维普资讯 http://www.cqvip.com 口子力 颗试验卫星和随后将发射的另一 项目概述 管理 由２０座伽利略传感器站 （ＧＳＳ）构成的一个全球网络所 颗试验卫星将检验一些关键性的 “伽利略”将是欧洲自己的 垒球导航卫星系统．可在民用部 技术。其后将有４颗工作星先行 提供的数据将通过一冗余通信网 发射．以鉴定基础性的“伽利 传送给伽利略控制中心 控制中 略”系统空间和相关地面段 在 心将利用传感器站的数据来计算 的２６颗卫星．使系统达到“全 面运行能力”（ＦＯＣ）。 全面部署后的“伽利略”系 统由３０颗卫星组成．其中２７颗 门控制下提供高度精确的、有保 轨鉴定阶段完成后．将发射剩余 完好性信息．并对所有卫星和地 牮的全球定位服务 它将与另两 个全球卫星导航系统——美国的 全球定位系统” （ＧＰＳ）和俄 罗斯的“全球导航卫星系统” （ＧＬＯＮＡＳＳ）兼容。用户可利用 同一接收机从不同组合的卫星获 面站时钟的时间信号进行同步。 控制中心与卫星间的数据交换将 通过所谓的上行站来完成．为此 将在全球各地建设５座ｓ波段和 １０座Ｃ波段上行站 为工作星．３颗为在轨热备份 得定位信息 不过．通过把双频 作作为标准配置， “伽利略” 膊能提供高达米级的定位精度． 而这是以往面向公众的系统从未 达到过的 星。按设计，卫星将分布在地球 “伽利略”系统还有一个特 上空２３２２２公里的圆形中地轨道 点．就是具有全球搜索与救援 （ＭＥＯ）面上。各轨道面相对于 （ＳＡＲ）功能。这项功能利用了 赤道面的倾角为５６度 卫星全 现有的“科斯帕斯一萨尔萨特” 部部署到位后． “伽利略”的导 搜救卫星系统 为实现这一功 航信号即便对纬度高达７５度 能．每颗卫星要配备一台能把遇 除最极端的条件外。 “伽利 咯”系统将保证各种条件下的服 务可用性。若有卫星失效，系统 可在数秒内通知用户 这使其适 险信号从用户发射机发给救援协 也能提供良好的覆盖 由于卫星 调中心以启动救援行动的转发 数量多，星座经过优化．加上有 器。同时，该系统还能向用户发 （与北角对应）乃至更高的地区 ３颗热备份星可用．系统可保证 送信号．告知其所处险境已被探 用于关系人身安全的各种场合． 在有一颗卫星失效的情况下不会 测到及救援Ｔ作已经展开 这项 功能属于新发明．被认为是对现 如列车和汽车驾驶及飞机着陆 对用户产生明显影响 等。 该系统将在欧洲设立两座伽 有系统的一项重大改进 现有系 作为所谓“伽利略试验台” （ＧＳＴＢ）的一部分，已升空的首 ￣ｐｒｉｌ ２００６ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｈｉｎａ 利略控制中心（ＧＣＣ），以对卫 星进行控制．并对导航任务进行 统不能向用户提供反馈信息。 “伽利略”计划的实施可分 ４１・ ・维普资讯 http://www.cqvip.com 为三个阶段。包括前期论证＿Ｔ作 会危及人身安全。 的研制和鉴定阶段（２００１—２００５ 欧盟早在上世纪９Ｏ 年）有三项工作，即整合任务要 年代初就认识到．欧洲需 求、研制卫星及地基设施和对系 要有自己的全球卫星导航 统进行在轨鉴定。部署阶段 系统 做出建造这样一个 （２００６ ２００７年）的任务有两项， 系统的决策．从勇气上说 即建造和发射卫星以及全面安装 堪比上世纪７Ｏ年代欧洲 地面段。从２００８年起，项目进 决定启动阿里安运载火箭 入商业运行阶段（可能有所推 和“空客”飞机等著名项 迟）。 目 这一由民用部门控制 的独立的系统除出现极个 为何要建设“伽利略”系统 别的突发情况外．都能保 证连续运行．由欧盟委员 目前．欧洲的卫星导航用户 会和欧空局联合建造 别无它选．只能利用美国的ＧＰＳ 实现欧洲自主是欧洲 或俄罗斯的ＧＬＯＮＡＳＳ卫星来确 采取这一重大步骤的主要 氲脉泽钟 定位置 但这两个系统的运行都 动机。不过．做出如此重 由军方控制．无法保证服务始终 大的决策也有其它方面的考虑． 设备生产厂家、应用部门和服务 保持不中断 卫星定位已成为远 包括：１）“伽利略”被设计成 部门都将会从这些新的商业机遇 洋导航的通行办法．不久的将来 与ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ兼容．从而 中受益。根据欧盟委员会的请 其大规模应用还将扩展到陆地和 将成为全球导航卫星系统 求，普华永道（ＰｗＣ）公司已制 空中。现在，如哪天出现卫星导 （ＧＮＳＳ）的基石。该系统将由民 作了有关“伽利略”计划经营规 航信号中断．众多船舶上的人员 用部门掌控．在地球上绝大多数 划的研究报告 将被迫改用传统的基于星历和六 地方都能实现准确的定位．即便 分仪的导航方法 而在几年之后 在高楼林立、靠近地平线的卫星 市场前景和业务机遇 卫星定位得到普及之时．若信号 发 的信号受到遮挡的城市里也 再出现中断．所带来的影响将会 不例外 这是因为可用于定位的 在今后若干年内． “伽利 更大．不仅会使交通运输系统陷 卫星数量有了成倍增加 ２）卫 略”系统所面对的是一个具有巨 于瘫痪，使之无法有效运营，还 星被部署在相对于赤道面的倾角 大增长潜力的市场 ＧＮＳＳ系统 大于ＧＰＳ的轨 市场将来源于卫星无线电导航所 道上．可更好 产生的增值服务和产品．涉及公 地覆盖高纬度 路、铁路、航空和海上运输。渔 地区．特别适 业和农业，石油勘探，民防活 合于在ＧＰＳ覆 动，建筑以及公共工程。“伽利 盖不到的北欧 略”系统与ＧＳＭ（全球移动通 地区使用。３） 信系统）或ＵＴＭＳ（通用移动通 利用“伽利略” 信系统）结合还将给通信行业带 系统．欧洲将 来一场革命，可向市场上推出通 能充分地利用 信与定位功能相结合的高水平服 卫星导航所带 务。最近完成的一项研究表明． 来的商业机遇 这一商业机遇给“伽利略”带来 ＧＮＳＳ接收机及 的全球ＧＮＳＳ市场规模２０１０年 ・４２・ 中国航天２００６年第４期 维普资讯 http://www.cqvip.com 估计可达ｌ８亿个用户．２０２０年 种因素。其中有些因素还尚未全 可达３６亿个用户 面理清。这些因素将随着公私合 “伽利略”计划将使欧洲工 业界直接从ＧＮＳＳ市场的发展壮 地测定远远短于１秒的时间 为 此．就需要精确地知道信号是何 时离开卫星的．也需要精确地知 营关系的制订而得以明确 在过 渡期内．欧盟将继续在计划和政 道它是何时到达接收装置的 我 大中受益。而ＧＮＳＳ市场必将成 为欧洲经济的一项重要资源 “伽利略”系统的出现还将给全 球带来显著的经济和社会效益 该系统对ＧＮＳＳ系统能力的补充 作用也会产生这样的效益 一项 分析表明．该项目的效费比为 治层面对该计划进行监管．而欧 们可以听听欧洲空间研究与技术 空局将负责系统基础设施的开 中心（ＥＳＴＥＣ）时钟专家和导航 发 工程师佛朗哥．埃玛的说法： “对于导航来说．时钟是实现精 关键技术——时钟 “伽利略”计划使欧洲丁业 确定位的决定性因素 以优于每 小时１０亿分之一秒的精度． ‘伽利略’卫星上的时钟将能以 不到４５厘米的误差进行定位． ４．６．高于欧洲所有其它基础设 界得以涉足与高精度位置和时间 施项目．其中还没考虑来自航空 和海上运输部门的效益。不仅如 此，其它研究表明．该项目还会 确定相关的技术及其应用领域． 并将推动卫星导航技术同正在为 无论你身处地球上的什么位置 ” “伽利略”系统的每颗卫星 原子频标．另一台则利用无源氢 脉泽（即微波激射器）。这两种 信息社会开发的移动通信和交互 都将携带两台时钟．一台基于铷 在提供行车路线导引、改善个人 服务等其它技术的融合。星上的 急救、出租车与救护车管理、因 两种原子钟——铷原子频标钟和 行车时间缩短而带来的污染减少 无源氢脉泽钟属于其中的关键技 和创造１４万个就业机会等方面 术。将为卫星提供时间基准的这 产生进一步的效益 从２０００年 两种时钟利用的是原子水平上的 迁到另一能态．则原子便会以极 到２０２０年．该项目估计总共可 振荡．每天产生的时间误差将保 其稳定的频率辐射 相关的微波 产生７４０亿欧元的效益．其中经 济效益为６２０亿欧元．社会效益 持在百万分之几秒以内 时钟所用技术不同．但原理是一 样的——若将原子从一个能态跃 信号。这一频率对铷钟来说约为 ６吉赫．而对氢钟来说则约为 一有人会问．时间为什么要如 为１２０亿欧元．大大高于系统建 此精确？答案与光速有关。现 设所需的总投资（约３２～３６亿欧 今．我们已能通过测量导航卫星 元）。从２００８年起．包括运行、 １．４吉赫 星上其它装置可把这 频率作为非常稳定的基准．借 以生成精确的信号．以供“伽利 略”卫星播发 所广播的信号又 可作为基准．使稳定性较差的用 户接收机时钟能不断地重设其时 问。 广播的信号到达我们所在位置所 维护和更换费用在内．每年的花 用的时间来确定我们在地球表面 上的位置 信号是以光速传播 费将在２．２亿欧元左右 “伽利略”系统的设计、研 制和在轨鉴定阶段由欧 空局和欧盟委员会共同 的。这意味着我们要能非常准确 欧空局选用铷钟和 出资。虽是由政府出 资．但该计划对来自私 营部门的合作伙伴是开 放的．尤其是在运行阶 段。该计划非常复杂， 特别是其技术和计划诸 方面存在着错综复杂的 联系．所以要对各参与 方的责任有清晰的划 分 适用于部署和运行 氢脉泽钟是因为它们可 在数小时内保持很高的 稳定性．同时也是因为 相关技术能够应用到 “伽利略”卫星上。若 任由它们无限期地运 行．其精度会发生漂 移．所以需借助更稳定 的地基基准时钟定期地 对它们进行同步。这些 地基时钟包括基于铯频 ４３・ 阶段的规定将取决于多 Ａｐｒｉｌ ２００６ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｈｉｎａ ・维普资讯 http://www.cqvip.com 标的时钟．其长期稳 征提供试验信号。测试 定性要远高于铷或氧 期间．星上的科学仪器 脉泽钟 地面上的时 将测量轨道面周围的各 钟还要生成所谓的 种空间环境参数．特别 “伽利略系统时间”。 是辐射水平。那里的辐 “伽利略”卫星上 射水平要高于低地和静 所用的时钟是由欧洲 地轨道 研制制造的首批同类 第二步．欧空局将 时钟。埃玛说．美俄 利用两种运载火箭发射 已有同类时钟（如用 前４颗工作星。其中前 在ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ ２颗将部署到第一轨道 上的时钟）．但欧洲需 面上．而后２颗将发射 要有其自主的能力。 到第二轨道面上 这４ 无源氧脉泽钟实际上 颗卫星加上部分地面段 是首台用于飞行的同类时钟。先 户有很大的把握能有足够的过顶 将借助先进的系统仿真设备对 期发射的两颗试验卫星将对这两 卫星可用．尤其是“伽利略”系 “伽利略”系统进行总体鉴定。 种星钟进行验证。 统还与有２４颗卫星的ＧＰＳ兼 随后将有２颗卫星被送到第三轨 容。 道面。 星座如何建设？ 那么如何来建设这样一个卫 完成系统鉴定后． “伽利 星星座．并保证每颗卫星随时都 略”星座部署进入最后一个阶 如上所述．全面投入使用的 精准地处在正确的位置上呢？这 段．即尽快完成星座剩余部分的 “伽利略”全球卫星导航系统将 项精细的工作将分几个阶段来完 建设．以便能向用户提供全面的 有３Ｏ颗卫星．部署在倾角５６度 成。 服务 剩下的卫星将由阿里安５ 的三个中地轨道面上．每个轨道 首先．欧空局要在２００５年 等重型火箭发射 面布设ｌＯ颗卫星 卫星绕地球 底用联盟号火箭发射一颗试验卫 运行的轨道周期为ｌ４小时。每 星（已发射）．随后还将发射第 前期阶段 个轨道面上设１颗热备份星．以 二颗试验卫星 “伽利略”卫星 防有工作星失效 上配有磁力矩器和反作用轮．可 （１）“伽利略”试验台 欧空局规划和工程技术人员 帮助卫星保持正确的轨道 但卫 为做好系统的研制准备工 是在经过充分考虑后才选择这样 星上并未配备用于机动到正确轨 作．欧空局于２００２年发起了试 一个星座构造的。把３Ｏ颗卫星 道的发动机．因此就要求运载火 验性地面段研制项目．称为“ｌ 部署到这样的高度上．地球上任 箭必须把卫星直接送入正确位 型伽利略试验台”（ＧＳＴＢ—Ｖ１）： 何地方的任何人总能“看”到至 置。 ２００３年又启动了两颗试验卫星 少４颗卫星并利用其播发的测距 试验卫星被部署在第一轨道 的研制项目．称为“２型伽利略 信号实现定位的概率是很高的 面上，将在那里对星上设备和地 试验台”（ＧＳＴＢ—Ｖ２） （超过９Ｏ％）。所选的轨道倾角能 面站功能进行试验。发射试验卫 ＧＳＴＢ—Ｖ１项目利用ＧＰＳ卫 保证对美ＧＰＳ系统无法有效覆 星还有一个用意．就是要保住国 星和试验性的地面段对“伽利 盖的高纬度极区有良好的覆盖。 际电联分配给“伽利略”系统的 略”系统的轨道确定、完好性和 在大多数地方．用户将总能看到 频率资源。这项试验工作将持续 时间同步算法进行了测试。试验 ６ ８颗卫星．从而能实现非常精 两年半的时间。首先要测试星上 性地面段由以１赫兹频率采集高 确的定位．精度可达数厘米。在 两台原子钟的性能 随后信号发 质量ＧＰＳ数据的全球传感器站 有高大建筑的城市里．路上的用 生器将开机工作．以各种调制特 网、试验性的精确授时站和处理 ・４４・ 中国航天２００６年第４期 维普资讯 http://www.cqvip.com 中心构成 处理中心用于生成基 于“伽利略”式算法的导航和完 好性核心产品 利用ＧＳＴＢ—Ｖ１ 进行的试验表明．同预想的一 样，以高精度（小于５Ｏ厘米） 和低更新率（２小时）“广播” 定轨和时间同步数据是可能 的。 Ｖ２／Ａ和ＧＳＴＢ—Ｖ２／Ｂ．现已改称 性为每天１Ｏ纳秒 卫星的预期 “伽利略在轨鉴定组件” （ＧＩＯＶＥ）Ａ和ＧＩＯＶＥ—Ｂ。 寿命为２年 ＧＩＯＶＥ—Ｂ卫星的任务与 ＧＩＯＶＥ—Ａ相近．包括保住所分 得的频率、把技术试验扩展到无 源脉泽钟、用一台辐射监测仪器 ＧＩＯＶＥ—Ａ的发射标志着欧洲首 次发射导航卫星和首次向中地轨 道发射卫星 两颗试验卫星的性能相近 由萨里公司制造的ＧＩＯＶＥ—Ａ主 要用于保住所分得的频率、鉴定 测定轨道环境、同时通过３个信 道来提高信号发送能力和扩大 信号试验范嗣 该卫星也是三 轴稳定．太阳阵收起时的尺寸 为０．９５米×０．９５米×２．４米．起 飞质量５２３公斤．两个长１．４９ ＧＳＴＢ＇Ｖ２项目要求研制两 颗试验卫星．启动“伽利略” 系统的第一步在轨鉴定工作． 直到在轨鉴定卫星部署到位 发射这两颗试验卫星的目的一 铷钟等关键技术、试验从中地轨 道接收ＧＰＳ信号、采用两台不 同的辐射监测仪器测定轨道环境 和同时通过两个发射信道进行信 号试验 它是一颗三轴稳定卫 星．尺寸为１．３米×１．８米×１．６５ 长１．７４米的太阳翼可提供７００ 米的太阳翼可提供最高７００瓦 的电力 ．卫星采用肼推进系统． 有一个贮箱．内装２８公斤推进 是保住国际电联分配的频率． 二是认识在轨鉴定卫星将使用 的轨道．三是试验原子钟等关 米．起飞质量６００公斤．两个各 键技术。两颗卫星分别由萨里 卫星技术公司和伽利略工业公 剂 星上有效载荷同时在三个 分立信道发射“伽利略”试验 信号。有效载荷主要包括：１） 由Ｌ波段器件组成的相控阵天 线．照射星下所有可见地面： 瓦的电力 卫星采用丁烷推进系 统．两个贮箱各装２５公斤推进 剂。 司建造．后者是由阿尔卡特－ 阿列尼亚空间法国公司、阿尔 卡特．阿列尼亚空间意大利公 斯特里姆英国公司、伽利略系 统与服务公司和泰勒斯公司组 成的一家欧洲财团 根据国际 电联的相关规定．这两颗卫星 至少要有一颗在２００６年前发 射。 （２）两颗试验卫星 两颗试验卫星原称ＧＳＴＢ— ・ＧＩＯＶＥ—Ａ所载的有效载荷 ２）一套信号发射器．可灵活地 司、阿斯特里姆德国公司、阿 将在两个分立的信道发射“伽 生成不同类型的信号：３）一台 利略”试验信号 有效载荷主 要包括：１）由Ｌ波段器件构成 的相控阵天线．照射卫星下方 稳定性为每天１０纳秒的小尺寸 铷原子钟和一台更为稳定（每 天ｌ纳秒）的氢无源脉泽钟． 全部可见地面：２）两套信号发 生器．一套能产生简化的“伽 利略”信号．另一套能生成更 后者将是参与空间飞行的最稳 定的时钟 卫星预期寿命也为２ 年。 具代表性的“伽利略”信号： ３）两台小尺寸冗余铷钟．稳定 －＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋＊＋－＋＊＋一＋－＋－＋＊十两颗卫星均用联盟号火箭从 拜科努尔发射场发射。 （待续） 一十ｎ＋－＋一＋＊＋一＋一＋ —。 —。 ＊—。 ＊—。 ＊—。 ＊—。 。—。 ‘ ＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋＊＋一＋－＋－＋＊＋－＋－＋－＋（＿Ｌ４￣ｇ ４０页）完全出乎意料。 这颗彗星表面的地形变化多端． 回了部分太阳尘粒 这一不幸事 故后来被归咎为引力传感器被装 反了 星尘号和起源号的共同特 问题．自然使科学家们联想到星 尘号返回舱的降落伞在返回时能 否按时打开的问题 为避免悲剧 重演．在星尘号飞行期间。科学 简直令人难以置信。” 点是在完成各自的探测任务后都 要返回地球。为此。它们都携有 返回舱．舱上配备再入大气层后 ２００４年９月９日．用于从 太阳风中采集尘埃的起源号探测 器返回舱在返回时因降落伞未打 开而撞地，遭到损坏，最终只收 Ａｐｒｉｌ ２００６ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｈｉｎａ 家和Ｔ程师对引力传感器等各系 统进行了彻底的检查 设计方 能打开的降落伞。另外。星尘号 和起源号的返回舱及其降落伞都 是由洛马公司设计制造的。所 案、图纸和报告都显示传感器安 装无误．其它各种部件也都符合 规格 所有这些保证了返回舱 能够令人放心地成功回收。口 ４５・ 以．起源号返回舱的降落伞出了 ・