陈沉　魏都

　　卫星导航系统可提供高精度的定位、测速和授时服务，既可应用于军事也可应用于经济、社会等领域。我国对于这一尖端科技高度重视，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。
　　
　　4月16日零时16分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第二颗北斗导航卫星（COMPASS-G2）送入预定轨道。这颗卫星的成功入轨，对于我国北斗卫星导航系统的建设具有十分重要的意义。
　　
　　卫星导航系统由多颗导航卫星构成的导航星座、卫星跟踪站、数据注入站、时统中心、计算中心和控制中心以及用户接收设备等组成。其工作原理是：导航卫星在空间作有规律的运动，用户接收卫星发送的无线电导航信号，测出信号到达的时间或信号的多普勒频移，并获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航数据。然后根据卫星发送信号的时间、轨道参数求出定位瞬间卫星的实时位置坐标，由此定出用户的地理位置坐标和速度矢量分量。
　　
　　卫星导航系统作为重要的空间基础设施，可提供高精度的定位、测速和授时服务，既可应用于军事也可为经济、社会等提供便利快捷的服务。我国高度重视卫星导航系统的建设，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。现已建成的北斗导航试验系统，在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多方面都起着积极的作用。
　　
　　目前，世界上有能力发展空间导航系统的有美国、俄罗斯、欧盟、印度等为数不多的国家和地区。中国成功发射“北斗星”，也意味着中国能够在空间技术的多个领域与世界尖端水平进行角逐。
　　
　　美国是世界上最早研制和应用导航定位卫星的国家。上世纪50年代后期，美国霍普金斯大学应用物理研究所的研究人员在对卫星电波进行遥测时发现：如果对已知轨道上的卫星所发电波的多普勒效应进行测定，那么就能精确地知道这种电波源的位置。依据这一发现，美国研制了第一代天基导航定位系统“子午仪”，并于1964年交付使用。该系统能为美国的“北极星”核动力核潜艇提供精确的位置数据。构成“子午仪”的卫星网有5～6颗卫星，能够实现全球覆盖，一般均方误差为40～50米，但做不到随时定位。鉴于“子午仪”的不足，从上世纪70年代起，美国三军开始联合研制“全球定位系统”（GPS）。这是继阿波罗登月、航天飞机之后，美国建设的第三项十分庞大的航天计划，总花费共计130亿美元。其目的就是要使GPS成为促进整个无线电导航现代化的核心，完善星球大战计划和战略导弹防御体系。1994年3月，GPS正式建成。它由均匀分布在6个轨道平面内的24颗导航星组成，轨道高度约为2万公里，周期为12小时。每颗导航星上都装有铷原子钟，精度为每3万年误差1秒。GPS能够为地球表面任何地点的用户提供精确的导航信息服务，时间仅需几秒至十几秒钟。1991年，尚处于建设过程当中的GPS就已经成为海湾战争中以美军为首的多国部队关键的支持系统。随着高技术局部战争登上历史舞台，全球定位、全球导航作为指挥控制、快速反应、精确打击的先决条件，地位更加突出。当前，美国正着眼2030年的技术发展与军用民用要求，加紧推行GPSⅢ计划。与现有的GPS相比，GPSⅢ的信号发射功率将提高100倍，定位精度增大到0.2～0.5米。
　　
　　俄罗斯发展导航定位系统的历史可以追溯到前苏联时期。几乎与美国开发GPS同步，前苏联在上世纪70年代为与美国抗衡，投入巨大财力物力研究“格洛纳斯”系统（GLONASS）。1982年，首颗卫星入轨。截至2007年，共发射87颗星，其中8颗为体积与重量模拟卫星，2颗为卫星运行轨道校准卫星，1颗寿命为5年的试验卫星，7颗”格洛纳斯”-M改进型卫星，其他为导航卫星。与美国的GPS相似，“格洛纳斯”采用中高度近圆轨道和双频时间测距导航体制，可以为海上舰船、空中飞机、地面用户以及在近地空间飞行的航天器提供全天候、连续实时的高精度三维定位和速度测定，也可用于大地测量和高精度卫星授时。“格洛纳斯”导航定位精度约为30～100米，较GPS为低，测速精度0.15米/秒，授时精度1微秒。运行期间，前苏联解体，俄罗斯也经历过90年代中期的经济低迷，“格洛纳斯”的维护运行一度受到严重影响，有3 年的时间卫星停止发射，导致在轨卫星数大大减少。在目睹了海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争以及伊拉克战争中美国GPS的上佳表现之后，俄对加强“格洛纳斯”系统重新予以重视。1998年12月，俄罗斯恢复卫星发射，使在轨卫星的数量达到13颗。在2000～2006年期间，每年发射3颗卫星。2001年，俄罗斯联邦政府批准了《全球导航系统长期发展规划》，明确要求发展和改进“格洛纳斯”导航系统的卫星和地面设施，补充和保持在轨卫星的数量，研制和生产有竞争力的终端设备。但是由于资金短缺，导航卫星发展规划并没有完全落实。2006年1月18日，普京总统下令加快部署“格洛纳斯”。同年7月，俄联邦政府通过对导航卫星发展规划的修正案，规定在2007～2009年期间每年发射2组“格洛纳斯”-M，每组3颗卫星。今年4月14日，俄罗斯航天署署长佩尔米诺夫宣布，俄计划于2010年将“格洛纳斯”系统的卫星总数在现有20颗的基础上增至24颗，从而覆盖全球，并大幅提升定位精度。“格洛纳斯”虽起因于军事用途，但在俄罗斯经济社会中扮演着引人注目的角色。4月9日，俄罗斯中央选举委员会主席丘罗夫甚至表示，俄定于10月份在偏远地区的地方选举中使用太空信息系统传输选举数据。俄联邦航天署署长佩尔米诺夫介绍说，这些太空信息系统将包括俄“格洛纳斯”全球导航系统、卫星通信系统及卫星搜救系统等。他认为，俄罗斯幅员辽阔，很多偏远地区基础设施落后，太空信息系统的使用将给这些地区的选举工作提供便捷，提高选举质量和增加准确性。据统计，目前，俄罗斯90%以上的民用领域都会应用到“格洛纳斯”导航系统。
　　
　　除美俄外，欧盟在空间导航技术上也颇具实力。其伽利略卫星定位系统（GELLEO）建设计划于2002年3月启动，目的是打破美国的GPS对全球导航定位市场的垄断地位。根据原定设想，建成后的“伽利略”将成为GPS最有力的竞争对手。而在许多方面，“伽利略”更是优于后者。“伽利略”卫星定位系统将包括30颗卫星，大于GPS的卫星数量，因而有更广的覆盖面积，其发射的信号即使在极地区域也能获得正常接收。其次，“伽利略”的定位精度较GPS要提高一个数量级，达到误差不超过1米。而最令人瞩目的，是“伽利略”系统将会是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统，有更强的兼容能力，从而能为用户提供更广泛的服务。此外，”伽利略”的兼容能力还体现在它可以和GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”实现多系统协同定位，使传递的信号更清晰、更快捷。尽管欧盟为“伽利略”勾画了一幅美妙的图景，但在具体实施中，围绕费用分摊、系统建设的主导权等问题，各成员国纷争不断，大大干扰了研究开发的进度。截止目前，只有2颗试验卫星入轨，离组网目标还有相当长的距离。“伽利略”卫星定位系统于何时建成还保持着未知状态。
　　
　　与欧盟相比，印度在推进措施上则坚决得多。近些年来，印度不遗余力地发展军力，开发国防尖端技术，拥有自己的空间导航定位系统自然会在政界、军界引起共鸣。2007年9月27日，印度空间研究组织主席玛达万?奈尔在参加国际空间大会时宣称，“印度将在未来6年间陆续发射7颗导航定位卫星，在外层空间打造印度版的GPS”。事实上，在2006年，印度政府就已经批准了“印度区域导航卫星系统”（IRNSS）计划，并先后投入160亿卢比（约合3.5亿美元）用于该计划的执行。IRNSS系统包含7颗卫星，定位精度小于20米，预计于2012年投入使用。虽然IRNSS被标榜为印度版的GPS，但实际的服务范围有限，只能保证印度次大陆所需。不过，印度也表态，IRNSS未来的目标是发展成为全球体系。当前，印度正积极克服自己在技术上面临的困难，通过与美国、俄罗斯以及欧盟合作，参与对方卫星导航系统建设等方式，来增强本国的航天技术力量，为实现航天大国的梦想奠定基础。