卫星导航的新秀们

2018-04-16宋心荣

航空知识 2017年12期

宋心荣

2017年8月19日，1枚H2A火箭从日本种子岛腾空而起，将“引路”3号导航卫星送入轨道。不久后的8月31日，印度也发射了IRNSS-1H导航卫星。不过，由于整流罩未能打开，导致发射失败。两个卫星导航领域新玩家似乎劲头正盛，反观俄罗斯和欧盟两个老玩家却光芒暗淡，关于“格洛纳斯”和“伽利略”的新进展越来越少。

没有钱是万万不能的

俗话说，“钱不是万能的，但没有钱是万万不能的”，在航天领域更是如此。欧盟自欧债危机爆发后，各国经济都十分低迷。经济不景气，用于发展航天的预算自然就会下降。而在预算被砍的情况下，还要优先保证运载火箭和对地观测卫星的研制，用于导航卫星系统的预算仅为11%左右。预算的不足严重拖慢了“伽利略”系统的建设进度。直到2016年，欧空局的预算才大涨18.4%，达到了52.5亿欧元，以保障“伽利略”卫星导航系统的建设。

安装进整流罩等待发射。

相比欧盟，俄罗斯的经济情况更为糟糕。因为克里米亚半岛问题，俄罗斯遭到西方制裁，经济连年萎缩，航天经费只能大幅削减。与欧盟一样，在俄联邦航天计划中导航卫星也不是优先发展对象，仅有的预算要保证“安加拉”运载火箭和东方航天发射场的建设。反正“格洛纳斯”还能凑合着用，所以俄罗斯人也就不急着对其进行更新了。

相比俄欧，日本和印度最近几年则进入了航天投资的快速增长期。日本2017年国家航天开发预算总额达到30.26亿美元，超过了俄罗斯的22亿美元。印度2016年的航天预算为10.9亿美元，虽然总量不大，但却比2015年增加了26%。另外，日本和印度在航天领域的摊子比俄欧小，留给开发卫星导航系统的钱自然很充裕，发展势头良好。

印度区域导航卫星系统

虽然印度工业基础不过硬，但电子信息产业却非常给力，这让印度政府发现了发展航天事业的契机。印度空间研究组织（ISRO）的总部就坐落在印度的“硅谷”班加罗尔，充分利用了印度信息产业的人才和产品。印度区域导航卫星系统（IRNSS）就是ISRO与印度信息产业合作的范例。该系统计划为印度全国以及印度边界外1 500千米范围内的用户提供定位精度为20米的导航服务。

2013年7月1日，印度发射了第一枚卫星IRNSS-1A。在随后的3年中，又相继发射了6颗卫星，完成了IRNSS系统星座的构筑。然而在 2016年下半年，IRNSS系统各卫星上的原子钟开始出现问题。7颗卫星总计21个星上时钟中有7个发生故障，其中一颗卫星的全部3个原子钟都发生了故障，等于报废。2017年8月31日，印度发射的IRNSS-1H就是计划替换这颗报废的卫星。发射失败导致IRNSS的功能在最近一段时期将大打折扣。不过，原子钟故障真赖不得印度人，印度知道自造星用原子钟不靠谱，专门使用瑞士SpectraTime公司的产品，该公司同时也是“伽利略”系统原子钟的供货商。结果，该公司的产品无法长期在宇宙辐射环境下稳定工作，在“伽利略”和IRNSS上都出现了故障。原子钟事件以后，印度国家物理实验室开始大张旗鼓地研制“印度制造”的铷原子钟。但印度自造的产品，上星以后能撑多久很难说。原子钟事件凸显出印度航天的窘境，航天产业归根结底还是属于高端制造业，仅依靠信息产业的优势就想弯道超车谈何容易。“印度制造”的口号喊起来容易，做起来难。由于有大量零部件需要依靠进口，IRNSS系统即便让印度看似摆脱了对GPS和“格洛纳斯”的依赖，但实际上是又使印度陷入另一个技术的依赖之中。

日本准天顶卫星系统

和印度不同，日本在工业基础上完全具备发展卫星导航系统的技术实力。不过，日本的问题在于受到了美国的严重制约。因此，日本建设自己的卫星导航系统也非一帆风顺。日本版GPS准天顶卫星系统的首颗导航卫星于“引路”1号早在2010年就发射升空。第二颗“引路”2号却迟至2017年6月1日才发射。8月，日本发射了“引路”3号。日本还打算今年年内发射“引路”4号。“引路”4号入轨后，准天顶系统的卫星星座就已组建完毕，经过一段时间的在轨调试就可以投入使用了。即便“引路”4号按期发射，日本建设准天顶系统也用了足足7年，比印度的3年还长很多。日本建设卫星导航系统的速度比印度还慢，这显然不是技术原因导致的。事实上，日本造什么卫星受到美国人的严密监控，不是想造就能造的。1990年，日美两国签订《卫星采购协议》，规定日本的非研发用途卫星需要向外国市场开放。说是外国市场，其实就是美国市场。1990年以来，日本的非研发用途卫星绝大多数由美国企业制造。1990年至今，在美国以购买美国卫星抵消贸易逆差的强大压力下，日本花费大量外汇购买了美国30多颗通信卫星，严重妨碍了自身通信卫星的发展。

日本之所以不能自主发展航天产业，很大程度上是因为美国人迫使日本确立了以研发而不是应用为主导的航天发展政策，既可以享用日本研发卫星试验出的新技术成果，又可以避免日本的应用卫星侵占美国的市场份额。既然是以研发为主导，那么大力开发像导航卫星这样的应用卫星的开发自然不合理，也给了美国人施压的理由。直到2008年5月，日本国会通过了新版的航天基本法，日本的航天政策才开始发生转变，改为以应用需求为主导，提出了“加快航天产业化”的口号。这才为日本研发自己的卫星导航系统亮了绿灯。2010年第一颗“引路”1号卫星发射以后，日本政府花了很长时间观察美国的反应。在确定美国不会反对后，日本政府才于2013年宣布将正式建设日本自己的导航卫星星座——准天顶卫星系统，整个系统由1颗地球同步卫星和3颗非同步轨道的“准天顶”卫星组成，最终将于2018年3月建成。3颗非同步轨道卫星的轨道虽不同，但都与地球赤道所在平面成45°的夹角，因此始终有1颗卫星停留在日本正上方靠近天顶的地方。准天顶卫星系统能和GPS在日本上空的卫星一起为日本提供增强导航服务，也可自己单独提供区域导航服务——鉴于害怕刺激到美国人，日本的准天顶卫星系统设计时主要考虑是和GPS实现共用，目的是校正GPS的定位误差，在GPS失效时保证定位，而不是取代GPS。因此“引路”系列导航卫星上日本自行研制的铷原子钟精度不是特别高，如果离开了GPS单独运作，其定位精度很成问题。