还好我们独立搞北斗,伽利略四年导航三次,美国原子钟成了问题。
要了解伽利略导航系统这次故障的严重性,就要从全球定位系统的基本原理说起。由于导航卫星的轨道是相对固定的,导航系统可以随时确定卫星相对于地球的位置。众所周知,定位信号在地球上传播需要时间。我们可以根据定位系统同时接收到卫星信号的时间差来判断当前位置与对应卫星的距离。理论很简单,但是因为信号的传播速度是光速,所以即使是0.01秒的误差也会导致地球上几千公里的定位误差。因此,在不使用其他设备增强定位效果的情况下,超高精度原子钟是全球导航系统的核心部件。
据中国“未来地球计划”委员会委员王义桅先生在《欧洲伽利略号关机的深刻教训》一文中介绍,作为导航系统的核心部件,伽利略号使用的原子钟来自美国,欧洲大陆无法提供高精度、高稳定性的时间数据。结合目前伽利略授时系统的失败,就很容易理解为什么相对于中国的北斗系统和俄国的GLONASS系统,美国一直相对忽视欧洲的伽利略系统。毕竟人生受制于人,靠核心技术的进口是不可能达到打破垄断、独立自主的目的的。
目前,伽利略导航系统的计时故障在伽利略几十年的运行中已经不是第一次了。伽利略系统最严重的测试失败发生在2019年7月。自19,10年7月以来,由于地面授时装置故障,整个伽利略系统卫星的时间一直没有更新。仅仅失去校准四天,伽利略系统的定位偏差已经达到了几十公里,定位效果完全丧失。一般来说,定位系统的观瞄误差是由于卫星自身接收时间信号的装置的问题,所以在一个系统中,往往只有一颗或几颗卫星出现局部故障。然而,2019伽利略号事故在后来的事故检查中被发现,问题来自意大利的精密时间设备PTF。PTF是整个伽利略卫星导航星座的时间源,这个重要节点的问题直接导致了整个伽利略导航系统瘫痪七天。
除了今天的事故和2019年的事故,伽利略系统在2017年多处出现了大面积的原子钟故障。这也导致了整个导航系统精度的下降。像伽利略系统这样的超大规模导航系统的故障,在GPS系统和北斗系统中从未出现过。导航定位系统可以说是大国标配。从军事角度来说,任何海陆空三军的调动乃至远程洲际导弹打击都需要全球定位系统的支持。这就是为什么即使在20世纪90年代后,俄国仍尽力维护自己的GLONASS全球定位系统。中国一度希望通过与欧洲国家的合作,参与伽利略导航系统的建设,从而获得导航系统的使用权。但后期由于美国的种种阻挠和伽利略成员国之间的矛盾,中国最终在投入2.7亿美元后退出了该项目。
现在看来,退出伽利略导航系统的行为是非常正确的。当今世界有一个非常明显的趋势,就是需要各国合作的大型科学装置往往得不到什么好结果。国际组织可以在你想象不到的地方扯皮。这种情况在欧盟内部更为常见。欧盟多年前就提出了联合战斗机、联合装甲车、联合军舰的研发计划。但由于法国、德国、意大利等国分配不均,这些计划大多无果而终。整个欧盟维护的伽利略系统也是如此。本土技术的缺陷,再加上美国的进口限制,伽利略系统的计时装置上没有备份,就会导致涉及国防和军工的重要导航设施七天失灵的可笑局面。另外最新的授时设备信号不稳定,整个定位系统的战略价值需要打上一个大大的问号。
现在回想起来,2007年中国决定放弃2.7亿美元退出伽利略的项目,真是利在当代,利在千秋。很难想象中国庞大的火箭军需要依靠如此不稳定的系统来完成全球打击计划。随着北斗国产化计划的稳步推进,部署在北斗三号卫星上的新一代国产原子钟精度比北斗二号高一个数量级,据说300万年误差只有1秒。怎样才能买到全球贸易的现代导航系统?核心技术必须牢牢掌握在中国人手中。