宋心荣

首颗 GPS Ⅲ卫星的绰号 “维斯普奇”来自意大利航海家亚美利哥· 维斯普奇，美洲正是以他的名字命名的。

2018年12月23日，经过几个月的延误之后，美国第一颗GPS Ⅲ卫星搭乘Space X公司的“猎鹰”9火箭从卡纳维拉尔角发射升空。这颗卫星的绰号“维斯普奇”来自意大利航海家亚美利哥·维斯普奇（Amerigo Vespucci），美洲正是以他的名字命名的。

目前在轨日常运营的有31颗GPS卫星，分属四代。最早的是1990～1997年发射的GPS Block ⅡA，1997～2004年发射的GPS Block ⅡR，2005～2009年发射的GPS BlockⅡ-RM以及2010～2016年发射的GPS Block ⅡF。其中GPSBlock ⅡA、ⅡR和Ⅱ-RM卫星都已超期服役，亟需更换。这也是美国研制GPS Ⅲ卫星的原因。

技术上，GPS Ⅲ并不是GPS Block ⅡF的简单改进，而是全新的设计。其民用信号的可靠性和精度大幅提升，军用信号的抗干扰能力也大大提升。另外GPS Ⅲ的使用寿命也达到了15年，是GPS Block ⅡA的两倍，可以降低更换卫星的成本。

为了提升民用信号的可靠性和准确性，GPS Ⅲ卫星将同时向地球发射两种民用导航信号，两种信号可以互相校正，减少电离层引起的偏差。同时，这两种信号中的一种信号可以与欧洲的“伽利略”系统、中国的“北斗”系统和印度以及日本的卫星导航系统相兼容。这就意味着用户的移动端可以同时接受包括更多导航卫星的信号，增加定位精度。根据GPS…承包商洛克希德·马丁公司的估计，GPS Ⅲ卫星组网后，其民用信号的定位精度可以达到1～3米，而旧GPS系统的精度则在10米左右。

新一代GPS卫星的太阳能电池板功率是旧卫星的8倍，更强大的电源意味着更强大的信号功率。信号增强后，在树林、峡谷、建筑物密集区甚至建筑物内都能获得其导航信号。而在之前，这些地区几乎无法使用GPS导航。

虽然民用用途很广，但GPS主要还是为军事用途服务的。在今天的电磁环境中，易被干扰是GPS系统的主要缺陷。在北约举行的“三叉戟”2018军演中，北约部队接收的军用GPS信号就受到了干扰。因此，GPS Ⅲ卫星毫不意外将改进重点放在了提升军用信号的抗干扰能力上。GPS Ⅲ卫星的加密军用信号发射功率是旧卫星的8倍，足以“盖过”干扰信号。除此之外，GPS Ⅲ卫星还采用了新型高增益定向天线。此前，GPS卫星大多采用普通抛物面天线，保证信号覆盖面积最大，但单位面积上信号强度并不大，容易被干扰。GPS Ⅲ的高增益定向天线则将信号定向发射到直径仅为200千米的区域，区域内的信号强度很高，足以抵消干扰，使武器弹药得到可靠的导航信号。

2018年12月23日，经过几个月的延误之后，美国第一颗GPS Ⅲ卫星搭乘Space X公司的“猎鹰”9火箭从卡纳维拉尔角发射升空。

目前，GPS Ⅲ卫星组网进度并不确定。根据美国空军的计划，第一颗GPS Ⅲ卫星早在2016年就应该如期升空。但由于关键部件的交付延期，导致卫星的装配不断延后。美国空军决定使用“猎鹰”9火箭来发射该卫星也拖延了发射时间，因为此前Space X公司从来没有发射GPS卫星的经验，该公司进行了额外的准备工作。美国政府问责办公室指出，为了尽快实现组网，已经没有时间让第一颗GPS Ⅲ卫星在轨进行充分测试之后，利用其经验再行建造第二颗GPS Ⅲ卫星，只能采取边建造边改进的方法。因此GPS Ⅲ卫星的组网很可能不能按期实现，在此之前，还要由老GPS星座苦苦支撑。

OCX地面站系统

虽然GPS Ⅲ卫星终于飞上了天，但配套的OCX地面站系统却尚未交付。一个完整的GPS系统需要由GPS卫星星座、地面站以及用户接收机组成，三者缺一不可。根据美国相关部门的报告，OCX地面站系统最早要到2022年或2023年才能建成。因此，未来一段时间内，GPS Ⅲ系统仍然难以充分发挥效能。

OCX地面站由主控站，全球检测站和地面控制站组成。其任务主要是时时校正GPS卫星的轨道偏差和时钟误差。GPS卫星在轨道上长期运行，受到空气阻力的作用，轨道难免出现偏差，影响到导航精度。同时，随着时间的推移，其星载原子钟的误差也将积累。这就需要地面站进行校正。在实际操作中，这种校正每天都要进行一次，才能保证导航的精度。

在战时对GPS信号的干扰也包括攻击OCX地面站系统。因此，对美军来说，对于OCX地面站的保护——尤其是抗网络攻击的能力至关重要。2010年，美国国防部就和雷神公司签订了研制GPS Ⅲ卫星配套的OCX地面站系统的合同，合同价值34亿美元。美国国防部认为，卫星地面站必须满足“纵深防御”的网络安全标准，才能有效对抗网络攻击。除此以外，OCX系统还要能给GPS Ⅲ卫星发出指令，切换导航信号，以规避干扰频谱。另外，每个OCX地面控制站能控制的卫星数量是传统地面站的两倍，即使一部分OCX地面站遭到攻击，剩下的OCX地面站仍然可以控制GPS Ⅲ卫星星座。

从纸面上看，OCX系统的性能十分先进。但是理想总是很丰满，现实总是很骨感。过高的性能要求使得OCX系统的研发一波三折。根据合同规定，雷神公司应于2016年10月交付OCX系统。然而，到了2016年，OCX系统的交付仍遥遥无期，而且该项目的成本已经升至42.5亿美元。截止到2018年，美国国防部已经在该项目上耗费了60亿美元，但OCX系统还是没造出来。OCX系统的“难产”主要还是因为五角大楼过严的网络安全标准。虽然雷神公司拥有丰富的卫星地面站研发经验，但对于网络安全问题则显得有些束手无策，更何况OCX系统还是满足美国国防部“纵深防御”网络安全标准的第一个军用系统一第一个吃螃蟹的人不是那么好当的。为了弥补自身在网络安全领域的劣势，雷神公司在2015年斥资16亿美元收购了商业网络安全公司Websense。到2018年6月，OCX系统终于通过了美国空军的网络攻击测试，满足了“纵深防御”网络安全标准。

根据雷神公司负责OCX项目的副总裁比尔·沙利文的说法，该公司將在2021年6月左右向美国空军交付该系统。为了填补OCX系统的空缺，美国空军不得不寻求临时解决方案，以渡过OCX系统到位之前的空窗期。为此，美国空军和洛马公司联合开发了名为COpS的应急系统，安装在现有的GPS地面站中，和GPS Ⅲ卫星配套使用。该系统于2016年开始研发，耗资1.6亿美元，预计将于2019年4月交付。

责任编辑：王鑫邦