印度染指導(dǎo)航衛(wèi)星

□ 土 星

經(jīng)過多次推遲，2013年7月1日，印度空間研究組織用極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭-C22（PSLV-C22）成功發(fā)射了其“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（IRNSS）的首顆導(dǎo)航衛(wèi)星——印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-1A，成為繼美國、蘇聯(lián)/俄羅斯、中國、歐洲、日本之后，世界第六個(gè)擁有自制導(dǎo)航衛(wèi)星的國家。

發(fā)展計(jì)劃

多年來，印度一直很重視應(yīng)用衛(wèi)星的研制和運(yùn)營，以期更快提高國防軍事和國民經(jīng)濟(jì)的實(shí)力。此前，印度已經(jīng)在通信衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星領(lǐng)域具有了較高的水平，所以，印度很想染指在軍民兩用方面均具有重要作用的導(dǎo)航衛(wèi)星，尤其可使印度的軍力大大提升——它能彌補(bǔ)印軍缺乏獨(dú)立的導(dǎo)航系統(tǒng)的弱點(diǎn)，大幅度提升遠(yuǎn)程精確打擊能力。目前，用衛(wèi)星制導(dǎo)的精確打擊武器正成為能夠決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的重要力量，但印度現(xiàn)役的“烈火”系列中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈還使用相對(duì)落后的紅外制導(dǎo)、地形匹配、電視制導(dǎo)等方式。

在印度空間研究組織堅(jiān)持不懈的努力下，2006年5月9日，印度政府終于正式批準(zhǔn)了實(shí)施“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”工程項(xiàng)目，整個(gè)工程預(yù)計(jì)耗資142億盧比（約合3.55億美元）。該區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將由7顆衛(wèi)星和一個(gè)大型地面控制段及用戶接收機(jī)組成，可以覆蓋全印度及整個(gè)南亞。印度號(hào)稱其所有空間段、地面控制段和用戶接收機(jī)都由印度研制與生產(chǎn)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獨(dú)立運(yùn)行能力，可為印度提供不依靠別國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的獨(dú)立的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ荒芰?。“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”建成后將與美國“全球定位系統(tǒng)”（GPS）、俄羅斯“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（GLONASS）、歐洲“伽利略”（Galileo）等系統(tǒng)兼容和互操作，可幫助印度軍方對(duì)印度次大陸的邊境地區(qū)、地形復(fù)雜區(qū)域以及印度洋地區(qū)進(jìn)行有效監(jiān)控。

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”工程項(xiàng)目由印度空間研究組織負(fù)責(zé)實(shí)施，它所提供的導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)不僅是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，而且是航空運(yùn)輸公司、長(zhǎng)途貨運(yùn)公司、移動(dòng)電話公司、電力公司、海上航運(yùn)公司、信息高速公路系統(tǒng)、鐵路、石油天然氣公司、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、搜索救援、漁業(yè)、科研和娛樂休閑等經(jīng)濟(jì)社會(huì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，有望為印度工商企業(yè)帶來價(jià)值高達(dá)80億盧比（約合1.74億美元）的商機(jī)。

這次發(fā)射的印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-1A質(zhì)量為1450千克，發(fā)射后將在軌進(jìn)行3～4個(gè)月的測(cè)試，然后可像美國GPS導(dǎo)航衛(wèi)星一樣提供導(dǎo)航、定位和授時(shí)信息。印度空間研究組織表示，通過該衛(wèi)星所獲數(shù)據(jù)將優(yōu)于GPS數(shù)據(jù)，可向印度全境及周邊1500千米區(qū)域提供優(yōu)于20米的定位精度。印度第二顆導(dǎo)航衛(wèi)星——印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-1B衛(wèi)星預(yù)計(jì)2014年初發(fā)射，整個(gè)星座預(yù)計(jì)在2015年完成。全部衛(wèi)星入軌后方可提供全天候服務(wù)，主要包括三類：一是向普通民眾提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)，二是精密定位服務(wù)，三是向特殊授權(quán)用戶服務(wù)。也可簡(jiǎn)單分為標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)和加密有限服務(wù)兩類，前者面向所有人，后者只提供給軍方和其他經(jīng)政府授權(quán)的用戶。

極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭-C22

姍姍來遲

在應(yīng)用衛(wèi)星領(lǐng)域，印度很早就自行研制了通信衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星，但在導(dǎo)航衛(wèi)星方面動(dòng)手很晚，主要原因是其航天發(fā)展戰(zhàn)略造成的，即主要采取與他國合作的方式來推動(dòng)印度衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用，從而少花錢、多辦事，因?yàn)橛《鹊膰窠?jīng)濟(jì)水平不高，用于發(fā)展航天的經(jīng)費(fèi)有限。所以，長(zhǎng)期以來印度在衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展方面一直依賴其他國家，并實(shí)行的是多管齊下的策略。比如：

印度參與了歐洲Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)項(xiàng)目，共同研發(fā)地面系統(tǒng)，以便在航空方面加以利用。印度與俄羅斯簽署了《關(guān)于和平利用俄全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的長(zhǎng)期合作協(xié)議》，合作發(fā)展俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，并承擔(dān)部分衛(wèi)星的建造和發(fā)射任務(wù)。印度還發(fā)展“GPS輔助型靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”（GAGAN），它是基于美國GPS系統(tǒng)的輔助型導(dǎo)航系統(tǒng)，通過提供參考信號(hào)來提高印度使用美國GPS服務(wù)的精度。GAGAN為“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”的研制提供了重要的技術(shù)儲(chǔ)備。

長(zhǎng)期以來，印軍一直希望借助衛(wèi)星定位系統(tǒng)提高其精確制導(dǎo)武器的精度。為此，印軍分別同美俄簽訂獲取GPS和GLONASS系統(tǒng)精碼/軍碼的協(xié)定，從而在一定程度上滿足印軍的需求。然而，大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使印度認(rèn)識(shí)到，完全依賴國際合作使印度在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用受到很大限制，尤其是在戰(zhàn)時(shí)等非常時(shí)期有關(guān)國家很可能會(huì)關(guān)閉導(dǎo)航定位服務(wù)或降低服務(wù)精度，甚至注入虛假定位信息，使印度軍事行動(dòng)受阻，并最終損害國家利益。另外,從名譽(yù)上考慮，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)也是衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展水平高低的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，美國、俄羅斯、中國、歐盟和日本等世界航天強(qiáng)國、大國和地區(qū)均耗費(fèi)巨資進(jìn)行研制，所以,作為世界航天大國的印度認(rèn)為必須加入衛(wèi)星導(dǎo)航俱樂部。一旦這套系統(tǒng)建設(shè)成功，印度將成為世界上為數(shù)不多的擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航和定位能力的國家之一。

更重要的是印度已看到，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國防軍事和國計(jì)民生的作用越來越大。目前，60%以上的信息與定位和時(shí)間有關(guān)，衛(wèi)星導(dǎo)航與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信已成為21世紀(jì)信息技術(shù)領(lǐng)域的三大技術(shù)之一，是當(dāng)今社會(huì)重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。擁有獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅事關(guān)國家的獨(dú)立自主，也事關(guān)在國家的影響力和統(tǒng)治力。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)被譽(yù)為“會(huì)下金蛋的雞”，擁有它可以分享巨大的衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)，并在產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的任何環(huán)節(jié)上都具備全球競(jìng)爭(zhēng)力，提高各行各業(yè)的效率，增加高技術(shù)高智能人員的就業(yè)崗位。它能為大眾提供更好的新的服務(wù)，改進(jìn)運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性，有利于降低環(huán)境污染；在技術(shù)上使相關(guān)產(chǎn)業(yè)在國際上居于技術(shù)領(lǐng)先地位，并實(shí)現(xiàn)一系列技術(shù)的綜合探索和發(fā)展。

所以，印度政府于2006年5月正式?jīng)Q定發(fā)展自己的“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”。但由于經(jīng)費(fèi)不足，所以其目標(biāo)有限，即建立完全由印度控制、為印度和周邊提供導(dǎo)航信號(hào)的高軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”覆蓋范圍

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”宣傳畫

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星星座

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星分布示意圖

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”覆蓋方式

系統(tǒng)概貌

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”的空間段由7顆衛(wèi)星組網(wǎng)工作，其中3顆分別定點(diǎn)在東經(jīng)34°、83°、132°的地球靜止軌道上，另外4顆部署在傾角為29°的傾斜地球同步軌道上（在南北極上空各部署2顆衛(wèi)星，從地球上看，其一天的運(yùn)行軌道呈“8”形）。該星座能覆蓋東經(jīng)40°～140°和北緯40°～南緯40°之間區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)全天候晝夜覆蓋印度及其周邊約1500千米范圍內(nèi)較為精確的衛(wèi)星定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。每顆衛(wèi)星的太陽電池翼功率為1.4千瓦，衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命在9年以上，其中地球靜止軌道衛(wèi)星9.4年，傾斜地球同步軌道衛(wèi)星11年。印度的導(dǎo)航衛(wèi)星采用C頻段、S頻段和L頻段，其中C頻段用于測(cè)控，其他2個(gè)頻段主要導(dǎo)航定位服務(wù)。為了保證衛(wèi)星的信號(hào)強(qiáng)度和覆蓋區(qū)域，S頻段的導(dǎo)航信號(hào)用星上的相控陣天線發(fā)射。其標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)和精密定位服務(wù)信號(hào)調(diào)制在S頻段和L頻段的L5頻率上發(fā)射，特殊授權(quán)用戶服務(wù)信號(hào)只調(diào)制在L5頻率發(fā)射。

建造完畢的印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-1A

準(zhǔn)備為印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-1A合整流罩

俄羅斯GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星

伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星

這次發(fā)射的印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-1A 運(yùn)行在地球靜止軌道，然后再發(fā)射2顆運(yùn)行在地球靜止軌道的印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-1B、1C，初步建成最小空間星座，最后發(fā)射4顆運(yùn)行在傾斜地球同步軌道的導(dǎo)航衛(wèi)星。

根據(jù)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)建成后其衛(wèi)星全天時(shí)可見，能實(shí)時(shí)為用戶消除授時(shí)誤差、電離層延遲誤差，提供相應(yīng)的完好性信息，包括標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)、精密定位服務(wù)和特殊授權(quán)用戶服務(wù)，以及信息傳輸、災(zāi)情評(píng)估、公共安全、對(duì)地監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)。

其地面控制段由衛(wèi)星控制中心、主控中心、注入站、監(jiān)測(cè)站、激光測(cè)距站、碼分多址測(cè)距站、導(dǎo)航中心和數(shù)據(jù)鏈路等，其中衛(wèi)星控制中心的主要任務(wù)是對(duì)空間衛(wèi)星正常工作的管理、控制和維護(hù)；主控中心的主要任務(wù)是收集各個(gè)監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成衛(wèi)星導(dǎo)航電文、廣域差分信息和完好性信息，完成任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行控制與管理等；注入站的主要任務(wù)是在主控中心的統(tǒng)一調(diào)度下，完成衛(wèi)星導(dǎo)航電文、廣域差分信息和完好性信息注入，有效載荷的控制管理；監(jiān)測(cè)站的對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，接收地球靜止軌道衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)地球靜止軌道衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星測(cè)距值進(jìn)行修正，并將原始數(shù)據(jù)和測(cè)距修正值傳送到導(dǎo)航控制中心，為衛(wèi)星軌道確定和時(shí)間同步提供觀測(cè)數(shù)據(jù)；碼分多址測(cè)距站和激光測(cè)距站負(fù)責(zé)采集“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”測(cè)距信息，并進(jìn)行修正后傳送到導(dǎo)航控制中心。

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”的用戶接收機(jī)主要有采用特殊設(shè)計(jì)的單頻用戶接收機(jī)和雙頻用戶接收機(jī)，其G/T最小值同GPS接收機(jī)相同，其中單頻接收機(jī)用戶同時(shí)可以接收相應(yīng)的電離層誤差消除信息。除了可接收“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”的信號(hào)外，該系統(tǒng)的用戶接收機(jī)也可以接收美國和俄羅斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)，并可對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)的跟蹤。

2013年5月28日，印度空間研究組織成立導(dǎo)航中心，該中心位于班加羅爾以西40千米遠(yuǎn)的拜阿拉魯印度深空網(wǎng)綜合設(shè)施之內(nèi)，是“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”的重要組成部分，其主要任務(wù)是為計(jì)算衛(wèi)星星歷數(shù)、提供時(shí)間參考，形成導(dǎo)航信息，并將計(jì)算結(jié)果傳送給上行注入站，然后通過地球靜止軌道衛(wèi)星廣播給用戶；還負(fù)責(zé)并監(jiān)控包括測(cè)距站在內(nèi)的地面設(shè)施，管理多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)施，支持多種導(dǎo)航功能，其關(guān)鍵是為地面系統(tǒng)與衛(wèi)星時(shí)鐘同步提供時(shí)間參考。時(shí)間參考由導(dǎo)航中心的高精確度的授時(shí)設(shè)施產(chǎn)生。該授時(shí)設(shè)施裝備有高穩(wěn)定性、高精確度的原子鐘，能向?qū)Ш较到y(tǒng)提供穩(wěn)定和連續(xù)的時(shí)間參考。

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”將把印度國內(nèi)21個(gè)測(cè)距站組成網(wǎng)絡(luò)。它們提供數(shù)據(jù)用以確定“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星軌道，并監(jiān)視導(dǎo)航信號(hào)。測(cè)距/監(jiān)視站的數(shù)據(jù)要發(fā)送到導(dǎo)航中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生導(dǎo)航信息，然后經(jīng)由哈森/博帕爾航天器控制設(shè)施送往衛(wèi)星。導(dǎo)航中心的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)設(shè)備狀況能支持快速處理數(shù)據(jù)并維持系統(tǒng)性存儲(chǔ)。導(dǎo)航中心通過兩個(gè)高可靠的通信網(wǎng)絡(luò)（包括衛(wèi)星和地面鏈路）與測(cè)距站、衛(wèi)星控制設(shè)施相連接，衛(wèi)星通信鏈的中心設(shè)在導(dǎo)航中心。

性能比較

目前，印度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要使用美國GPS系統(tǒng)。“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”建成后，可大大減小印度對(duì)依賴GPS可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，使印度能不依靠GPS為印度領(lǐng)土用戶提供獨(dú)立且較為精確的導(dǎo)航定位信息和差分完好性信息，尤其是進(jìn)一步增強(qiáng)印度軍方遠(yuǎn)程精確打擊能力，有力提升印度軍方對(duì)印度洋等重點(diǎn)地區(qū)的控制能力

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”導(dǎo)航載波頻率主要分布在S頻段和L頻段，頻率范圍廣，所以在未來與GPS、Galileo等系統(tǒng)兼容和互操作上更強(qiáng)，適應(yīng)性更廣。不過，該系統(tǒng)的導(dǎo)航軟件、用戶接收器、星載原子鐘、時(shí)間轉(zhuǎn)換技術(shù)微型精確定位載荷以及地面站和主控制中心的建設(shè)等關(guān)鍵技術(shù)還要靠其他國家，系統(tǒng)的誤差與GPS等系統(tǒng)相比也有一定差距。如果印度在衛(wèi)星導(dǎo)航核心技術(shù)上無法自主突破，“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”將是一座不設(shè)防的“城市”，其在軍事領(lǐng)域中的戰(zhàn)略意義會(huì)蕩然無存。另外，目前印度并未終止與美俄等國在衛(wèi)星導(dǎo)航項(xiàng)目研發(fā)方面的合作，所以其是否有充足的資金投入“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”建設(shè)也是一個(gè)問題。

與我國已建成和使用的“北斗”區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，即將建造的“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”有相似之處，例如，都是區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，均能與別的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間具有兼容與互操作。但是無論在建設(shè)的時(shí)間上、衛(wèi)星的數(shù)量上、軌道的種類上、系統(tǒng)的安全上、應(yīng)用的功能上印度都望塵莫及?！氨倍贰眳^(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已于2012年底建成，光從這點(diǎn)說，就至少領(lǐng)先印度5年～10年?！氨倍贰眳^(qū)域系統(tǒng)由5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（2顆在軌備份）和4顆中圓地球軌道衛(wèi)星組成，其中5顆地球靜止軌道衛(wèi)星和5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星是核心，一旦有衛(wèi)星失效或者處于在軌維修狀態(tài)，4顆中圓軌道衛(wèi)星可以起到部分替代作用。這種混合星座結(jié)構(gòu)具有最佳的“魯棒性”和經(jīng)濟(jì)性，能為用戶提供更多的可見衛(wèi)星，支持更長(zhǎng)的連續(xù)觀測(cè)時(shí)間和更高精度?！氨倍贰钡亩ㄎ痪葍?yōu)于10米，獨(dú)門絕技是可發(fā)送短報(bào)文。所以，定位精度、完好性、可用性、連續(xù)性和可靠性等方面，“北斗”都優(yōu)于“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”，尤其是印度許多衛(wèi)星導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)都還有待突破，所以它無法與“北斗”相提并論。

盡管如此，印度仍雄心勃勃。在建造完成“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”之后，印度還計(jì)劃建造耗資巨大、可覆蓋全球絕大部分地區(qū)的中軌道“印度全球性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)”。

“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)

歐空局的GIOVE-A全球?qū)Ш较到y(tǒng)試驗(yàn)衛(wèi)星

日本QZSS導(dǎo)航衛(wèi)星