2000年5月1日,美国做了件看着挺大方的事:把GPS民用信号里故意掺进去的误差一笔勾销,全世界的定位精度一夜之间提高了约10倍。
可时任美国国防部助理部长莫尼在新闻发布会上把话挑明了:国防部已经有能力在威胁区域否定GPS信号。翻成大白话,开关还攥在我手里,想让哪片地方的对手找不着北,就让哪片找不着北。
那真到了美国动手那天,全球的导弹是不是都得瘫痪?倒不至于全趴下,可指哪打哪的准头要丢掉一大截。偏偏有两个国家,压根不用看这个脸色。
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从1990年起的十年里,GPS一直执行一项叫“选择性可用”的政策:民用信号被人为掺进时间误差,普通用户的定位只能准到约100米,高精度那一路留给美军自己。同一颗卫星,给自己人的是尺子,给别人的是估摸。
海湾战争一打,这套办法先把美军自己绊了一下。军用接收机不够分,不少士兵自掏腰包买了民用机带上战场,结果被自家掺的误差拖累。
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军方干脆在战争期间把误差临时关掉。要用就关,用完再开,全看美军自己方不方便。后来的手段更细。
美军新一代军用信号叫M码,能量分布在中心频率两侧,美军可以把中心频率干扰到饱和、压住民用信号,自己的军用信号照常用。
GPS向全球广播,美国没法单对某一国停播。它练成的本事,是在特定战区让对手收不到可用信号,自己和拿到密钥的盟友不受影响。
莫尼说这一手“比全球性降级更有效”。开关值多少钱,要看别人对它依赖多深。海湾战争时,精确制导武器在美军投弹里只占约8%。科索沃战争约35%,阿富汗战争55%到60%,2003年伊拉克战争到了68%。
十来年工夫,从十枚里不到一枚变成三枚里有两枚。
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“战斧”巡航导弹加装GPS后,中段误差从30米缩到12米,任务规划从几周压到几小时。好用到这个份上,谁还舍得不用?
信号真被掐了,导弹照样能飞。巡航导弹肚子里有一套惯性导航,靠陀螺仪和加速度计自己算位置,不收任何外部信号,谁也干扰不了,再加上地形匹配和末段图像比对,能摸到目标附近。麻烦出在准头上。
惯导飞得越久误差越大,全靠卫星隔几秒校一次。像JDAM这类只靠惯导加GPS的制导炸弹,信号一断,精度会从米级退到几十米甚至上百米。
原本能钻进一扇窗户的弹,只能砸中一片街区。导弹没瘫,“点穴”的本事废了。
中国对这只开关的警觉来得很早。1991年海湾战争把GPS的威力摆在全世界面前,1994年北斗工程正式立项。那时候家底有多薄?
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美国在GPS上砸进去的钱是两百亿美元的量级,而中国包括航天在内七大技术领域的“863”计划,预算加起来才100亿元人民币。
拼星座数量拼不起,起步的北斗一号走的是省钱路子,两颗地球静止轨道卫星先把中国区域罩住。钱紧,就想过搭车。
2003年,中国和欧盟签了伽利略计划的合作协议,投入近2亿欧元,是第一个加入这个计划的非欧盟国家。没过几年,欧盟把项目收归国有,中国被排除出决策机构,核心技术合作也被挡在门外。钱花了,桌子没上。
更疼的一刀砍在原子钟上。卫星导航靠的是时间,钟差一点,地面上的位置就偏出去一大截。
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2004年北斗二号立项时,国内还没有成熟的星载原子钟产品,中方找欧洲谈采购高精度氢钟,谈得挺顺。2005年临到签约,欧洲方面以技术管制、出口限制为由拒绝供货,只肯卖指标低一级的铷钟。买不来,只能自己做。
中国组织三支队伍同时攻关,两年多把星载原子钟拿了下来,性能比原计划进口的那款还好。
欧洲事后降价一半回头来卖,中国没要。钟的事还连着另一道关。中国在2000年4月17日向国际电信联盟申请了导航频段,规矩是七年内卫星不上天、不发信号,频率作废,而伽利略申请的频段与中国高度重合。
2007年4月14日北斗二号首星竖上塔架时,离作废只剩3天。17日晚上发射,信号传回来,比最后期限只早了4个小时。
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2020年7月31日,北斗三号全球系统正式开通:30颗卫星组网,卫星核心器部件国产化率100%,星上的原子钟300万年才差1秒,全球实测定位精度均值2.34米。
中国的导弹、战机、舰艇从此有了自己的高精度导航和授时来源。别人拨不拨那只开关,这30颗星照转。
中国是白手起家,俄罗斯走的是另一条更悬的路:有过,垮了,再救回来。苏联1976年就立项搞格洛纳斯,摆明了冲着GPS去,1982年打上第一颗星,到1995年12月凑齐24颗,信号铺满全球。
导航卫星有寿命,得一颗接一颗往上补。上世纪90年代俄罗斯经济垮了,维护经费断了,天上的星超期服役,坏一颗少一颗,没人补。
到2002年,能用的只剩约7颗。24颗才撑得起全球覆盖,剩下7颗,这套系统就只是名义上还在。自家星座撑不起来,就得去用别人的信号,开关也就跟着交到了别人手里。
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2001年8月,普京签署第587号总统令,批准一个为期十年的联邦专项计划,由国家出钱重建。
新一代卫星从2003年起一批批替换老星,2010年先把俄罗斯本土全部罩住,2011年10月,24颗满星座重新凑齐,全球覆盖回来了。从只剩约7颗到补满24颗,前后差不多十年。这套系统是照着俄罗斯自己的需要设计的。
卫星轨道高19100公里,倾角64.8°,比GPS的55°更陡,卫星飞得更靠近两极,高纬度和极地的覆盖比GPS好。
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对一个大片国土都在高纬度的国家,这一条很实在。信号体制也另走一路,每颗星用略微不同的频率播发。西方制裁之下,俄方把卫星上的电子元器件全面换成国产。
2022年4月,俄国家航天集团向交通部提交了用格洛纳斯替代GPS的方案。
俄军的导弹、战机、舰艇以格洛纳斯为核心导航源,美国在哪个战区压制GPS,俄罗斯头顶都还有另一套星。
天上有导航星的远不止这三家。联合国认可的全球卫星导航系统一共四个,除了GPS、格洛纳斯、北斗,还有欧盟的伽利略。日本和印度各有一套区域系统。
伽利略是实打实的全球系统,2016年12月就开始提供服务,后来还拿出了20厘米级的高精度服务。可它从立项起定位就是民用系统,军事用途受限,给汽车导航、给测绘是一把好手,当不了一支军队独立的导航靠山。
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它又是多国共建,成员国为基站设在谁家、订单给谁家企业争来争去,预算涨到最初的近3倍,开通晚了约8年。印度的NavIC只有7颗星,覆盖印度及周边1500公里。
据广泛流传的说法,印度下决心自建,是因为1999年卡吉尔冲突期间在GPS上吃过亏。
可7颗星只管得了家门口,出了这个圈,还得用别人的信号。日本的准天顶系统现有四五颗星,设计初衷是给GPS在日本高楼林立的城市里补盲,信号与GPS完全兼容,独立撑不起全球导航。
GPS一旦被掐,它自己顶不上去。数下来,全球星座是自己的、钟和元器件是自己的、军队又能放心拿来用,这几条全占的,美国之外只有中国和俄罗斯。这两家还把两套系统接到了一起。
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2015年5月8日,中俄签署北斗与格洛纳斯兼容与互操作联合声明,2018年又签了政府间合作协定。
双方在对方境内互设监测站,俄方的站点设在长春、乌鲁木齐、上海,中方的设在奥布宁斯克、伊尔库茨克和堪察加。
卫星信号落到地面都很弱,哪家的都怕近处干扰,多一套星座,就多一重备份。回头再看莫尼那句话。
美国真在某个战区否定GPS信号,多数国家的导弹不会全部瘫痪,照样飞得出去,可准头要从十来米退回几十米、上百米,攒了几十年的精确打击本钱当场打折。
有两个国家除外。中国头顶是30颗自己造的北斗,俄罗斯头顶是重新补满的24颗格洛纳斯。那只开关别人爱怎么拨怎么拨,这两家的导弹抬头找的是自家的星。
参考资料:
越来越锋利的"矛.新华社《环球》杂志.2020-07-31
北斗"与"格洛纳斯"合作的背后.观察者网·科工力量.2020-08-03
中共中央 国务院 中央军委对北斗三号全球卫星导航系统建成开通的贺电.中国政府网
北斗三号全球卫星导航系统建成开通新闻发布会(2020年8月3日).国务院新闻办公室/北斗卫星导航系统官网
北斗心"中国造.人民日报(中国经济周刊).2018-03-16
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