以GPS为例看北斗的未来应用

冯昭奎

2020年8月3日，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在国务院新闻发布会上介绍，北斗卫星导航系统提前半年完成全球星座部署，开通全系统服务。北斗500余种核心部件全部实现了国产化，包括星间链路、高精度原子钟等核心高技术难题已经全部攻克。由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星，共30颗卫星组成的北斗三号卫星导航系统覆盖全球，可为军方提供厘米级定位服务，还可提供2.5米到5米的民用定位服务。

“北斗”于1994年启动建设，而正是在那一年，美国的GPS（Global Positioning System， 全球定位系统）全面建成，开始面向全球提供定位导航服务。GPS由24颗卫星组成，全球覆盖率高达98%。

GPS为全世界提供导航服务

GPS是典型的“军民两用技术”。美国GPS最初是为军事目的开发的，但在民间强烈需求的刺激下，GPS很快就从军用领域“局部解放”出来，为广大非军事用户服务。GPS信号分为民用标准定位服务（SPS）和军用精确定位服务（PPS）。民用导航定位使用“粗测距码”（C/A码），军用导航定位使用“精测距码”（P码），精测距码被美国政府严格保密，专供军方等授权用户使用。GPS受美国国防部控制，这使得包括欧洲、俄罗斯、中国在内的一些国家出于自身安全考虑，不得不着手努力建设和完善自己的卫星定位系统。

由于GPS无须授权即可使用，美国政府为保障自身的利益与安全，防止敌对国家或组织利用GPS对美国发动攻击，采取了“限制GPS定位精度政策”（SA政策），即故意扩大民用定位的误差，使民用导航精度在100米左右（而军用导航精度则在十米以下），防止未经美国特许的用户获得高精度的定位信息。2000年，克林顿政府为更好吸引全球民用和商業用户，决定撤销SA政策，使民用GPS也可达到十米左右的定位精度，但此时军用GPS的定位精度已提高至几厘米。

撤销SA政策成为推广GPS的一个重要转折点，GPS逐渐成为一个全球性工具。2001年9月11日美国遭受恐怖袭击后，美国有些部门曾考虑恢复SA政策，但作为当时主管部门的美国GPS执行委员会，却在恐怖袭击发生的当月就宣布，美国无意再恢复该政策。

GPS从投入使用至今已有30年了。实践表明，该系统以高精度、高效率、多功能等特点， 为全世界的车辆、船舶、飞机提供导航服务。广大的驾车族可以按照GPS的导航指示顺利到达陌生的地方;拖拉机等农业机械利用GPS自动行驶系统等实现作业自动化，发展“精准农业”;工程建设则利用GPS改变了传统工程测量模式，比如港珠澳大桥等超大工程利用GPS定位系统，大大提高了建设速度。GPS还被用于大气物理观测、地球物理资源勘探、市政规划、防灾减灾、远洋船舶最佳航线测定、海洋救援、航空救援;用于大气、重力场、地球磁场、地球板块运动、地震及火山灾害、地球洋流和海平面变化、冰川运动和融化等重大科学研究，并带来了极为可观的经济、社会效益。当然，在此期间，处于不同建设阶段的欧洲、俄罗斯、中国的卫星定位系统也在不同程度和范围内发挥了一定的导航定位作用。

GPS在两次海湾战争中发挥了重要作用

1990～1991年第一次海湾战争爆发时，美国空军才刚刚完成部署首个GPS导航星座，远远不能满足战争的需求。因此，在海湾战争中，美军除使用军用码的专用GPS接收机，还大量动用了使用民用码的商用GPS接收机。虽然当时GPS尚未全部建成，却仍然在战争中发挥了重要作用，创造了多个精准打击敌军的案例。有专家称，第一次海湾战争的胜利实际上是GPS的胜利。

2003年3月，以美英为主的联合部队对伊拉克发动了第二次海湾战争。在这次战争中，联合部队通过军事卫星大大强化了“利用太空的战力”：利用GPS制导的炸弹大幅增加，GPS是引导80%炸弹投放的关键因素;卫星通信传输速率达到每秒4000兆位，相当于第一次海湾战争时的40倍;利用卫星识别目标所需时间从12年前平均一天缩短至11分钟;地面部队对GPS接收器的利用大幅度增加，从12年前一个陆军中队（180名军人）配备一台增加到一个陆军分队（9名军人）配备一台。美国军方曾称，太空武器对于地上战斗的作用从第一次海湾战争时的“有则更好”（nice to have）发展到第二次海湾战争时的“必须要有”（must-have）的程度。

2020年6月30日， 北斗三号最后一颗全球组网卫星暨第55颗北斗导航卫星成功定位，标志着中国北斗卫星导航系统向全球组网完成又迈出了重要一步。

美国利用GPS敲打和干扰他国

1999年印巴卡吉尔战争期间，为了不让印度过于张狂，美国直接关闭了印巴战区的所有GPS服务，导致印度的武器和士兵瞬间“失明”，印度因此遭受了巨大损失。

2018年美国通过调整GPS信号，致使依靠民用GPS信号为武器导航的叙利亚地区多路武装力量的武器装备“被遮住了眼睛”，失去了远程定位能力，甚至直接导致武器装备无法使用。

美国利用GPS制造的“银河号”事件，也使我国遭受极大屈辱，铭心刻骨。1993年7月23日，当中国“银河号”货轮穿过印度洋时，由于美国切断了该货轮所在海域的GPS导航服务，货轮突然“被停止”航行，不得不在海上停留。当时，美国以获得情报为由，指控“银河号”货轮将制造化学武器的原料运往伊朗。8月4日，中国在经过调查后，明确告诉美国，“银河号”没有装载违禁化学品。美国则声称情报绝对准确，坚持要对“银河号”进行检查，并威胁对中国进行制裁。9月4日，在沙特达曼港口，美国、沙特、中国官员打开“银河号”货轮上第628个、也是最后一个集装箱进行检查后，美方才终于承认，“银河号”上没有发现任何违禁化学品。但到这一天，“银河号”已经被迫中止正常航运长达33天。

“银河号”事件使中国痛定思痛，一定要发愤图强，把自己的卫星导航搞出来。1994年，中国开始了“北斗一号”的研制工作。

GPS可与多种卫星开展“群星协同”

北斗是人造卫星兴旺家族的一员。除导航卫星外，人造卫星还包括通信卫星、广播卫星、气象卫星、地球资源卫星以及军事侦察卫星、海洋监视卫星、早期预警卫星、数据中继卫星、军用测地卫星，等等。当我们建设一个大工程、大项目的时候，往往会遇到需要多种卫星提供服务的情况，在这种场合，可以考虑依实际需要搭配使用各种不同功能的卫星，开展多样化的“群星协同”。

在1991年海湾战争中，GPS与照相侦察卫星、气象卫星、电子侦察卫星、导弹预警卫星、通信卫星等卫星就是通过开展“群星协同”来克敌制胜的。（1）1990年8月伊拉克军队向科威特发起进攻后，美军通过“锁眼”系列照相侦察卫星，最早发现伊拉克军队向科威特推进的行动;（2）在目标物贫乏的沙漠地带利用GPS对伊军飞机、地面部队乃至雷区进行定位，美军几乎无代价地摧毁世界排名第四、拥有5800辆坦克的伊拉克军队;（3）由于多数精密制导炸弹使用激光等光学制导技术，其命中精度在很大程度上受当地气象条件影响，因此在实际战争中，交战一方需要利用气象卫星确认攻击目标所在地的气象条件，以便确定攻击飞机是否携带激光等光学制导炸弹;（4）凭借电子侦察卫星在空袭伊拉克前几个月搜集掌握的大量伊军电子情报，盟军在对伊展开大规模空袭前几十分钟展开电子战，使伊大部分雷达受到强烈干扰而无法正常工作，无线电通信全部瘫痪，甚至连萨达姆与前线作战指挥官的通话以及战场分队之间的通话都被盟军的电子侦察卫星所窃听;（5）凭借战区上空的两颗导弹预警卫星，美军87次探测到伊“飞毛腿”战术导弹的发射，在“飞毛腿”发射120 秒后就预报落点，为前线部队争取到90秒钟的预警时间;（6）依靠盟军的14颗通信卫星，以美国为首的多国部队建成完整的陆海空一体化通信网，该网络担负着战区通信任务的约80%、多国部队前线总指挥向五角大楼传送战况情报的90%。

当然，北斗卫星导航系统主要是用于和平发展与经济建设。无论是精细农业还是工程项目，完全可以依据实际的应用需要，创造北斗与其他卫星的“群星协同”方式，更好地服务于大众。

“太空竞赛”日益成为全球军事对抗的新领域

随着军事卫星“武器角色”的日益鲜明，针对它的反制手段也在不断发展，而这种反制手段就是包括导弹、反导系统和反卫星在内的反卫星武器。军事卫星与反卫星武器之间的“太空竞赛”，正在日益成为全球军事对抗的新领域。

当前，拥有攻击卫星能力的国家和行为体日益增加，面对这一新形势，严重依赖GPS的美军亟需落实宇宙空间的“维稳”，防止其遭到对手的反卫星武器破坏而瞬间陷入瘫痪与“黑暗”。而太空博弈焦点在于争夺“太空优势”，既要维护本国对太空的军事利用，又要阻止敌对国家对太空的军事利用。为此，在太空发生战斗（包括对卫星及其地面设施、对卫星与地面设施间的相互联系進行攻击）的可能性日益增大。研究表明，通过袭击GPS的两组卫星（每组四颗），就可以显著降低美国精确制导武器在特定区域的导航准确性。

如果美国再次在海湾战争中利用GPS等军事卫星直接支援海陆空军的战斗，或在太空配置反导系统等，就极有可能遭到敌方利用反卫星武器进行报复，形成地上战争与太空战争相互交错的复杂局面，致使地上战的战火蔓延到太空。显然，太空已不可能成为永远与战争无干的“圣域”。

100多年以前，海权论鼻祖、美国海军战略思想家马汉引证英国在拿破仑时代战争中获得海上霸权的事实证明，霸权国必须以强大的海军控制海洋以掌握制海权，才能称霸世界。20世纪60年代初期，美国总统肯尼迪公开预言，“谁能控制太空，谁就能控制地球”。如今，美国有学者以务实和自信的态度积极鼓吹与“海权论”并列的所谓“天权论”（space power theory），认为随着有能力对太空进行军事利用的国家不断增加，美国的竞争对手也开始采用与其同样的做法将太空作为作战场所，因此，在将来的战斗中，美国与运用太空武器的强大敌对者很可能形成对峙，美国的太空战略需相应地从“加强利用太空的战力”为中心过渡到实施“攻势的太空控制”，按照“控制高地者可控制低地”的格言掌握“制天权”。抢占作为终极“高地”的宇宙空间来控制地球，将会刺激他国发展多种反太空霸权的技术。

总之，在太空军事化倾向日益增强的背景下，我们不仅要应用好北斗，也要维护好北斗，北斗的安全是国家安全的重要组成部分。

（作者为中国社科院日本研究所研究员）