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2017年国外导航卫星发展综述(节选)

时间:2018年02月09日 信息来源:国际太空 点击: 【字体:

2017年,国外共进行6次导航卫星发射活动,成功5次,失败1次,成功发射导航卫星8颗,失败1颗。其中,欧洲1次,成功发射“伽利略-全运行能力”(Galileo-FOC)卫星4颗;俄罗斯1次,成功发射格洛纳斯-M(GLONASS-M)卫星1颗;日本3次,成功发射“准天顶卫星系统”(QZSS)3颗;印度1次,发射“印度区域导航卫星系统”(IRNSS)卫星1颗,因整流罩未分离造成发射失败。截至2017年12月31日,国外在轨运行导航卫星91颗。在轨运行并提供导航服务的卫星71颗,其中,美国“全球定位系统”(GPS)31颗,俄罗斯GLONASS系统24颗,欧洲Galileo系统15颗,日本QZSS系统1颗(主要提供GPS增强服务)。


美  国

GPS系统正在实施现代化计划,目前GPS系统已经全面具备自主导航能力,其空间段已经初步具备了播发M码军用信号、L2C和L5民用信号和星上信号功率可调能力。美国空军正在研发具有在轨可重新编程与信号重构能力、高速星间星地链路能力和点波束增强能力的系统。GPS新一代OCX系统的研发已完成支持发射、在轨检查(即OCX Block0)部分,计划于2018年初完成部署,以支持首颗GPS-3卫星的发射。

 

OCX系统的发展再次遭遇拖延与经费超支。虽然雷神公司(Raytheon)按新的计划于2017年完成了OCX Block0的交付,但7月美国空军宣布消息称“OCX的研发、部署将再拖延9个月,研发经费也将达到60亿美元”,即OCX Block1和2的部署将推迟至2021年9-10月,甚至可能更晚。

 

2017年,GPS系统研发的主要进展包括三个方面,其一,首颗GPS-3卫星成功交付美国空军,计划于2018年初发射,标志着GPS现代化计划进入最后阶段;其二,OCX Block0成功交付给美国空军导航与航天系统中心,使GPS的OCX系统具备了GPS-3卫星的发射、在轨检查与测试能力;第三,哈斯公司(Harris Corporation)完成了GPS-3卫星关键导航有效载荷—全数字化任务数据单元(MDU)的工程样机的研发,实现了GPS全数字化有效载荷关键技术的最后突破。全数字化有效载荷技术和在轨可重新编程技术将应用于GPS-3B卫星(第11颗GPS-3卫星及后续卫星),实现导航信号的可重新生成与功率可调,使GPS系统具有更强大的导航战能力,并计划于2018年授出首颗GPS-3B卫星的研发合同。

 

按照当前的计划,2018年将发射2颗GPS-3卫星,此后计划以每年约2颗的速度进行发射,2033年左右完成全部由GPS-3卫星组成的空间星座的部署。届时,L1C互操作信号、星上信号功率可调等将全面投入运行,实现新的V频段星间和星地链路、在轨可编程与信号重构等。


欧  洲

截至2017年12月,ESA已经完成了26颗Galileo卫星的部署,包括4颗“伽利略-在轨验证”(Galileo-IOV)卫星和18颗Galileo-FOC卫星,其中提供定位、导航与授时服务的卫星15颗,颗Galileo-IOV卫星因电源故障已经无法工作;2颗Galileo-FOC卫星因运载火箭问题没能进入预定轨道,在抬高了近地点后,2颗卫星处于17200km×25900km、倾角49°的轨道,轨道重复周期20天,与轨道高度23600km、轨道倾角56°、轨道重复周期10天的名义轨道存在较大差距。按照欧洲全球导航卫星系统管理局(GSA)发布的Galileo系统初始运行状态信息,上述2颗卫星处于试验状态,不能提供导航服务。

 

2017年发生2件对Galileo系统未来发展具有重要影响的事件,其一是2017年1月爆发的Galileo星载原子钟大面积故障,其二是英国的脱欧。2017年1月底,国外媒体率先披露了Galileo系统在轨运行的18颗卫星的72部星载原子钟中的9部(包括3部铷钟、6部氢钟)发生故障,18颗卫星中的5颗卫星分别损失了1部或2部星上原子钟。虽然ESA相信已经找到了故障的原因(铷钟故障因短路引起,氢钟故障源于长时间冷备份),问题得到了解决,并于2017年又签署了12颗Galileo-FOC卫星的采购合同,但其解决方案是否有效仍需要时间的检验。


英国的脱欧在给欧盟未来发展带来不确定性的同时,也给Galileo系统的未来发展带来了不确定性。公私伙伴关系发展模式终结后,Galileo系统的发展完全由欧盟的公共资金支持,作为欧盟最具影响力的3个大国(英国、法国、德国)之一,英国的脱欧必将削弱欧盟的政治影响力与整体的经济实力,削弱欧盟支撑Galileo系统维持与发展的能力。如果英国脱欧产生连锁性反应,甚至有可能使欧盟走向解体与终结,这种结果的出现对欧盟与Galileo系统都将是灾难性的。2017年4月,欧盟为Galileo系统相关协议增加了新的条款。该条款要求:当供应商所在国不再是欧盟成员国时,欧洲可具有单方面的合同解除权,且并不因此产生违约金。而且要求退出合同的供应商支付寻找替代者产生的费用,这是符合欧盟与ESA经费返还原则的,此条款不但将对英国航天工业的发展产生巨大影响,使有效载荷承包商英国萨瑞卫星技术公司成为直接受害者,同时也将对Galileo卫星的研发产生不利影响。


俄罗斯

截至2017年12月底,俄罗斯在轨导航卫星25颗,即GLONASS-M卫星23颗,GLONASS-K1卫星2颗,提供定位、导航与授时服务的卫星24颗,其中GLONASS-M卫星23颗,GLONASS-K卫星1颗。

 

2017年,俄罗斯进行了1次GLONASS卫星发射,成功发射了1颗GLONASS-M卫星,保证了GLONASS系统运行与服务的稳定。从GLONASS系统星座维持与更新的情况看,GLONASS卫星的可行性与在轨工作寿命得到了较好地改善,在2016年、2017年仅发射3颗GLONASS的条件下,仍然保持了GLONASS系统的稳定,对GLONASS系统的维持与发展具有非常重要的意义。最近几年,GLONASS系统工作卫星的数量一般保持在23颗或24颗,提升了GLONASS系统在多系统并存格局下全球卫星导航领域,特别是卫星导航应用领域的影响力。


日  本

2017年,日本加快了QZSS系统的部署步伐,成功进行了3次QZSS卫星的发射,发射了2颗倾斜地球同步卫星轨道(IGSO)卫星、1颗地球静止轨道(GEO)卫星,提前完成了QZSS系统第一阶段的部署,并计划于2018年初投入初始运行。按2015年日本新的航天基本计划,QZSS系统的部署分2个阶段进行:第一阶段,于2018年前完成由1颗GEO轨道卫星+3颗IGSO轨道卫星组成的空间星座部署;第二阶段,2023年前完成7颗卫星组成的QZSS系统的部署,并投入运行。

 

截至2017年底,QZSS系统星座在轨卫星4颗,其中3颗IGSO轨道卫星、1颗GEO轨道卫星。


印  度

2017年,印度IRNSS系统的发展遭遇了2次重大挫折。首先,2017年1月底,在媒体披露Galileo系统星载原子钟故障事件后,印度空间研究组织(ISRO)宣布IRNSS系统首颗卫星的3部原子钟发生故障;2017年6月,印度媒体再次披露IRNSS系统又有4部原子钟发生无法解释的故障。至此,在IRNSS系统卫星装备的全部21部星钟中,已有7部发生了故障。第二,为替换3部星载原子钟全部发生故障的首颗IRNSS卫星,2017年8月31日印度发射了第8颗IRNSS卫星(IRNSS-1H),但是由于整流罩未能正常分离,卫星发射失败。


(全文见《国际太空》2018年第2期)

(作者:佚名)
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