1 背景
自1995年全面投入運(yùn)行以來(lái)，在長(zhǎng)達(dá)20年的時(shí)間里，美國(guó)空軍保證了GPS運(yùn)行的連續(xù)與穩(wěn)定，保證了GPS系統(tǒng)高精度定位、導(dǎo)航與授時(shí)(PNT)服務(wù)的可用性，鞏固、提升了美國(guó)在全球PNT領(lǐng)域的領(lǐng)先與主導(dǎo)地位，提升了美國(guó)的全球影響力，催生了至今仍由美國(guó)主導(dǎo)并占據(jù)領(lǐng)先地位的全球衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。美國(guó)國(guó)家天基PNT執(zhí)行委員會(huì)的研究表明，僅2014年美國(guó)GPS商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益就高達(dá)676億～1224億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了GPS系統(tǒng)研發(fā)、維持、發(fā)展的投入(至2014年GPS系統(tǒng)的總投入約370億美元)。然而......
2 采購(gòu)計(jì)劃調(diào)整與未來(lái)星座更新補(bǔ)充計(jì)劃
采購(gòu)計(jì)劃的調(diào)整
至2016年2月，美國(guó)空軍已經(jīng)完成了12顆GPS-2F衛(wèi)星的發(fā)射，完成全部GPS-2A衛(wèi)星的替換。目前，GPS星座在軌衛(wèi)星32顆，30顆提供導(dǎo)航服務(wù)，第12顆GPS-2F衛(wèi)星處于測(cè)試狀態(tài)。同時(shí)，美國(guó)空軍已經(jīng)簽署了前8顆GPS-3衛(wèi)星的采購(gòu)合同，此外第9、10顆GPS-3衛(wèi)星的采購(gòu)方案已經(jīng)獲得了美國(guó)政府的批準(zhǔn)，第11～32顆GPS-3衛(wèi)星的采購(gòu)活動(dòng)計(jì)劃于2016年初啟動(dòng)，首先開(kāi)展設(shè)計(jì)成熟度審查與風(fēng)險(xiǎn)降低活動(dòng)，研發(fā)合同預(yù)計(jì)在2018年授出。依據(jù)已經(jīng)簽署的采購(gòu)合同，第1～8顆GPS-3衛(wèi)星將分別在2016～2020年具備初始發(fā)射能力......
2014、2015財(cái)年GPS-3衛(wèi)星采購(gòu)計(jì)劃對(duì)比
調(diào)整前、后采購(gòu)計(jì)劃的對(duì)比表明，美國(guó)空軍放慢了GPS-3衛(wèi)星的采購(gòu)步伐，2015-2018年間的衛(wèi)星采購(gòu)數(shù)量從2014財(cái)年的10顆減少至2015財(cái)年的8顆，顯然這將對(duì) 未來(lái)GPS系統(tǒng)星座的更新、補(bǔ)充構(gòu)成影響。這也是引發(fā)美國(guó)國(guó)會(huì)、GPS應(yīng)用團(tuán)體廣泛擔(dān)憂的重要原因。
未來(lái)星座更新、補(bǔ)充計(jì)劃
按照《GPS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)性能標(biāo)準(zhǔn)》，美國(guó)應(yīng)保證GPS系統(tǒng)24軌位基線星座衛(wèi)星可用性超過(guò)95%的要求。為此美國(guó)空軍航天司令部每年編寫一部“PNT功能可用性報(bào)告”(FAR)，發(fā)布發(fā)射與預(yù)算計(jì)劃和星座維持的設(shè)想?！禛PS系統(tǒng)星座更新、補(bǔ)充》報(bào)告給出了2014-2024年GPS系統(tǒng)星座更新、補(bǔ)充計(jì)劃。
2014-2024年GPS衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃與該計(jì)劃下GPS系統(tǒng)星座的可用性
按照該計(jì)劃，2015年至2016年初，美國(guó)空軍已經(jīng)完成了最后4顆GPS-2F衛(wèi)星的發(fā)射;首顆GPS-3衛(wèi)星計(jì)劃于2016年底至2017年初發(fā)射;而GPS-3衛(wèi)星的正式發(fā)射將在2019年啟動(dòng)。美國(guó)空軍認(rèn)為，2019年正式啟動(dòng)GPS-3衛(wèi)星的發(fā)射計(jì)劃(不包括首顆GPS-3衛(wèi)星的發(fā)射)，以每年大約2顆的速度發(fā)射GPS-3衛(wèi)星，即可滿足24軌位基線星座可用性超過(guò)95%的要求，并將這種能力延續(xù)至2033財(cái)年。
可以看出，美國(guó)空軍計(jì)劃在2024年底前完成14顆GPS-3衛(wèi)星的發(fā)射，按每年2顆的發(fā)射速度，32顆GPS-3衛(wèi)星的發(fā)射可延續(xù)至2033年，也就是說(shuō)GPS現(xiàn)代化計(jì)劃完成的時(shí)間將從2025年左右推遲至2033年。
3 新發(fā)射計(jì)劃下的GPS系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展分析
GPS-3衛(wèi)星與新一代運(yùn)行控制系統(tǒng)的拖延對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了潛在威脅
按美國(guó)空軍的發(fā)射計(jì)劃，2016-2018年的3年間將只發(fā)射2顆衛(wèi)星(第12顆GPS-2F和首顆GPS-3衛(wèi)星)，用于星座的更新、補(bǔ)充;同時(shí)，新一代運(yùn)行控制系統(tǒng)-1最早在2018年10月投入運(yùn)行，因此即使2016年底前完成首顆GPS-3衛(wèi)星的發(fā)射，2018年10月前該衛(wèi)星也不能投入服務(wù)。也就是說(shuō)在2016年初，第12顆GPS-2F衛(wèi)星發(fā)射并投入運(yùn)行后，在長(zhǎng)達(dá)近3年的時(shí)間內(nèi)，GPS系統(tǒng)星座得不到真正意義上的更新與補(bǔ)充(即使GPS-3衛(wèi)星以地面?zhèn)浞莸姆绞酱嬖?，但因GPS系統(tǒng)運(yùn)行控制段在2018年底前不能支持GPS-3衛(wèi)星的運(yùn)行，不能改善GPS系統(tǒng)的服務(wù))。
而就當(dāng)前星座衛(wèi)星狀態(tài)來(lái)看，第12顆GPS-2F衛(wèi)星發(fā)射、入軌后(2016年2月5日發(fā)射)，替換了最后1顆GPS-2A，使星座狀態(tài)有所改善，但仍有13顆衛(wèi)星(12顆GPS-2R衛(wèi)星和1顆GPS-2RM衛(wèi)星)處于超期服役狀態(tài)......
GPS-2F 衛(wèi)星
GPS-3衛(wèi)星
雖然，根據(jù)以往GPS衛(wèi)星在軌工作的實(shí)際情況，特別是過(guò)去10余年間，GPS-2R/GPS-2RM衛(wèi)星表現(xiàn)出了良好的性能和優(yōu)異的可靠性，但這并不表明在未來(lái)3年左右的時(shí)間內(nèi)上述衛(wèi)星是完全可靠的。因此，GPS-3衛(wèi)星和“運(yùn)行控制系統(tǒng)”的拖延已經(jīng)對(duì)GPS系統(tǒng)星座正常的更新、補(bǔ)充造成了嚴(yán)重影響，對(duì)GPS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與服務(wù)的可用性構(gòu)成了潛在威脅。
降低成本是GPS系統(tǒng)維持和發(fā)展必須面對(duì)的重要課題
隨著性能、功能的不斷提升和增加，GPS衛(wèi)星的成本也在不斷增長(zhǎng)。同時(shí)，衛(wèi)星與運(yùn)行控制段研發(fā)的拖延同樣造成系統(tǒng)發(fā)展成本的不斷上升，也是影響GPS系統(tǒng)維持、發(fā)展成本的重要因素。不論是美國(guó)空軍在《GPS系統(tǒng)低成本解決方案》中提出的“一箭雙星”發(fā)射、研發(fā)GPS小衛(wèi)星等方案，還是在《GPS系統(tǒng)星座更新、補(bǔ)充》中提出的調(diào)整GPS-3衛(wèi)星采購(gòu)與發(fā)射計(jì)劃，都在試圖降低GPS系統(tǒng)的維持與發(fā)展成本，在保證GPS系統(tǒng)服務(wù)可用性的同時(shí)，保證GPS系統(tǒng)維持、發(fā)展的可持續(xù)性。因此，降低成本已經(jīng)成為GPS系統(tǒng)維持、發(fā)展必須面對(duì)與解決的重要課題。
與GPS-3衛(wèi)星的研發(fā)相比，“運(yùn)行控制系統(tǒng)”研發(fā)的拖延更為嚴(yán)重，其關(guān)鍵能力的交付時(shí)間已經(jīng)推遲了4年。美國(guó)國(guó)會(huì)問(wèn)責(zé)署的調(diào)研表明：造成“運(yùn)行控制系統(tǒng)”計(jì)劃嚴(yán)重拖延的主要原因包括：計(jì)劃調(diào)整、遠(yuǎn)高于預(yù)期的軟件缺陷水平和由此造成的重大返工與代碼增長(zhǎng)。美國(guó)國(guó)會(huì)問(wèn)責(zé)署將產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因歸結(jié)為：對(duì)“運(yùn)行控制系統(tǒng)”技術(shù)復(fù)雜程度與工作量的認(rèn)識(shí)不足或嚴(yán)重低估。
如果，“運(yùn)行控制系統(tǒng)”的研發(fā)再度發(fā)生拖延，導(dǎo)致運(yùn)行控制系統(tǒng)-1不能在2019年初之前投入運(yùn)行，GPS系統(tǒng)將面臨更大的威脅。（文|劉春保）
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