)先權(quán)。我們認(rèn)為，兩套系統(tǒng)在同一頻段重疊運(yùn)行，可能發(fā)生有害干擾，還可能引起兩套系統(tǒng)的沖突?！睔W盟歐洲委員會在接受《中國新聞周刊》采訪時(shí)重申了伽利略的立場。

對此，中方一直堅(jiān)持自己的意見：按照國際電聯(lián)的規(guī)定和程序，中方對此導(dǎo)航頻段的使用具有同等優(yōu)先權(quán)。

據(jù)一名知情人透露，有中國學(xué)者向歐洲方面提問：“頻段重疊等于干擾嗎？頻段重疊等于不兼容嗎？請回答Yes或No。”

這個(gè)提問難住了歐洲方面的技術(shù)人員，雙方爭執(zhí)不下。結(jié)果還是國際電信聯(lián)盟的一位官員介入，才緩和了爭論。

曾多次參加國際導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)調(diào)會議的楊元喜說，在海外參會，最大的感受是但凡聽到關(guān)于北斗的討論，幾乎都是正面少、負(fù)面多，“這是不公平的！”楊元喜說。

“有人把北斗描繪成一個(gè)‘trouble maker（麻煩制造者）或是干擾者。當(dāng)然，他們不會公開這么講，但這個(gè)潛臺詞總是讓人不舒服。事實(shí)上，北斗是貢獻(xiàn)者?！币晃粯I(yè)內(nèi)專家對《中國新聞周刊》記者說。

在觀察家看來，歐洲人的為難與伽利略計(jì)劃推進(jìn)不順有直接的關(guān)系。

2003年10月，經(jīng)過近兩年的談判，中歐領(lǐng)導(dǎo)人在第六次首腦峰會期期間簽署了《中華人民共和國與歐洲共同體及其成員國關(guān)于民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航（伽利略計(jì)劃）合作協(xié)議》，并于次年進(jìn)一步簽署《中國國家遙感中心和伽利略聯(lián)合執(zhí)行體關(guān)于伽利略計(jì)劃合作協(xié)議》。按照兩份協(xié)議的內(nèi)容，中國政府計(jì)劃通過向伽利略項(xiàng)目投資2億歐元的方式，購買伽利略項(xiàng)目的民用導(dǎo)航服務(wù)，并參加伽利略的開發(fā)項(xiàng)目。伽利略計(jì)劃一度是中歐之間最大的科技合作項(xiàng)目，中國也成為參加伽利略計(jì)劃的第一個(gè)非歐盟成員國。

然而，伽利略計(jì)劃的投資方式卻于近年來發(fā)生轉(zhuǎn)變，歐盟各國從商業(yè)投資團(tuán)體手中全盤接管了嚴(yán)重超支的伽利略（計(jì)劃中投資為34億歐元）。近10億歐元的超支負(fù)擔(dān)以及各國對伽利略的不同意見，讓伽利略寸步難行。而此時(shí)，北斗卻加速超車，雙方合作的格局就此改變。

不過目前，中歐雙方關(guān)于伽利略計(jì)劃的合作協(xié)議依然有效?？萍疾恐睂俚闹袊鴩疫b感中心與歐盟歐洲委員會企業(yè)與工業(yè)總司之間的交流仍然十分密集，有時(shí)幾乎每星期都有。

“現(xiàn)在的問題對于伽利略和北斗來說都是利益攸關(guān)的問題。我們已經(jīng)向北斗團(tuán)隊(duì)提出了相關(guān)建議，雙方正在密切磋商?！睔W盟歐洲委員會發(fā)言人表示。

負(fù)責(zé)北斗計(jì)劃的專家坦言，面對中歐導(dǎo)航系統(tǒng)合作的兩難境地，沒有最佳方案，而只有相對較好的選擇。

“雙方競爭目前仍然存在?！本百F飛表示，“但現(xiàn)在需要通過雙邊和多邊會談解決的主要問題：一旦系統(tǒng)建成，北斗和伽利略、GPS、甚至格洛納斯之間，究竟是替代還是互補(bǔ)?！?/p>

“在國際導(dǎo)航領(lǐng)域，北斗還是一個(gè)剛剛?cè)胄械男氯?。即便未來開放了北斗的接口，北斗依然需要利用西方主導(dǎo)的國際規(guī)則，通盤考慮自己在全球?qū)Ш绞袌錾系陌l(fā)展?！敝袊l(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用管理中心總工程師柳其許說。

歐盟委員會發(fā)言人對《中國新聞周刊》表示，歐盟完全支持中國發(fā)展自己的導(dǎo)航系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)可以通過合作取得積極成果?！霸谛碌暮献骺蚣芟?，雙方有新機(jī)遇為廣大用戶提供兼容、互通的導(dǎo)航信息?！?

2012年，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會將在中國舉行年會。楊元喜認(rèn)為，這給北斗提供了一次難得的機(jī)會。

“我想，屆時(shí)關(guān)于北斗如何成為國際導(dǎo)航系統(tǒng)的‘貢獻(xiàn)者的討論，將會超過關(guān)于‘麻煩制造者的爭論?！睏钤舱f。

景貴飛也表示，“雙方真正的合作才剛剛開始有些味道。” ★

（本刊記者楊時(shí)對本文亦有貢獻(xiàn)）