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航空周刊文章：新型导航卫星的崛起
来源：国防科技信息网
作者：杨皓晖
1978年，美国军方发射了第一套带有授时和测距功能的导航系统。40年以来，PNT系统已经走过了漫长的道路。GPS系统如今支持着超过700亿美元的服务，而中国和欧盟即将完成自己的导航星座。英国正在考虑建立独立的导航系统。与此同时，NASA正在制定月球导航系统的规划，并计划设计一种跟踪深空物体的新型导航系统。
NASA尚未选择商用月球着陆器将搭载的有效载荷和实验，但将让着陆器携带后向反射器，为月球导航系统奠定基础。
类似的后向反射器已经在火星着陆器上应用，包括将于11月26日登陆火星的“洞察”号着陆器。NASA总部的Sarah Noble表示，NASA正在将后向反射器发射到太阳系各处，随着时间的推移，在各大行星上的后向反射器将组成更为有用的系统。
NASA还在测试一种类似于GPS的授时系统，用于深空导航。该系统名为“X射线定时和导航技术站点探测器”（SEXTANT），利用脉冲星发出的稳定、自然的毫秒脉冲X射线对深空中高速运动的物体进行导航，是对安装在国际空间站外部的中子星内部成分探测器（NICER）科学仪器的增强版。
SEXTANT于去年11月完成了首次运行，演示验证了使用X射线脉冲星作为信标的自主航天器导航技术。X射线导航（XNAV）的概念或能够在整个太阳系中提供类似GPS的自主导航功能，作为NASA深空网的补充和导航备份。
在第一次运行中，SEXTANT团队使用4颗毫秒脉冲星作为目标，并将NICER进行定向，使之能够探测到脉冲星的波束。两天之内，SEXTANT提供了78次授时测量数据，供团队开发自动显示国际空间站上NICER位置的算法。国际空间站的飞行速度为每小时17500英里，SEXTANT系统可以在半径16千米的范围内定位NICER，有时定位精度可高达5千米。9月6日，SEXTANT进行了第三次试验。
SEXTANT团队希望开发一个衍生系统，用于低地球轨道以远空间的导航测试。该衍生系统隶属于规划中的小卫星科学任务CubeX，后者将使用X射线荧光技术探测月球表面和地下以及其他无空气的天体。“聚光光学系统的本质是相同的。我们可以将传感器逐层叠放，这样当你看到无空气天体面向太阳的一侧时，就可以使用X射线荧光技术探测；而当你观察背日一侧或需要导航的时候，也可以利用同样的光学系统，使用毫秒脉冲星的X射线波束进行导航，”SEXTANT项目经理John Mitchell表示。
目前，NASA正在进行另一项研究工作，将X射线导航（XNAV）纳入NASA规划的月球轨道深空门廊和未来的载人登火任务。
价值100亿欧元的伽利略星座即将完成，距离2011年发射首颗卫星已有7年。2016年，伽利略星座形成初始运行能力。目前，该星座共包含26颗卫星，另有6颗全面运行能力（FOC）卫星标准型号即将发射，为该星座于2020年的最终完工做好准备。最终的星座将使用24颗卫星和6颗备用卫星。
伽利略系统将在距离地面2.3万千米的3个轨道平面上运行，提供三种服务：一是公开服务，免费提供定位和授时功能；二是商业服务，通过额外的导航信号补充公开信号；以及在不同频段运行的其他服务。军方和半公共机构等政府客户也可以使用“公共监管服务”，这是一个对欺骗和干扰抵御能力很强的加密系统。
与军方领导的GPS系统或格洛纳斯系统不同，伽利略系统将由欧盟委员会和欧空局在民间控制下运营。欧洲当局表示，即使美国或俄罗斯的系统受到限制或被关闭，伽利略也可以在民间控制下运行。
明年3月，英国将退出欧盟。这意味着尽管英国工业在“伽利略”系统的设计中发挥了关键作用，英国政府也斥资约10亿英镑支持该系统的发展，但英国能否接触到“伽利略”的敏感要素，已经无法得到保证。
英国正试图通过谈判保留对伽利略公共监管服务的访问权限。这对于军方的定位需求至关重要。但考虑到谈判或许会失败，英国财政部已批准9200万英镑的资金，用于开展一系列详细的技术评估，为英国发展“伽利略”的替代系统提供信息。
在英国国防部的全力支持下，英国航天局将领导这项工作。英国导航系统将提供民用和加密信号，并与GPS兼容。然而，根据独立估计，该项目的成本在30~50亿英镑之间。虽然比伽利略系统的成本低，但是高于英国不退欧的成本。研究预计将持续约18个月。
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