激动:中国军队全球精确打击时代即将来临

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有专家表示,二代北斗卫星系统部署完成后,中国将具备“资讯化战争”能力,能对小区域、小目标发动“点穴战式”精准攻击,如透过卫星引导,从潜艇或远程轰炸机发射巡航导弹,摧毁机场、港口等军事设施。


明年发射嫦娥一号


据中新网报导,新公布的白皮书指出,过去五年间,中国自主研制的“长征”系列火箭连续24次发射成功,包括神五、神六两次载人太空任务,并发射 22颗不同类型的人造卫星,发展成六大卫星系统,其中包括第一代的北斗卫星导航系统。至于未来的五年航太计划,包括明年将发射“嫦娥一号”环绕月球一周,后年则更进一步实现让太空人在太空漫步。最受瞩目的北斗卫星计划上,中国将在2010年完成第二代部署。第一代北斗卫星系统只有2颗工作卫星和1颗备用卫星,覆盖范围仅限于中国本土,效率和精确度远不及美国的全球定位系统(GPS)。


将撼动美独霸市场


北京清华大学一位参与该计划的教授透露,第二代北斗卫星系统包含4颗同步卫星、12颗中轨道卫星和9颗高轨道卫星,自去年夏天发射第一颗卫星,今年年底开始组网,4年内完成部署,形成一个覆盖全球的庞大卫星网。外界认为,二代北斗卫星的部分尖端技术可能取自欧盟的“伽利略”卫星计划,性能上接近 GPS,一但部署完成,将撼动美国独霸全球卫星导航商用市场的局面,并大幅提高解放军的精准打击能力。


全球第三卫星导航系统


北斗卫星是中国自行研发的卫星定位通信系统(CNSS),是继美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后,第三个趋于成熟的卫星导航系统。


第一代北斗卫星共有3颗卫星,于2000年开始发射,其精度达数十公尺,但前2颗目前仅余2年寿命。第二代北斗卫星自去年夏天开始发射,预计在今年年底组成一个集4颗同步卫星、12颗中轨卫星和9颗高轨卫星的庞大网系,不但能覆盖全球,精确度也将大幅提高。


北京卫星的战略应用


本文编译自英国《简氏情报评论》2003年10月号,作者杰弗里·费登(Geoffrey Forden)原为联合国监督、检验及核查委员会下属的的多学科分析中心主任,现为MIT安全研究项目的高级研究科学家。在本文中,他全面探讨了中国导航卫星系统的效能,并分析了该系统在增加中国战略导弹精度方面的潜在作用。

随着2003年5月24日第三颗北斗-1号卫星的发射升空,中国宣称它已经建立了一个由三颗导航卫星组成的卫星体系。前两颗分别于2000年 10月31日和12月21日发射升空。“北斗”卫星系统与美国的全球卫星定位系统(GPS/NAVSTAR)和俄罗斯的全球导航卫星系统 (GLONASS)以及欧洲计划中的“伽利略”系统有很大的区别。它是由三颗地球同步轨道卫星组成,覆盖范围只能以地区为基础,而不像其它系统具备了全球覆盖能力。


作者认为,近年来中国一直在采取渐进的步骤发展空间导航卫星系统。它所宣称的第一颗导航卫星,也就是北斗-1A号于2000年10月30日发射升空,卫星定位于东经140度的地球同步轨道,大约在新几内亚岛上空,这也是处于整个星座最东面的一颗工作星。两个月后的12月20日,中国又发射了第二颗地球同步导航卫星——北斗-1B号,它位于东经180度印度洋中部上空。在近两年半的时间里,它们构成了中国仅有的导航卫星,直到第三颗卫星的发射升空。北斗-1C号属于导航定位系统的备份星,它位于东经110.5度,处于前两颗工作星的中间,与前两颗一起组成了中国自己完整的卫星导航定位系统。在相隔两年半的时间里中国才发射第三颗卫星,看起来中国很可能利用了这段时间来测试卫星电子设备和熟悉系统的操作。


通常,导航卫星的位置对于确定用户和卫星的距离以及此后的位置非常重要。这三颗卫星众所周知处于地球同步轨道,它们位置的变化对于导航的影响是巨大的。在卫星工作的这段时间里,北斗卫星的经度偏差一直保持在加减0.1度,这也是国际电信联盟所提出的标准范围,在地球同步轨道的高度上,这个偏差与地球的对应值为150公里。每经过大约一个月,当负责保持卫星在轨位置的发动机点火期间,这种经度变化就会发生一次。因此,每日的变量相对要小,只有2 至3公里。


然而,由于存在着卫星轨道赤道倾角以及卫星轨道并不是真正的圆形,所以地球同步卫星每天在轨道的位置也是有变化的。前两颗卫星的轨道赤道倾角为0.06度,对应每天南北方向50公里的差额,最新的第三颗卫星轨道赤道倾角大约0.014度。倾角的不同是由于太阳和月亮(以及地球不是一个真正的圆球形状这样一个事实)在过去两年半时间中对前两颗卫星的辐射压力所致,最后,地球同步卫星轨道并不是真正的圆形,每天会引起40公里的径向偏差。


所有这些偏差,在距离地面35000公里的轨道看起来微不足道,但在定位方面如果不对参数修正的话却能引发巨大失误。现有以卫星为基础的导航系统通过向用户播发当前轨道参数及授时信号解决这类问题,然后用户计算出精确卫星位置用于自己位置估算。看起来中国“北斗”系统很可能使用的是同样的工作原理。


◆ 系统精度的估算


卫星系统的用户可以测算出自己在地球上的位置,如果他知道自己与三颗卫星或更多卫星之间的距离的话。估算的精确度取决于一系列因素包括电子设备的精度、信号穿越大气层的影响以及已知的卫星位置到底有多精确和其几何排列的顺序。


使用更多的卫星可以增加位置估算的精度,然而如果卫星广泛地分布于用户的上空也可以增加定位精度。实际上四颗卫星就也可以取得理论上的最大定位精度,这就要求其中三颗要均匀地分布在水平面上。换句话说就是以120度为间隔,第四颗卫星位于用户的正上方。从这种最佳几何排列中移动任何一颗卫星都将降低用户定位的最佳精度。


由于“北斗”卫星导航系统总共只有三颗卫星在轨,因此就要求用户装有一台高精度原子钟。或者其它的必要条件也行,如用户处于海平面位置,这种条件使得该导航系统除了用于舰船导航之外在陆上几乎毫无用武之力。由于在这种情况下即使没有卫星导航也可以得到一个合理的定位精度,因此本文在此不予具体论述。我们将假设用户携带了一只作工粗糙的小型高精度时钟或是一台同步的价格不贵误差也不是很大的时钟。


近年来原子钟越来越普及,中国肯定已经将或是自己制定或是购自国外的高精度时钟安装在导航卫星上了。不管怎么样,虽然我们对中国的一个步兵排甚至是一辆坦克能否在野外成功地操作这一装置持怀疑态度,但是我们绝对有理由相信中国的飞机能够携带原子钟并做到时钟与卫星的同步化,以此来确保导弹发射后数分钟时间里所最必需的精度。


卫星的几何排列,就像用户所看到的,在决定系统的精确度方面起着非常重要的角色。中国位于地球同步轨道上的三颗卫星远远没有达到最佳化的几何排列。如果用户靠近赤道的位置,这三颗卫星看起来就像是从头顶穿过的一条直线。这种几何排列虽然能够很好地决定经度,但在测量纬度或高度方面却存在着很大的缺陷。实际上在赤道平面上,美国的GPS系统测量经度的精确度要比北斗卫星强一千倍,这个比较是建立在假设两个系统都存在着电子设备、大气失真及其它来源所引发的相同的误差基础之上的(另外,用户的原子钟不可避免也存在着误差,除非也像卫星上安装的原子钟一样经常进行数据更新,在此我们不予考虑)。因此,北斗星座的用户在赤道上测量纬度的误差范围至少是一个东西10米、南北3000米的大椭圆。同样,在高度的测量方面,美国的GPS系统精度也要超出中国10倍。


当用户向北方移动时,纬度和高度的精确度实际上在某种程度上得到了改善,这是因为北斗星座的几何排列看起来更加合理一些。当用户越向北前进,卫星看起来越靠近水平线,也就是说星座越逼近它的最佳几何排列。台湾台北的一个用户使用该系统时,经度精确度大约10米,而纬度精度大概只能有100米左右了。虽然这比赤道附近的用户有了极大的改进,但要想靠这种精度制导航空炸弹却还远远不够。用户越往北,精度就会增加,直到北纬80度线,在那里“北斗一号”卫星系统的经度测量精确度可以与GPS系统相媲美。这个比较也是建立在两个系统存在着所有其它来源误差相同的假设基础之上的。更加有趣的是,如果用户所处的海拔高度增加上百公里,那么系统在北纬地区的精确度还会随之相应增加。


◆ 未来的改进?


中国国家航天局已经宣布,“北斗”卫星系统的精度并不能满足绝大多数的陆上用途,包括铁路和公路运输,而且肯定也不会为其所接受。然而,中国很有可能继续发射卫星以充实目前的星座数量,来获取可接受的精度。如果中国希望继续发展这一地区性导航系统,一个方法就是向所谓的“闪电”轨道再发射另外 4颗卫星。“闪电”轨道指的是一种大椭圆轨道,范围从近地点高度的1000公里到远地点高度40000公里,卫星运行周期为12小时。入轨时卫星的轨道倾角大约63度,这样可以防止卫星向东或向西漂移出轨道。保持4颗这样的卫星将确保用于导航目的时至少有一颗卫星处于最佳位置。


如果这样一个附属星座加入到“北斗”系统,它仍然是一个区域性卫星导航系统,精度也只有GPS/NAVSTAR系统的二分之一或三分之一。然而这样用户却再也没有必要随身失事携带原子钟了,因为用户在任何时候它都可以接收到4颗卫星发射出的信号。尽管中国肯定已经具备了将这种卫星送入“闪电” 轨道的能力,但它以前却没有这样做过。考虑到中国在发展武器系统方面一贯深思熟虑的作法,估计中国首先可能会入轨一颗单独的北斗卫星,然后经过一段时间对这颗卫星的多种功能进行测试,例如高度控制-保持卫星的一个表面始终朝向地球,而太阳电池板的表面则指向太阳,以及对卫星在这种大椭圆轨道上进行至少一年的位置保持和跟踪。只有当时机成熟时,中国才会将另外3颗卫星送入“闪电”轨道。


作者认为,对于中国来讲,高度控制和轨道位置保持这两个环节才是操纵“闪电”轨道卫星最困难的事情。就像上文所提到的,导航卫星的运行轨道必须非常精确,否则轨道测量的任何失误都将对用户定位产生直接而巨大的影响。


地面控制站可以利用多种方法测算出地球同步卫星更加精确的轨道位置。通过向卫星发射定时信号,然后接收应答信号,这样就能很容易地算出卫星的径向距离,另外采用“波瓣”技术-在两张坐标稍有不同的天线方向图上测量无线电相对往返的过程,也能够得出卫星的角位置。毫无疑问,中国在过去两年时间里一直在发展这两种技术,但是要测算“闪电”轨道卫星的位置,中国还须要做出更大的努力,采取新式不同的操作技巧。


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