美国ＧＡＯ对ＧＰＳ的最新评价分析

袁兆红　王子刚

编者按：5月20日前后，因特网上纷纷出现有关“美国GPS将在2010年瘫痪”的报道。GPS始建于20世纪70年代，该系统于1993年达到初始工作能力；1995年达到全运行工作能力，是目前符合国际民航组织(ICAO)标准的三大主要卫星导航系统：美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和欧洲正在建设中的“伽利略”(Gallieo)系统中惟一一个能够实现全球性、全方位、全天候、高精度、快速实时的三维导航、定位、测速和授时功能的系统，在卫星导航系统中占据垄断地位。GPS一旦出现问题，不但会对美军及其盟军作战，还将对世界范围内的商业应用产生重大影响。那么，此报道源自何处?是危言耸听，还是确有其事?对此，笔者专门找出了原文出处，并对其进行了分析和总结。

2009年5月7日，美国政府问责办公室(GAO)在关于GPS(全球定位系统)“能否避免中断服务”问题而举行的听证会中公布了一份报告，报告指出，不能确定美国空军是否能及时采购到新的卫星，保持现有的GPS服务不会中断。否则，计划延期和成本超支将使整个系统濒临崩溃。此言一出，立刻引起了包括GPS使用者在内的世界范围的广泛关注。人们普遍担心如果GPS的精确性和可靠性不能保证，不但会对美军的全球快速投送、空中加油，远程作战，精确打击能力等造成严重影响，还将对民用航空，测绘、土木工程，空间科学、地球动力学，环境与气象科学、精细农业，动物保护、旅游休闲等民用领域造成影响。

GAO及其职能

美国政府问责办公室的英文全称为“Gover-nment Accountability Office”，其工作内容涉及到对国，内外政府项目的评估、政策分析，财务审计等。其工作目标是检查政府某些工作的实施效果，对于有些可能出现的具有全国性影响的重大问题，在尚未形成危机之前，向政府和公众提出警示。因此，GAO的首要任务是提高联邦政府的绩效，确保联邦政府对议会和美国公众尽到责任。

GAO的研究成果以报告形式体现，其报告不仅反映联邦资金是否恰当使用，还包括联邦项目和政策是否达到了预期目标，满足了社会需要等。GAO的特点在于它的独立性和权威性，所提供的研究成果不受任何党派和团体左右，影响巨大。此次对GPS卫星导航系统的评估是GAO的例行工作。

审查GPS的目的

GAO在其报告中对为什么要对GPS进行审查评估，给出了解释：“GPS系统用于为全球用户提供导航、定位和授时，现已成为美国国家安全的基础设施和国内外公共与商业应用的重要工具……在GPS现代化建设进程中，GAO应对GPS的整体情况进行评价。”“美国政府不允许GPS出现故障，GPS要始终保持领先地位。”此次GAO就GPS卫星采购、与GPS星座息息相关的地面和用户设备、联邦机构与其他组织机构间的协调等情况进行了分析评价，并形成了题为：《GPS：在保持和提升其广泛使用能力中所面临的巨大挑战》的研究报告。

发现的问题

虽然GPS现在被广泛用于民用，但GPS最初是为军事目的而开发的，现在也仍归美国空军管理。美国空军的任务是要保持GPS星座中有24颗工作卫星在运行，确保在任何时间在地球上任一点的上空都至少有4颗卫星在工作。GAO在其报告中指出，目前GPS星座有不同批次的30多颖工作卫星在轨，近期星座保持至少24颗卫星的概率可达到95％以上，但是预计未来几年，星座中的一些卫星寿命将要到期，退出服役，GPS星座如果做不到及时发星补网，那么，星座数量就有可能减少。根据GPS卫星现状和2009年3月最新卫星发射计划，预计到2010年，星座24颗工作卫星维持概率将低于95％，这种情况将持续到2014年底，期间，有一个阶段甚至降至80％。对此，GAO还专门给出了2008—2023年问保持满足全工作能力的24颗卫星概率图。

这30多颗在轨工作的GPS卫星主要是第二代的GPSIIA、GPSIIR和GPSllR—M系列；GPS卫星星座组成及发展情况下表。最后两颗等待发射的GPSIIR—M现代化卫星中，有一颗预计能在2009年8月升空，那么GPS今后建设的重点是GPSIIF和GPSIII的研发。这次GAO就将研究重点放在尚未发射的GPSIIF和正在研发的GPSIII项目上。此外，在对地面设备的审查中，GAO也发现了一些问题。

GPSIIF

GPSIIF项目拖延。在GPSIIF卫星的研发过程中，出现了发射延期和预算超支的状况。承包商波音公司称，发射延期是由必要的设计改变引起的。虽然主要工作现已完成，但首颗IIF卫星预计还要拖到2009年11月发射，这比原计划推后了三年。GAO认为，GPSIIF卫星的延期发射是几年后GPS星座中卫星的更新速度可能跟不上卫星退役的速度的主要原因之一。

GPSIII

GPSIII的建设现状不容乐观。GAO称，主要的风险还来自于下一代GPSIIIA卫星，虽然洛克希德马·丁公司正在加紧建造该卫星系列，但是GPSIIIA也推迟了类似的时间。目前GPSIIIA卫星的首发时间预计改到2014年。

GAO认为GPSIIIA未能按期交付的主要原因有三：其一，计划起步晚。该计划原定2007年8月开始，但2008年5月美军才正式将GPSIIIA合同正式授予洛克希德·马丁公司，致使首颗卫星发射计划拖延。其二，研制周期短。此次从合同授出到所要求第一颗卫星的发射时间比其他重点空间项目都要短，使研发人员面临时间紧、任务重的挑战。其三，不是简单的重复性工作。尽管开发商先前有开发GPS的经验，但空军要求开发商要研发更大的卫星平台，以便满足另外的建设需求，同时要把新的军用信号功率增加10倍，因此，GPSIIIA不是简单的对GPSIIF的复制。

地面设备

地面设备与空间卫星发展不同步。为了使GPS效益最大化，地面设备，用户设备与空间卫星的交付及能力的形成应当同步。GAO审查发现，由于分散管理致使在GPS建造过程中存在着地面设备、用户设备与空间卫星的建设不同步，有重卫星，轻地面的现象。研究发现，空间卫星有时往往先于地面设备数年，这使用户没能及时享用新卫星所带来的优势。GAO在报告中指出，能播发第二个民用信号的GPSIIR—M卫星发射于2005年，但遗憾的是，能够运行第二个民用信号的地面设备却要等到2012或2013年才能使用，使卫星整体能力的形成足足滞后了7—8年。

造成问题的原因

在应对欧洲“伽利略”卫星导航系统的兴建和俄罗斯GLONASS卫星导航系统快速复苏挑战的过程中，美国的目的非常明确：要确保GPS的先进性。其实，美国早在1999年就启动了“GPS现代化”计

划，GAO在报告中不但指出了GPS现代化建设升级改造过程中存在的问题，还指出了造成问题的原因，归纳起来主要有以下几点。

其一，技术难题和成本超支。造成GPS[IF计划拖延的重要原因之一是由于技术问题。如去年，在热真空测试阶段，用于向用户发射导航信息的发生器出现故障，致使测试终止，开发商不得不停下来查找原因解决问题。此外，还有推进剂油管温度控制、定位反作用装置等方面的问题。解决这些技术问题不但要花费时间，同时还加大了成本。如卫星用于精确控制姿态的反作用装置在其他在轨卫星中曾出现过故障，这次需要重新设计，仅此一项就为项目增加了1000万美元的成本。以上这些因素，使GPSIIF项目成本从原来预计的7.29亿美元上升至8.7亿美元，首颗_GPSII卫星的发射时间比原计划拖延了3年。

其二，多头管理。现在的GPS领导部门包括美国防部长办公室、联合参谋部、空军等多家组织和机构。这使得GPS项目的领导工作分散，职责有时混乱。

其三，需求改变。为了满足竞争需要，应对挑战，在GPS发展中出现过大的需求改变。如，在GPSIIF研发工程中，美空军不断增加需求，如提出要加速将军民信号分开的需求。新需求导致技术难度加大，必然使项目拖延。此外，还包括制造商兼并改组等客观原因。针对上述情况，GAO在报告中特别提出建议，希望国防部长能指定一个惟一机构监督检查包括空间、地面和用户设备在内的整个GPS系统，并使GPS空间、地面和用户设备同步协调发展。

结语

美国不会让GPS瘫痪!因为美国对于GPS发展战略的基本思路早已非常明确：确保其军事使用的优先权及其在卫星导航领域中的核心地位；同时又决不放弃任何从巨大的民用市场中获得经济和政治利益的可能性。作为一个发展历史长，现代化建设任务重、竞争压力大的巨大工程，一路走来，没能顺风顺水，也是正常的。对于GAO的这份报告，美空军表示，他们会积极准备，努力寻求解决问题的办法，力争把风险降至最低。具体的举措包括：延长现役卫星的使用寿命；关闭卫星的其他功能；重新激活一些老卫星；发射小卫星：采取罗兰系统备份等其他选择方案解决问题。虽然世界各地关于GPS即将瘫痪的报道是断章取义，夸大事实，但它也为我们在经费投资大、管理机构众多、研制周期长的重大科研项目的研发与管理上提供了警示与借鉴。