解体:卫星导航比你想象的更有弹性

2014年3月15日上午11:07
劳拉Grego
研究主任,资深科学家

五角大楼本周表示担心,中国日益强大的反卫星能力可能会威胁到美国的GPS导航能力。但值得注意的是,虽然单个卫星可能受到威胁,但使系统瘫痪和破坏导航服务要困难得多。

空军航天司令部司令威廉·谢尔顿上将他星期三在参议院军事战略小组委员会的听证会上作证.他肯定地回答了参议员乔·唐纳利的问题,一致认为,如果中国针对高空卫星进行试验,将“严重”影响“我们的GPS能力”。

非机密的参议院听证会并不适合详细阐述主题的细微差别,因此,揭示它对GPS系统的影响意味着什么是有用的以一种重要的方式,因为这个问题经常出现。

中国已经展示了“撞击-杀伤”反卫星技术,但还没有在高空卫星上尝试过(没有国家尝试过),尽管中国拥有可以到达地球同步轨道及以上的火箭。然而,去年关于高空亚轨道火箭飞行性质的问题引发了关于它是否与中国将反卫星能力扩展到更高高度有关的争论。

当然,拥有相关技术并不等于拥有可靠或可用的军事武器,但如果中国(或其他国家)有能力摧毁或削弱GPS卫星,这有多糟糕,这仍然是谨慎的问题。

强大的能力

GPS是一种精心设计的、健壮的系统,随着卫星的丢失,其服务会逐渐退化。最初的系统设计使用了24颗卫星,从地球上的大多数地方都能看到6颗卫星,但通常轨道上有更多。目前有32个

GPS星座由24颗卫星组成。

GPS星座由24颗卫星组成。(点击放大

如果没有其他可用的位置或时间来源,用户需要至少四颗卫星在视野内,但随着可见卫星的增加,精度也会提高。需要大量卫星瘫痪才能使星座规模降至最小;如果让用户没有足够的覆盖范围来获取可用的导航数据,就会损失更多。覆盖范围取决于地理位置、一天中的时间和当前的星座架构(在遇到损失时可以修改),但是杰夫·福登给出了一个有启发性的例子.一个由18颗卫星组成的星座(剔除掉影响最大的卫星)将在北京上空每天大约两个小时低于4颗卫星的可见最小值。

细节在这里很重要——不同的任务需要不同的精度,等等——但这说明通过使卫星失效来降低GPS导航能力不是一个小任务。

使这项任务更加困难的是,GPS卫星是相对于地球移动的,只有少数卫星在我们触手可及的范围内,如头顶或附近的卫星。攻击者必须等待其他卫星进入射程,或者从全球各地发动攻击。使其瘫痪的攻击将是困难和耗时的——不是立竿见影的——给美国足够的时间做出反应。我们在过去的一篇博客文章中更详细地讨论了这些问题。

事实上,虽然谢尔顿将军的言论上了报纸,但在随后的听证会上,负责太空政策的副助理国防部长道格拉斯·洛维罗(Douglas Loverro)指出了GPS系统的优势:

GPS在某种程度上是一个分解的系统。我们称之为分布式的,很多很多颗卫星,即使你失去了一颗,也不会失去能力。事实上,你可以失去几个,而不是失去它。这并不是让你失去任何东西,但肯定会让它更有弹性……

归根结底,出于很多原因,反卫星武器都不是一个好主意,美国应该与其他国家合作,防止它们被使用.但是,对GPS系统的瘫痪攻击比有时想象的要困难得多——部分原因是系统的巧妙规划。这是一个很好的政策,这种方法在某种程度上使反卫星武器变得无用。

图源。