美國ＧＡＯ對ＧＰＳ的最新評價分析

袁兆紅　王子剛

編者按：5月20日前后，因特網上紛紛出現有關“美國GPS將在2010年癱瘓”的報道。GPS始建于20世紀70年代，該系統于1993年達到初始工作能力；1995年達到全運行工作能力，是目前符合國際民航組織(ICAO)標準的三大主要衛星導航系統：美國的GPS、俄羅斯的GLONASS和歐洲正在建設中的“伽利略”(Gallieo)系統中惟一一個能夠實現全球性、全方位、全天候、高精度、快速實時的三維導航、定位、測速和授時功能的系統，在衛星導航系統中占據壟斷地位。GPS一旦出現問題，不但會對美軍及其盟軍作戰，還將對世界范圍內的商業應用產生重大影響。那么，此報道源自何處?是危言聳聽，還是確有其事?對此，筆者專門找出了原文出處，并對其進行了分析和總結。

2009年5月7日，美國政府問責辦公室(GAO)在關于GPS(全球定位系統)“能否避免中斷服務”問題而舉行的聽證會中公布了一份報告，報告指出，不能確定美國空軍是否能及時采購到新的衛星，保持現有的GPS服務不會中斷。否則，計劃延期和成本超支將使整個系統瀕臨崩潰。此言一出，立刻引起了包括GPS使用者在內的世界范圍的廣泛關注。人們普遍擔心如果GPS的精確性和可靠性不能保證，不但會對美軍的全球快速投送、空中加油，遠程作戰，精確打擊能力等造成嚴重影響，還將對民用航空，測繪、土木工程，空間科學、地球動力學，環境與氣象科學、精細農業，動物保護、旅游休閑等民用領域造成影響。

GAO及其職能

美國政府問責辦公室的英文全稱為“Gover-nment Accountability Office”，其工作內容涉及到對國，內外政府項目的評估、政策分析，財務審計等。其工作目標是檢查政府某些工作的實施效果，對于有些可能出現的具有全國性影響的重大問題，在尚未形成危機之前，向政府和公眾提出警示。因此，GAO的首要任務是提高聯邦政府的績效，確保聯邦政府對議會和美國公眾盡到責任。

GAO的研究成果以報告形式體現，其報告不僅反映聯邦資金是否恰當使用，還包括聯邦項目和政策是否達到了預期目標，滿足了社會需要等。GAO的特點在于它的獨立性和權威性，所提供的研究成果不受任何黨派和團體左右，影響巨大。此次對GPS衛星導航系統的評估是GAO的例行工作。

審查GPS的目的

GAO在其報告中對為什么要對GPS進行審查評估，給出了解釋：“GPS系統用于為全球用戶提供導航、定位和授時，現已成為美國國家安全的基礎設施和國內外公共與商業應用的重要工具……在GPS現代化建設進程中，GAO應對GPS的整體情況進行評價。”“美國政府不允許GPS出現故障，GPS要始終保持領先地位。”此次GAO就GPS衛星采購、與GPS星座息息相關的地面和用戶設備、聯邦機構與其他組織機構間的協調等情況進行了分析評價，并形成了題為：《GPS：在保持和提升其廣泛使用能力中所面臨的巨大挑戰》的研究報告。

發現的問題

雖然GPS現在被廣泛用于民用，但GPS最初是為軍事目的而開發的，現在也仍歸美國空軍管理。美國空軍的任務是要保持GPS星座中有24顆工作衛星在運行，確保在任何時間在地球上任一點的上空都至少有4顆衛星在工作。GAO在其報告中指出，目前GPS星座有不同批次的30多穎工作衛星在軌，近期星座保持至少24顆衛星的概率可達到95％以上，但是預計未來幾年，星座中的一些衛星壽命將要到期，退出服役，GPS星座如果做不到及時發星補網，那么，星座數量就有可能減少。根據GPS衛星現狀和2009年3月最新衛星發射計劃，預計到2010年，星座24顆工作衛星維持概率將低于95％，這種情況將持續到2014年底，期間，有一個階段甚至降至80％。對此，GAO還專門給出了2008—2023年問保持滿足全工作能力的24顆衛星概率圖。

這30多顆在軌工作的GPS衛星主要是第二代的GPSIIA、GPSIIR和GPSllR—M系列；GPS衛星星座組成及發展情況下表。最后兩顆等待發射的GPSIIR—M現代化衛星中，有一顆預計能在2009年8月升空，那么GPS今后建設的重點是GPSIIF和GPSIII的研發。這次GAO就將研究重點放在尚未發射的GPSIIF和正在研發的GPSIII項目上。此外，在對地面設備的審查中，GAO也發現了一些問題。

GPSIIF

GPSIIF項目拖延。在GPSIIF衛星的研發過程中，出現了發射延期和預算超支的狀況。承包商波音公司稱，發射延期是由必要的設計改變引起的。雖然主要工作現已完成，但首顆IIF衛星預計還要拖到2009年11月發射，這比原計劃推后了三年。GAO認為，GPSIIF衛星的延期發射是幾年后GPS星座中衛星的更新速度可能跟不上衛星退役的速度的主要原因之一。

GPSIII

GPSIII的建設現狀不容樂觀。GAO稱，主要的風險還來自于下一代GPSIIIA衛星，雖然洛克希德馬·丁公司正在加緊建造該衛星系列，但是GPSIIIA也推遲了類似的時間。目前GPSIIIA衛星的首發時間預計改到2014年。

GAO認為GPSIIIA未能按期交付的主要原因有三：其一，計劃起步晚。該計劃原定2007年8月開始，但2008年5月美軍才正式將GPSIIIA合同正式授予洛克希德·馬丁公司，致使首顆衛星發射計劃拖延。其二，研制周期短。此次從合同授出到所要求第一顆衛星的發射時間比其他重點空間項目都要短，使研發人員面臨時間緊、任務重的挑戰。其三，不是簡單的重復性工作。盡管開發商先前有開發GPS的經驗，但空軍要求開發商要研發更大的衛星平臺，以便滿足另外的建設需求，同時要把新的軍用信號功率增加10倍，因此，GPSIIIA不是簡單的對GPSIIF的復制。

地面設備

地面設備與空間衛星發展不同步。為了使GPS效益最大化，地面設備，用戶設備與空間衛星的交付及能力的形成應當同步。GAO審查發現，由于分散管理致使在GPS建造過程中存在著地面設備、用戶設備與空間衛星的建設不同步，有重衛星，輕地面的現象。研究發現，空間衛星有時往往先于地面設備數年，這使用戶沒能及時享用新衛星所帶來的優勢。GAO在報告中指出，能播發第二個民用信號的GPSIIR—M衛星發射于2005年，但遺憾的是，能夠運行第二個民用信號的地面設備卻要等到2012或2013年才能使用，使衛星整體能力的形成足足滯后了7—8年。

造成問題的原因

在應對歐洲“伽利略”衛星導航系統的興建和俄羅斯GLONASS衛星導航系統快速復蘇挑戰的過程中，美國的目的非常明確：要確保GPS的先進性。其實，美國早在1999年就啟動了“GPS現代化”計

劃，GAO在報告中不但指出了GPS現代化建設升級改造過程中存在的問題，還指出了造成問題的原因，歸納起來主要有以下幾點。

其一，技術難題和成本超支。造成GPS[IF計劃拖延的重要原因之一是由于技術問題。如去年，在熱真空測試階段，用于向用戶發射導航信息的發生器出現故障，致使測試終止，開發商不得不停下來查找原因解決問題。此外，還有推進劑油管溫度控制、定位反作用裝置等方面的問題。解決這些技術問題不但要花費時間，同時還加大了成本。如衛星用于精確控制姿態的反作用裝置在其他在軌衛星中曾出現過故障，這次需要重新設計，僅此一項就為項目增加了1000萬美元的成本。以上這些因素，使GPSIIF項目成本從原來預計的7.29億美元上升至8.7億美元，首顆_GPSII衛星的發射時間比原計劃拖延了3年。

其二，多頭管理。現在的GPS領導部門包括美國防部長辦公室、聯合參謀部、空軍等多家組織和機構。這使得GPS項目的領導工作分散，職責有時混亂。

其三，需求改變。為了滿足競爭需要，應對挑戰，在GPS發展中出現過大的需求改變。如，在GPSIIF研發工程中，美空軍不斷增加需求，如提出要加速將軍民信號分開的需求。新需求導致技術難度加大，必然使項目拖延。此外，還包括制造商兼并改組等客觀原因。針對上述情況，GAO在報告中特別提出建議，希望國防部長能指定一個惟一機構監督檢查包括空間、地面和用戶設備在內的整個GPS系統，并使GPS空間、地面和用戶設備同步協調發展。

結語

美國不會讓GPS癱瘓!因為美國對于GPS發展戰略的基本思路早已非常明確：確保其軍事使用的優先權及其在衛星導航領域中的核心地位；同時又決不放棄任何從巨大的民用市場中獲得經濟和政治利益的可能性。作為一個發展歷史長，現代化建設任務重、競爭壓力大的巨大工程，一路走來，沒能順風順水，也是正常的。對于GAO的這份報告，美空軍表示，他們會積極準備，努力尋求解決問題的辦法，力爭把風險降至最低。具體的舉措包括：延長現役衛星的使用壽命；關閉衛星的其他功能；重新激活一些老衛星；發射小衛星：采取羅蘭系統備份等其他選擇方案解決問題。雖然世界各地關于GPS即將癱瘓的報道是斷章取義，夸大事實，但它也為我們在經費投資大、管理機構眾多、研制周期長的重大科研項目的研發與管理上提供了警示與借鑒。