曹冲:30年或者50年后卫星导航是什么模样?

2018-10-25 08:57:44来源:北斗新时空工作室

  现在是信息爆炸和知识爆炸时代,与上世纪相比,信息数量增长不可同日而语,现在是两年就翻一番。技术进步的速度有点突飞猛进的味道。所以,这个问题,不是那个轻而易举地能够回答清楚的。
 
  10多年前,在论证北斗区域和全球系统的时候,我就说过,卫星导航产业的生命周期,至少还有50年。这是因为恁大的一个系统,其建设周期要十几年,甚至二十余年。投入资金通常要一百多亿美元,每年的运营维持费,一般需要10多亿美元。关键是这样的高技术系统,它所提供的时空参量信息,既是信息服务的重要内容,又是信息服务的工具手段,是实现智能化信息服务的关键要素。卫星导航系统利用数十颗卫星,便能够实现全球化覆盖,全天候服务,实时性操作,高精度定位、导航、授时,这是其它手段难于达到的高科技目标,是重大关键技术先进性、引领性作用的明显体现。
 
  最近,许多人已经关心2020年后,北斗/GNSS系统会出现什么样的演变进程,泛在定位、导航、授时的发展会让卫星导航进入什么样的状态?导航与通信的融合会真正的走到一起吗?30年或者50年后,卫星导航又是什么模样?这些问题,看上去似乎很遥远,实质上是非常现实的事情。导航与通信在某种程度上而言,是个孪生兄弟,已经走到一起,而且其发展形势也业已箭在弦上。智能手机中的芯片,已经将两者进行一体化设计,成为行业的一种流行风尚。
 

 
图1. 648颗卫星组成的ONE WEBB星座图2. 4000余颗卫星组成的SpaceX星链星座
 
  近年来,低轨通信卫星热闹非凡,从二代铱星开始,出现One Webb卫星系统,一下子就要发648颗卫星上天,以期形成经济实惠的全球接入的天基互联网,2018年10颗卫星升空,在2022-2027年间完成系统布设,逐步提供服务(如图1)。图2所示,是Space X的星链(Starlink)星座的示意图,该星座有4000多颗卫星组成,其目的是建立全球宽带互联网。除开这两种全球卫星通信网设想,现在已经形形色色方案成风,让人目不暇接。国内在商业航天的口号声中,也有若干个星座在策划规范和部署实施。所有的星座,多多少少均把卫星导航捎带上,但是也都是羞羞答答,没有正面出击,而是以增强的概念说事,这里有一点是靠谱的,因为GNSS存在的脆弱性难题,需要增强系统支持,需要确保GNSS服务的完好性,估计2023年GNSS接收机的高级自主完好性监测(ARAIM),可以达到商用化程度,低轨星座可以作为星基增强系统(SBAS)加以应用,中地球轨道的GNSS与低地球轨道的通信卫星(定位)信号的组合,可以解决精密单点定位(PPP)中的整周多义性求解难题,能够大大缩短信号处理过程中的收敛时间,使得PPP基本上达到可以实时动态应用的水平。这对于发展包括无人机、无人船和无人驾驶汽车在内的无人系统,显然是一种重大福音。当然,第二代,或者第三代SBAS的推广应用,其最大的受益者是航空,有人提出问题是2035年后,SBAS是不是还会那么吃香!目前看来,谁也无法回答清楚这样的问题。但是,这实质上是对于现如今那么多低轨卫星能够发挥增强作用的一种质疑。
 
  天上的卫星通信系统那么热闹,但是其作用与地面的5G系统的部署实施相比,那就天上、地下会来个大翻个儿。5G在某种程度上说是真正意义上的一场移动革命,它体现了导航与通信的融合,带来了许多新的关键使命型服务和定位应用。在主要目标中,其中可找到使用毫米波和小型蜂窝的物联网(IoT)和超快速增强型移动宽带。在许许多多新兴应用中,我们将可能看到GNSS / 5G的杂交和混搭,或者说是融合发展。
 
  在天基地基融合、通信与导航融合中,我们更进一步地看到,商业航天的未来,现在已经是商业和民营资本进入航天的时代,产生了一个所谓新航天时代,会让人们更加多快好省地应用航天技术,为大众、为国民经济服务。当然,要求不能一哄而上和一哄而散,不仅仅是停留在炒作概念上,更不是满脸长牙,单靠一张嘴,而是脚踏实地地把事业真正做成实事,做成产业,造福社会与人类。

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