美國強調GPS的脆弱性研究又把矛頭指向中俄

2019-11-29     上海科普

最近美國官方的兩份報告強調了有空間能力的對手對GPS構成威脅。美國參議院情報事務特設委員會1月30日發布的《全球威脅評估》和國防情報局新發布的《太空安全挑戰》都認為中國、俄羅斯和其他有空間開發能力的國家,均具備破壞GPS星座或中斷其信號的可能性。

從左至右所示為美國導航技術衛星(NTS-1、NTS-2、和NTS-3)圖形

基於對GPS這些風險的擔憂不斷增加, 以及地區干擾或欺騙的有害事件日益頻繁發生, 美國政府的組織機構都在著重研究如何解決GPS脆弱性(漏洞)問題, 並尋找在沒有GPS可用情況下如何解決提供精準時空信息的運作方法。

為開發和測試更過硬的導航衛星和增強系統的技術, 美國空軍研究實驗室(AFRL)與空間和飛彈系統中心(SMC)正在研製一個稱為導航技術衛星三號(NTS-3)的在軌試驗平台。NTS-3將用於展示技術和新的運作概念, 包括實驗天線、靈活和安全的信號、提高自動化程度和利用商業化的地面資產。哈里斯公司 (Harris Corp.) 在去年年底被認定為主承包商, 預計該太空飛行器將於2022年發射。

「國防戰略告訴我們, 必須發展國家的定位、導航和授時能力, 讓其更加具有堅韌性」。AFRL空間飛行器總監埃里克·費爾特上校作如是說。「NTS-3 全部是關於堅韌性的, 我對我們的SMC、AFRL和 Harris 團隊的堅韌性實驗感到無比興奮, 他們將能夠利用NTS-3 進行創新,和靈活的硬體、軟體和波形測試」。

雖然這項研究正在進行中, 但空軍正在研究如何升級現有系統。一段時間以來, GPS管理局一直在研究如何能夠利用新的軍碼(M-碼)實現接收機卡的升級與替換。三個承包商—L3 技術公司、雷神航天和機載系統公司以及羅克韋爾·柯林斯--正在開發這些接收機卡, 並準備在測試就緒後直接提供有益的服務。美國空軍也與Northrop Grumman 和 霍尼韋爾國際公司合作, 通過 EGI-M計劃 (嵌入式GPS /慣性導航系統現代化) 對現有導航硬體進行升級。空軍最近向Northrop Grumman 提供了 5, 900萬美元, 用於工程和製造研究開發。霍尼韋爾獲得了 8, 000萬美元的改造費, 以擴大他們在平台現代化、系統集成和其他與EGI有關的工作, 包括涉及外國軍售的工作。

此外,美國DARPA至少有兩個與定位、 導航和授時 (PNT) 相關的項目正在進行中, 並正在尋求更多的項目。正在開發的精準彈藥魯棒慣性制導 (PREGM)計劃,其目的是研發在GPS拒阻環境中加以使用的慣性傳感器技術。目標是為高性能慣性傳感器確定有發展前景的技術, 這些傳感器可用於極端環境下的長期任務。PRIGM的研究人員將研究微機電系統 (MEMS) 平台和先進的慣性微傳感器, 用於未來的硬武器、高帶寬、高動態範圍、無GPS條件下的導航制導。在競爭環境中的空間、時間和指向信息計劃(STOIC),正在開發提供GPS級別或更好性能的備份裝備。DARPA指出: 「STOIC包括三個技術領域, 一是使用極低頻 (VLF) 信號提供地固導航;二是基於DARPA的QuASAR (量子輔助傳感和讀數) 計劃開發的技術部署光學時鐘;三是精確的時間傳輸和數據鏈路上的測距。這些技術的系統集成有可能提供獨立於GPS的全球PNT服務」。

DARPA最近完成了一次技術建議徵集, 希望這些建議可以幫助解決從簡樸、偏遠到密集特大城市等多種多樣環境中的衝突對抗。該機構的戰略技術辦公室正在尋求相關技術, 包括PNT的創新, 期望能夠解決從高度競爭激烈的部隊衝突到模糊、複雜的 「灰色地帶」衝突等各種各樣激烈程度的衝突。根據其Blackjack Pit Boss計劃,DARPA正在尋求開發和演示在低地球軌道上構建全球高速網絡架構的技術。目標是實現「高度網絡化、堅韌性和持久性的DOD有效載荷,在全球範圍內地面、地表和空中域內持續保持」。DARPA並非一個小代理機構,它還有一個開放式計劃,其目標是為正在進行的微系統技術辦公室計劃或其他已發布的請徵求項目所要解決的主題,找到「革命性的研究思路」。

在2018年最後幾天,進行了GPSIII的會戰,報告了GPSIII這一批代的第一給空間飛行器發射情況。這代表GPS發展的一個新階段已經開始, 發射衛星的火箭,其熊熊燃燒的路徑預示著為全人類建立起來一座新的高高聳立著的"空中燈塔"。回首遠望,其他一些新的PNT衛星來自何方?人們試圖在這個問題上記錄它們的全部, 實際上是目不暇接,掛一漏萬。多年來, 一直在談論銥星(iridium)星座, 這是一個低地球軌道通信網絡, 也可以提供授時服務,並有利於在城市環境中實現信號接收,從而提高精準度。如果不是今年1月剛剛又發射了 1 0 顆衛星, 使得銥星第二代星座總數達到 7 5 顆,實際上這類新聞不過是老生常談。而值得我們繼續討論真正的新消息,那就是上面提及的屬於GPS家屬的導航技術衛星三號(NTS-3)。

當然,衛星導航系統在空間的應用正在日新月異的發展著。查看最近甚囂塵上的低軌衛星網絡種種,其中包括有Spire星座(72顆星),搭載伽利略信號接收機,為氣象界提供GNSS無線電掩星產品。它們不可能是針對直接用戶的PNT,但它們是衍生物。再瀏覽一下,會發現最新的Hawkeye 360編隊飛行探測器,旨在探測和地理定位射頻(RF)信號,並將這些數據用於搜索和救援以及商業海上作業。事情還遠未到此為止,進一步瀏覽空間行星,會看到所謂麵包(BreadLoaf)衛星, 目前其數量達到300餘顆,未來會更多, 每天會提供120萬張高解析度地球圖像, 用於農業、國防、 測繪和GIS, 以及其他若干行業。如果說一組衛星是一個星座, 你叫一組星座又叫什麼? 如果人們要效仿天文學的做法, 其適當的技術術語是為小行星群。不過, 稱其為星系會更容易理解。而當前,這種所謂星系似乎是種時髦的玩意兒。但是,在航天領域,真正的星座是從衛星導航系統,也就是從GPS開始的。而現在不管是通信、導航、遙感、氣象等哪一個星座管理,都離不開衛星導航系統。這就是衛星導航系統關鍵、基礎、共性技術的意義,時空服務的本質性。

為什麼美國總是抓住中國和俄羅斯不放,實際上就是所謂的「懷璧其罪」。因為你有這個能力,而且威脅到其霸主地位,所以總想折騰你。那我們就應該更加努力地集中精神頭,披荊斬棘,勇往直前,群策群力,不斷創新,戰無不勝地前進。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/5CJ1um4BMH2_cNUgy5jk.html