“天眼”的宇宙江湖

崔曉火 彭 輝

在美國人發射首顆全球定位系統（GPS）衛星32年后，由中國人建造的全球衛星導航系統終于來到了啟動的前夜。

然而，北斗系統面對的卻是一個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現全球導航真正無盲區的解決之道。

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”由各國的數十顆衛星組成。它們像圖釘一樣被準確地“釘”在地球上方的位置上，隨地球自轉。由于要在任何時間覆蓋地球的任意角落，一套正常運作的導航系統需要24顆衛星才可以滿足全球用戶的需求，因此中地球軌道范圍內近年來始終比較擁擠。

現在，這一軌道中就包括了人們熟知的美國GPS全球定位系統。它遍布全球的24顆衛星占據了距離地表20200公里處的6條“黃金軌道”，相當于坐上了頭等艙。今天，地球上的任意地點均被4顆GPS衛星同時覆蓋，并可以被衛星即時鎖定、追蹤，和好萊塢影片中的情節一樣。

但GPS并非目前唯一正在運行的導航系統。由前蘇聯啟動的全球導航衛星系統格洛納斯（GLONASS）的24顆衛星和GPS“星座”呈首尾相接，排列于距地面19100公里的軌道。經過多年修復，濃縮了俄羅斯人宇航技術精華的導航系統如今也足以覆蓋整個地球，并且俄羅斯仍在投入資金壯大其導航衛星隊伍。

就在美、俄兩國占據導航衛星區域半壁江山的同時，主要工業國家也在逐步實現其對太空導航資源的占用，就連一部分沒有實現導航技術突破的國家也不甘落后，計劃于近年啟動各自的導航系統，太空勢必更加擁擠。

目前，中國的北斗系統已有7顆衛星處于中地球軌道之內，而歐盟主導的“伽利略”系統（Galileo Program）亦有2顆試驗性衛星在運行。

一些致力于區域導航的國家也在行動。由日本開發的“準天頂”衛星系統（Quasi-Zenith Satellite System）已于今年9月發射了第一顆衛星，它將用于日本本國的導航。印度區域導航系統的首顆衛星也初步計劃于2011年年底發射。

各國導航系統的設計師們深知，經過30多年的開發，軌道中用于安插導航衛星的位置資源已十分有限。然而，他們仍然必須絞盡腦汁想出新辦法，為本國的衛星們找到安穩的棲息之地。

“任何一個導航系統，單獨運行起來都是脆弱的。目前，各國的導航系統的可靠性仍然不夠高，導航衛星仍然容易受到自然或人為的干擾。”多年參與國際導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，每個國家都需要本國使用的導航系統是可靠的。”

由于各國對導航系統可靠性的要求極為嚴苛，盡管美、俄兩大系統已經在全球范圍運行，但是擁有一套獨立衛星導航定位系統，哪怕其功能只是區域性的，對本國的軍事、交通、通信等方面來說依然關鍵。因為一旦主導國家的衛星導航定位系統發生變動，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，先到位的導航系統，便占據軌道位置最佳、發射頻率最穩定的空間，相當于占領了戰略高地。

導航衛星的先行者GPS先到先得。美國人的24顆衛星得以均勻地廣泛分布在6個軌道面上，每顆衛星均距離地面約1.7萬公里。這套系統的衛星可以為地球上任意地點連續發射固定頻率的信號。只要普通用戶裝有便攜式接收機，無論身處陸地、海上還是空中，都能收到GPS全球統一的固定信號，民用信號的定位精度是10米。

近年來，GPS經過多次升級，它的軍事作戰屬性讓其在武器授時、即時追蹤等關鍵技術方面擁有絕對優勢。截至目前，GPS仍是世界上公認的最為成熟和完善的全球衛星導航系統。

實際上，GPS的絕對優勢還體現在它的世界市場占有率，世界上絕大多數用戶依賴的仍是GPS的24顆衛星。而中國的很多廠商都根據GPS的參數和接口生產接收器，銷售給國內外的用戶。盡管GPS不為中國的廠商投資一美元，卻有中國境內的許多座工廠為其制造終端。

而在導航技術專家眼中，如果參考GPS系統作為行業領頭羊樹立的“高標準、嚴要求”，其他各國導航系統與之還有“若干數量級”的差距。如今，各國只能在美國人占領的軌道資源以外的太空區域布局各自的導航系統。在資源已經十分有限的情況下，各國的騰挪空間也微乎其微，在一定的設計范圍內展開“近身肉搏”成為唯一選擇，所以各國系統的優劣已并不明顯。

作為與GPS共同支撐國際導航系統的俄羅斯格洛納斯系統，它的24顆衛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更考驗科學家的腦力。

俄羅斯科學家想出的辦法是，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不同的衛星發射頻率。而這樣的差異恰恰可以讓格洛納斯提高對高緯度地區的覆蓋，并進一步防止整個衛星導航系統同時被敵方干擾。

然而，上世紀90年代的運作失效，摧毀了用戶對格洛納斯的信心。在前蘇聯解體后，俄羅斯下滑的國民經濟讓國家失去了維護其導航系統的能力。在2001年之前，幾乎三分之二的格洛納斯導航衛星因為失修淪為太空廢鐵。所幸俄羅斯近年來加強了對其導航系統的維護，失效的衛星目前也逐步恢復使用，俄羅斯還將投入數十億美元用于系統的升級。作為俄羅斯的戰略合作伙伴，印度也參與到了該系統的投資中。

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

“格洛納斯系統還是很值得關注，然而各國在看到它經歷了‘過山車式的發展后，對這套系統缺乏足夠信心，這一點對于系統工程的前景是不小的麻煩。”景貴飛說。

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

說到導航定位的精度，目前沒有任何系統可以和處于實施階段的伽利略系統相媲美。該系統確定的全球定位精度要比GPS還要精確10倍，誤差可達到1米以內。就連中國的導航技術人員也贊嘆其設計的完美程度。

“伽利略設計得太完美了，比GPS強，比北斗強，但這樣一來它的技術就非常復雜。要把它的功能都實現就很難，并且需要很長時間。”中國衛星導航應用管理中心楊元喜院士對《中國新聞周刊》記者說。

歐洲科學家還為伽利略設定了最大限度的兼容，伽利略接收器不僅接受本系統信號，還可以接受GPS和格洛納斯兩大系統的信號，對于渴望獲得穩定導航的用戶，這種優越性如虎添翼。

然而，歐洲人的伽利略目前遇到的最大困難與當年俄羅斯人相似。據歐洲媒體報道，歐盟在伽利略項目的建設預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中恢復的歐洲各國都是不小的負擔。資金問題令歐洲和世界遲遲見不到號稱“完美”的超級系統大發神威，歐洲人的導航系統推進不見起色。

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

“我們預計將在2014至2015年之間部署18顆導航衛星。屆時，一部分初步的導航公共服務項目，例如搜救服務等，將付諸使用。其他商用導航服務將隨著導航衛星的進一步增加而適時啟用。”這位發言人表示。

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

而相比之下，中國北斗系統建設正穩步推進。雖然中國的導航系統在設計精度上不如歐洲的伽利略，僅為10米，但目前的衛星部署速度讓北斗系統得以按計劃擴展為世界上第三套正常運行、實用的全球衛星導航系統。

新兵入列

“北斗”系統的快速崛起受到了包括美國、歐洲各國在內的密切關注。2010年1月以來連續發射5顆北斗工作衛星的計劃，更令外界對Compass（北斗系統的英文名稱）的戰略意圖產生了種種聯想。

2010年10月在意大利都靈舉行的全球衛星導航系統國際委員會第五屆大會期間，負責北斗導航系統的中國官員，透露了中國北斗的部署計劃和使用頻段。

不過，在這次會議上，歐盟官員也表達了對北斗系統在頻段使用上的意見。一直為伽利略計劃擱置而犯愁的歐洲官員，面對北斗的強勢推進態度尷尬。

“在北斗系統計劃使用的頻段，伽利略系統實際上擁有優先權。我們認為，兩套系統在同一頻段重疊運行，可能發生有害干擾，還可能引起兩套系統的沖突。”歐盟歐洲委員會在接受《中國新聞周刊》采訪時重申了伽利略的立場。

對此，中方一直堅持自己的意見：按照國際電聯的規定和程序，中方對此導航頻段的使用具有同等優先權。

據一名知情人透露，有中國學者向歐洲方面提問：“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。”

這個提問難住了歐洲方面的技術人員，雙方爭執不下。結果還是國際電信聯盟的一位官員介入，才緩和了爭論。

曾多次參加國際導航系統協調會議的楊元喜說，在海外參會，最大的感受是但凡聽到關于北斗的討論，幾乎都是正面少、負面多，“這是不公平的！”楊元喜說。

“有人把北斗描繪成一個‘trouble maker（麻煩制造者）或是干擾者。當然，他們不會公開這么講，但這個潛臺詞總是讓人不舒服。事實上，北斗是貢獻者。”一位業內專家對《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劃推進不順有直接的關系。

2003年10月，經過近兩年的談判，中歐領導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于民用全球衛星導航（伽利略計劃）合作協議》，并于次年進一步簽署《中國國家遙感中心和伽利略聯合執行體關于伽利略計劃合作協議》。按照兩份協議的內容，中國政府計劃通過向伽利略項目投資2億歐元的方式，購買伽利略項目的民用導航服務，并參加伽利略的開發項目。伽利略計劃一度是中歐之間最大的科技合作項目，中國也成為參加伽利略計劃的第一個非歐盟成員國。

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

不過目前，中歐雙方關于伽利略計劃的合作協議依然有效。科技部直屬的中國國家遙感中心與歐盟歐洲委員會企業與工業總司之間的交流仍然十分密集，有時幾乎每星期都有。

“現在的問題對于伽利略和北斗來說都是利益攸關的問題。我們已經向北斗團隊提出了相關建議，雙方正在密切磋商。”歐盟歐洲委員會發言人表示。

負責北斗計劃的專家坦言，面對中歐導航系統合作的兩難境地，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。”景貴飛表示，“但現在需要通過雙邊和多邊會談解決的主要問題：一旦系統建成，北斗和伽利略、GPS、甚至格洛納斯之間，究竟是替代還是互補。”

“在國際導航領域，北斗還是一個剛剛入行的新人。即便未來開放了北斗的接口，北斗依然需要利用西方主導的國際規則，通盤考慮自己在全球導航市場上的發展。”中國衛星導航應用管理中心總工程師柳其許說。

歐盟委員會發言人對《中國新聞周刊》表示，歐盟完全支持中國發展自己的導航系統，兩個系統可以通過合作取得積極成果。“在新的合作框架下，雙方有新機遇為廣大用戶提供兼容、互通的導航信息。”

2012年，全球衛星導航系統國際委員會將在中國舉行年會。楊元喜認為，這給北斗提供了一次難得的機會。

“我想，屆時關于北斗如何成為國際導航系統的‘貢獻者的討論，將會超過關于‘麻煩制造者的爭論。”楊元喜說。

景貴飛也表示，“雙方真正的合作才剛剛開始有些味道。” ★

（本刊記者楊時對本文亦有貢獻）