1 背景
自1995年全面投入运行以来，在长达20年的时间里，美国空军保证了GPS运行的连续与稳定，保证了GPS系统高精度定位、导航与授时(PNT)服务的可用性，巩固、提升了美国在全球PNT领域的领先与主导地位，提升了美国的全球影响力，催生了至今仍由美国主导并占据领先地位的全球卫星导航应用产业。美国国家天基PNT执行委员会的研究表明，仅2014年美国GPS商业应用领域产生经济效益就高达676亿～1224亿美元，远远超过了GPS系统研发、维持、发展的投入(至2014年GPS系统的总投入约370亿美元)。然而......
2 采购计划调整与未来星座更新补充计划
采购计划的调整
至2016年2月，美国空军已经完成了12颗GPS-2F卫星的发射，完成全部GPS-2A卫星的替换。目前，GPS星座在轨卫星32颗，30颗提供导航服务，第12颗GPS-2F卫星处于测试状态。同时，美国空军已经签署了前8颗GPS-3卫星的采购合同，此外第9、10颗GPS-3卫星的采购方案已经获得了美国政府的批准，第11～32颗GPS-3卫星的采购活动计划于2016年初启动，首先开展设计成熟度审查与风险降低活动，研发合同预计在2018年授出。依据已经签署的采购合同，第1～8颗GPS-3卫星将分别在2016～2020年具备初始发射能力......
2014、2015财年GPS-3卫星采购计划对比
调整前、后采购计划的对比表明，美国空军放慢了GPS-3卫星的采购步伐，2015-2018年间的卫星采购数量从2014财年的10颗减少至2015财年的8颗，显然这将对 未来GPS系统星座的更新、补充构成影响。这也是引发美国国会、GPS应用团体广泛担忧的重要原因。
未来星座更新、补充计划
按照《GPS系统标准定位服务性能标准》，美国应保证GPS系统24轨位基线星座卫星可用性超过95%的要求。为此美国空军航天司令部每年编写一部“PNT功能可用性报告”(FAR)，发布发射与预算计划和星座维持的设想。《GPS系统星座更新、补充》报告给出了2014-2024年GPS系统星座更新、补充计划。
2014-2024年GPS卫星发射计划与该计划下GPS系统星座的可用性
按照该计划，2015年至2016年初，美国空军已经完成了最后4颗GPS-2F卫星的发射;首颗GPS-3卫星计划于2016年底至2017年初发射;而GPS-3卫星的正式发射将在2019年启动。美国空军认为，2019年正式启动GPS-3卫星的发射计划(不包括首颗GPS-3卫星的发射)，以每年大约2颗的速度发射GPS-3卫星，即可满足24轨位基线星座可用性超过95%的要求，并将这种能力延续至2033财年。
可以看出，美国空军计划在2024年底前完成14颗GPS-3卫星的发射，按每年2颗的发射速度，32颗GPS-3卫星的发射可延续至2033年，也就是说GPS现代化计划完成的时间将从2025年左右推迟至2033年。
3 新发射计划下的GPS系统未来发展分析
GPS-3卫星与新一代运行控制系统的拖延对系统的稳定运行构成了潜在威胁
按美国空军的发射计划，2016-2018年的3年间将只发射2颗卫星(第12颗GPS-2F和首颗GPS-3卫星)，用于星座的更新、补充;同时，新一代运行控制系统-1最早在2018年10月投入运行，因此即使2016年底前完成首颗GPS-3卫星的发射，2018年10月前该卫星也不能投入服务。也就是说在2016年初，第12颗GPS-2F卫星发射并投入运行后，在长达近3年的时间内，GPS系统星座得不到真正意义上的更新与补充(即使GPS-3卫星以地面备份的方式存在，但因GPS系统运行控制段在2018年底前不能支持GPS-3卫星的运行，不能改善GPS系统的服务)。
而就当前星座卫星状态来看，第12颗GPS-2F卫星发射、入轨后(2016年2月5日发射)，替换了最后1颗GPS-2A，使星座状态有所改善，但仍有13颗卫星(12颗GPS-2R卫星和1颗GPS-2RM卫星)处于超期服役状态......
GPS-2F 卫星
GPS-3卫星
虽然，根据以往GPS卫星在轨工作的实际情况，特别是过去10余年间，GPS-2R/GPS-2RM卫星表现出了良好的性能和优异的可靠性，但这并不表明在未来3年左右的时间内上述卫星是完全可靠的。因此，GPS-3卫星和“运行控制系统”的拖延已经对GPS系统星座正常的更新、补充造成了严重影响，对GPS系统的稳定运行与服务的可用性构成了潜在威胁。
降低成本是GPS系统维持和发展必须面对的重要课题
随着性能、功能的不断提升和增加，GPS卫星的成本也在不断增长。同时，卫星与运行控制段研发的拖延同样造成系统发展成本的不断上升，也是影响GPS系统维持、发展成本的重要因素。不论是美国空军在《GPS系统低成本解决方案》中提出的“一箭双星”发射、研发GPS小卫星等方案，还是在《GPS系统星座更新、补充》中提出的调整GPS-3卫星采购与发射计划，都在试图降低GPS系统的维持与发展成本，在保证GPS系统服务可用性的同时，保证GPS系统维持、发展的可持续性。因此，降低成本已经成为GPS系统维持、发展必须面对与解决的重要课题。
与GPS-3卫星的研发相比，“运行控制系统”研发的拖延更为严重，其关键能力的交付时间已经推迟了4年。美国国会问责署的调研表明：造成“运行控制系统”计划严重拖延的主要原因包括：计划调整、远高于预期的软件缺陷水平和由此造成的重大返工与代码增长。美国国会问责署将产生上述问题的原因归结为：对“运行控制系统”技术复杂程度与工作量的认识不足或严重低估。
如果，“运行控制系统”的研发再度发生拖延，导致运行控制系统-1不能在2019年初之前投入运行，GPS系统将面临更大的威胁。（文|刘春保）
{{item.content}}