GPS是国际航班航空领域唯一使用的卫星星座,全球有约60亿用户在使用GPS。
它渗透到日常生活的方方面面,包括电信通信、金融交易、农业生产,甚至网约车服务,以及不断涌现的新型能力。
过去十多年间,GPS带动了数万亿美元的经济活动。2019年一项研究估计,若GPS服务中断,将给美国造成每天10亿美元的经济损失。
一旦该系统遭到攻击,物流、供应链、农业、交通运输乃至航空系统等诸多领域都可能陷入停滞。这样一套渗透到全球血脉里的系统,美国从起步到真正落地并非一蹴而就。
根据美方自己的统计,从GPS和相关卫星技术立项研究,到整套系统全面成熟可用,前后累计投入的经费超过200亿美元。这笔钱花下去,才换来今天GPS在军用和民用两条线上都能稳定跑起来的格局。
美国并非唯一发展出卫星导航技术的大国。2020年,中国发射了完成自主全球导航系统所需的最后一颗卫星,这就是"北斗"系统,其名称源自大熊座中的北斗七星。
有专家表示,北斗正在多个层面对美国GPS构成挑战。在过去的二十年里,中国的卫星导航系统从最初仅覆盖中国本土,发展到覆盖亚太区域,并于2020年实现了全球覆盖。
这是一种极为迅速的进步。回过头看北斗的时间线,中国正式把这套系统提上日程是在上世纪90年代。
彼时全球定位技术几乎被GPS一家垄断,起步阶段的技术、器件、频率资源都要一点点自己去啃。
经过各方面的不懈努力,大约20年后,北斗基本做到了从区域覆盖走向全球覆盖的规模跨越,这样的推进节奏在国际同类项目中并不多见。
北斗不仅被视为军事工具,也被视为一种外交手段。有分析人士称,北斗是北京面向西方发出的独立宣言,这一说法恰如其分地概括了它的意义。
外界所看到的是这样一种明确的表态:中国正在通过建设扎实可靠的基础设施来支撑其军事和国防雄心,同时也向盟友传递出这样的信号——中国具备应对各种潜在威胁的能力。
美国于1978年开始发射自己的导航卫星系统,如今全球共有四大主要的导航卫星系统,包括俄罗斯的格洛纳斯、欧洲的伽利略以及中国的北斗。
北斗是这四大系统中最新加入的一员,而美国的GPS作为最早建成的系统,在很长一段时间内一直是全球用户的首选。
在这份四强名单里,俄罗斯格洛纳斯的处境颇为特殊。
它继承了苏联时期没有完成的研发"遗志",在推进过程中不少关键技术遭到美方封锁,进程也几度停滞。直到2011年前后,俄方才真正把整套系统完整地建了起来,并像美国GPS一样,将格洛纳斯划分为民用与军用两条线,用于满足不同层级的用户需求。
这也就是为什么格洛纳斯的公开定位精度长期维持在1.5米上下,与GPS宣称的0.1米量级还存在一段差距。
当前的GPS星座在距地球约12550英里的轨道上运行,由31颗卫星组成。
这些卫星与一套地面站和天线网络协同工作,用于监测、控制并向星座传输数据。装配了GPS接收器的设备通过跟踪每颗卫星发出的无线电信号,根据信号到达所需的时间来确定用户的确切位置。
设备能"看到"的卫星越多,定位就越精准。也正是在这样一套体系加持下,美方军用信号可以做到亚分米级的高精度表现,民用信号则常年稳定在米级水平。
至于中国的北斗,其在轨卫星规模已达到较为庞大的量级,采用中高轨混合星座的独特架构。
公开数据显示,北斗全球服务的定位精度在10米以内,亚太重点区域可以达到5米甚至更好;在加入地基增强、精密单点定位等服务后,动态精度可以做到分米级,静态测量甚至能够达到厘米、毫米级别。
也就是说,从"能用"到"好用"再到"高精尖",北斗已经把定位精度这道门槛牢牢守在了国际主流水准的第一梯队。
作为最早建成的全球定位系统,GPS存在升级换代的需要也在情理之中。
美国政府一直在推动其现代化,但由于卫星和地面基础设施两方面都出现了技术问题,进度有所拖延。在当前构成GPS星座的31颗卫星中,目前只有6颗属于最新一代的GPS III。
有分析认为,美国目前面临的问题,与其说是中国在技术上占据了巨大优势,不如说是中国在卫星在轨部署方面取得了先机。美方尚未把这些系统送上轨道,而中国已经完成部署。
2008年,洛克希德·马丁公司击败竞争对手波音公司,赢得了首批GPS III卫星的建造合同,合同金额最高达36亿美元,此前许多老一代GPS卫星正是由波音制造的。
洛克希德目前正在依据2018年获得的一份合同制造22颗GPS IIIF卫星,这些卫星将具备更为先进的能力。
整个星座预计在2032年或2033年前后完成现代化改造。相关方面表示,正在持续研究如何引入功能更强的军用信号,以获得更佳的发射功率、精度和抗干扰能力。
GPS III搭载了M码军用信号,抗干扰能力提高了8倍;下一代的GPS III后续型号将在特定区域内把抗干扰能力进一步提升60倍。
面对形势变化,无论是在地面段、用户设备段,还是卫星段,都要保持随时调整的准备,这种灵活性对领先于威胁而言至关重要。GPS民用信号能力的提升也将支撑更多新的应用场景,如人工智能和自动驾驶汽车。
GPS III卫星还将具备更强的搜救功能。作为美国众议院GPS核心小组的联合主席,众议员谢瑞尔一直致力于推动各方持续关注GPS现代化的重要性。
她表示,正因为它无处不在、人人每天都在使用,才更不能因熟悉而生轻视之心,必须持续投入、不断更新,确保这套如今被广泛依赖的系统得到保护、升级,并具备真正的韧性。
有观察人士认为,围绕GPS所面临的问题以及北斗所代表的意义,可以引出一个更宏大的思考:西方究竟希望未来的全球关键基础设施呈现出怎样的面貌?他们是否愿意让其中相当大的一部分掌握在中国手中?
美国GPS凭借数十年积累和200多亿美元的持续投入,把军用精度做到了0.1米级;俄罗斯格洛纳斯突破封锁艰难重建,稳定在1.5米左右的水准。
中国北斗则用20年时间走完从本土到区域再到全球的三级跳,如今公开定位精度已达米级,配合地基增强可下探到分米乃至厘米量级。
这不仅是一组冰冷的数字对比,更是三种发展路径的正面碰撞。
北斗后发追赶所展现出的部署速度和体系韧性,正在悄悄改写全球导航版图的既有规则。未来,随着自动驾驶、精准农业、低空经济等新场景不断涌现,谁能提供更稳定、更精细、更抗干扰的定位服务,谁就能握住关键基础设施的入场券。这场竞赛,才刚刚进入下半场。
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