伽利略系統(tǒng)三篇

2024年1月8日發(fā)(作者：長江學者特聘教授)

伽利略系統(tǒng)三篇

gps系統(tǒng)如今已經(jīng)具有非常重要的地位，不僅僅是生活中，在軍事上的地位也是非常高，而率先掌握這一技術(shù)的是美國，早在1964年，美國已經(jīng)開始研究“子午儀”系統(tǒng)，并且成為行業(yè)的領(lǐng)軍者。

繼美國之后，前蘇聯(lián)、歐洲都開始陸續(xù)投入到生產(chǎn)研究之中，而我國的起步是比較晚的。歐洲一直以來大投入的是伽利略系統(tǒng)，受到美國技術(shù)的影響，伽利略系統(tǒng)一直以來也處于世界前列，我國也曾使用該系統(tǒng)，并且繳納了20億的服務(wù)費。

隨著該系統(tǒng)重要性的減少，我國科學家也已經(jīng)開始資金投入精力以及時間展開研究，其中代表產(chǎn)品就是北斗系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)非常的明朗，以及在明年年底將可以全面投入使用投入使用。

隨著北斗系統(tǒng)的建成，我們對于伽利略系統(tǒng)的依賴已經(jīng)被替代，而也就在此時，伽利略系統(tǒng)陷入全面癱瘓，主要原因更是讓人意外以及無奈，據(jù)相關(guān)媒體報道，伽利略系統(tǒng)的癱瘓是因為公司管理以及組織架構(gòu)的松散，無人愿意加班檢修，導致設(shè)備故障連綿不斷。

如今，我國已經(jīng)在多個技術(shù)上已經(jīng)開始發(fā)力，gps系統(tǒng)現(xiàn)階段雖然無法打破美國，但是必然也可以淪為主流系統(tǒng)，我國科技也可以邁向更離。

在2022年7月11日以來的約一周時間內(nèi)，歐洲“伽利略”（galileo）全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)經(jīng)歷了從服務(wù)降級到服務(wù)全面中斷，再到服務(wù)恢復的過程。這是迄今為此，全球衛(wèi)星導航領(lǐng)域發(fā)生的最重大的事件之一，引起了各方的密切關(guān)注，此次事件對全球衛(wèi)星導航領(lǐng)域的未來發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

01

故障發(fā)生與發(fā)展過程

“伽利略”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)由歐洲單一制發(fā)展，項目于1998年明確提出并全面啟動論證活動。2022年12月，“伽利略”系統(tǒng)資金投入起始運轉(zhuǎn)，提供更多起始定位、導航系統(tǒng)與授時（pnt）服務(wù)，提供更多pnt服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)量為11顆。

自“伽利略”系統(tǒng)投入初始運行以來，隨著發(fā)射、部署衛(wèi)星數(shù)量的增加，提供pnt服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)量也在不斷增加，系統(tǒng)運行與服務(wù)保持連續(xù)、穩(wěn)定。至2022年5月，提供pnt服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)量增加至22顆，服務(wù)覆蓋、服務(wù)性能等得到明顯提升。

然而，2022年7月，“伽利略”系統(tǒng)服務(wù)先是出現(xiàn)整體性的性能發(fā)育，隨后pnt服務(wù)全然中斷，至2022年7月17日（用戶通告時間7月18日），“伽利略”系統(tǒng)起始服務(wù)恢復正常，事件的出現(xiàn)發(fā)展過程如下。

節(jié)點1

2022年7月11日10：00左右[文中均使用世界協(xié)同時（utc）時間]，gnss系統(tǒng)監(jiān)測評估中心公布：“伽利略”星歷數(shù)據(jù)中斷3h，衛(wèi)星工作狀態(tài)、軌道、鐘差和服務(wù)性能等數(shù)據(jù)均發(fā)生中斷。原因就是廣播星歷沒更新。

節(jié)點2

2022年7月11日14：25，歐洲全球?qū)Ш较到y(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)管理局（gsa）負責管理“伽利略”系統(tǒng)服務(wù)的歐洲gnss服務(wù)中心（gsc）公布2022年第025號用戶通告（2022025），通告的主要內(nèi)容如下：

通告類型：一般

通告主題：服務(wù)降級

事件開始時間：2022-07-1101:00

事件完結(jié)日期：并無

涉及衛(wèi)星：全部

事件敘述：在公布代萊通告前，用戶將遭遇全部“伽利略”衛(wèi)星的服務(wù)降級。這意味著信號不容用或不滿足用戶服務(wù)定義文件規(guī)定的最高服務(wù)性能建議，且用戶將遭遇有關(guān)風險。名義服務(wù)將盡可能慢地恢復正常。

節(jié)點3

2022年7月13日20:15，歐洲gnss服務(wù)中心公布2022年第026號用戶通告（2022026），通告的主要內(nèi)容如下：

通告類型：一般

通告主題：服務(wù)中斷

事件開始時間：2022-07-1201:50

事件完結(jié)日期：并無

涉及衛(wèi)星：全部

事件敘述：直至公布代萊通告前，用戶將遭遇服務(wù)中斷。信號無法采用。

節(jié)點4

2022年7月13日21:05，歐盟衛(wèi)星導航系統(tǒng)項目管理部門公布“伽利略”用戶服務(wù)通告，通告主要包含三個方面的內(nèi)容：

1）因“伽利略”系統(tǒng)地面基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生技術(shù)故障，導致“伽利略”系統(tǒng)初始服務(wù)暫時中斷。全部“伽利略”衛(wèi)星的導航電文于2022年7月13日20:15過期，按“伽利略”系統(tǒng)服務(wù)定義文件，過期的“伽利略”導航電文不可使用。

2）此次故障不影響用作為處在災(zāi)難環(huán)境下的人員提供更多定位和協(xié)助的搜尋與救援服務(wù)（sar）。

3）技術(shù)故障的原因正在確認，并正在實施服務(wù)恢復行動，以保證盡快恢復正常服務(wù)和服務(wù)的安全。

節(jié)點5

2022年7月17日，gnss系統(tǒng)監(jiān)測評估中心發(fā)布題為“‘伽利略’，終于等到你”的消息，稱：2022年7月16日19:00，經(jīng)過117h10min的等待，“伽利略”系統(tǒng)終于恢復服務(wù)。目前已連續(xù)恢復3h，各項監(jiān)測參數(shù)正常。

節(jié)點6

2022年7月18日08:20，歐洲gnss服務(wù)中心發(fā)布2022年第27號用戶通告（2022027），通告的主要內(nèi)容如下：

通告類型：通常

通告主題：服務(wù)恢復（潛在不穩(wěn)定性）

事件已經(jīng)開始時間：2022-07-1720:52

事件結(jié)束日期：直至發(fā)布新的用戶通告

牽涉衛(wèi)星：全部

事件描述：服務(wù)恢復。在發(fā)布新的通告前，用戶服務(wù)不穩(wěn)定。

此外，gsa于2022年7月18日公布了“伽利略起始服務(wù)正在恢復正常”的報告，該報告正式宣布將設(shè)立一個由gsa、工業(yè)界、歐洲航天局（esa）和歐盟委員會（ec）共同組成的專家小組，全天候高度關(guān)注事件，實行并監(jiān)測以盡快并使“伽利略”系統(tǒng)的pnt服務(wù)恢復正常。

當前狀態(tài)

從“伽利略”系統(tǒng)服務(wù)于2022年7月12日01:50出現(xiàn)中斷，至2022年7月17日20:52，“伽利略”系統(tǒng)服務(wù)中斷時間達至139h。雖然，歐洲gnss服務(wù)中心已經(jīng)公布了“伽利略”系統(tǒng)服務(wù)恢復正常的用戶通告。但從國際gnss監(jiān)測評估系統(tǒng)（igmas）監(jiān)測評估中心公布“伽利略”系統(tǒng)衛(wèi)星狀態(tài)來看，雖然“伽利略”衛(wèi)星已經(jīng)再次已經(jīng)開始刊發(fā)導

航系統(tǒng)信號，但衛(wèi)星仍處在不穩(wěn)定的狀態(tài)，這也就是歐洲gnss服務(wù)中心在其2022027號用戶通告中特別表明系統(tǒng)服務(wù)具備潛在不穩(wěn)定性的原因。

從該監(jiān)測結(jié)果看，與gps系統(tǒng)相比，“伽利略”系統(tǒng)在軌衛(wèi)星狀態(tài)并不穩(wěn)定，存在大量未知狀態(tài)。因此，結(jié)合歐洲gnss服務(wù)中心的用戶通告與igmas監(jiān)測結(jié)果，尚不能單獨使用“伽利略”系統(tǒng)提供的pnt服務(wù)，其服務(wù)的可用性和安全性仍存在較大問題。

02

故障原因

此次事件出現(xiàn)后，廣泛推斷故障原因就是地面運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)發(fā)生了問題。根據(jù)歐洲gnss服務(wù)中心公告消息和前esagnss發(fā)展計劃負責人的觀點，很可能將就是地面運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)引起了“伽利略”系統(tǒng)的大面積故障，且在過去的2年中，被指出就是最有可能引起此次故障的準確守時設(shè)施曾經(jīng)2次引起了“伽利略”服務(wù)的中斷，而此次問題之所以如此輕微，推斷可能將就是坐落于意大利和德國的2個運轉(zhuǎn)控制中心的準確守時設(shè)施（ptf）系統(tǒng)均出現(xiàn)了故障。

gsa在7月18日發(fā)布的報告中稱：“伽利略”系統(tǒng)地面基礎(chǔ)設(shè)施的一個設(shè)備故障引發(fā)了技術(shù)事故，影響了用于計算導航信息的時間和軌道測算，并對導航電文的生成產(chǎn)生了影響，且這一故障影響到了不同的地面設(shè)備。

此外，據(jù)俄羅斯衛(wèi)星網(wǎng)7月18日報導，歐盟委員會發(fā)言人露本婭·考德特曾對“伽利略”系統(tǒng)“因網(wǎng)絡(luò)攻擊中斷”的傳聞得出了澄清，表示：“沒辨認出網(wǎng)絡(luò)攻擊的跡象”。

從7月18日gsa宣布成立專家組來看，故障原因的進一步調(diào)查、確認與解決方案的制定和實施將是下一步的重點。隨著調(diào)查的深入，將會有更準確、詳細的故障原因披露出來。

03

事件影響

全球?qū)Ш较到y(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)出現(xiàn)如此大規(guī)模故障并遲遲無法恢復正常服務(wù)，此類情況前所未有。此次事件將產(chǎn)生何種影響，不但與“伽利略”系統(tǒng)若想盡快恢復有關(guān)，而且與由此引起的人們對衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務(wù)的脆弱性的憂慮有關(guān)，更與歐盟、esa對此次危機的處置方法輕易有關(guān)。

（1）可能引發(fā)全球衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)格局的動蕩或變化

雖然，“伽利略”系統(tǒng)服務(wù)已于2022年7月18日全面恢復正常，長達7天的服務(wù)降級與中斷就是gnss出現(xiàn)的最為輕微的服務(wù)中斷事件，其影響就是不容忽視的。

與2022年4月俄羅斯“格洛納斯”（glonass）系統(tǒng)11h的服務(wù)中斷相比，“伽利略”系統(tǒng)此次故障的影響顯然更加嚴重。一方面，glonass系統(tǒng)服務(wù)的恢復遠快于“伽利略”系統(tǒng)；另一方面，俄羅斯很快查明了故障原因，包括：①坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換引發(fā)的地面運行控制系統(tǒng)軟件問題；②地面運行控制系統(tǒng)出現(xiàn)1.5min的時間跳躍，從而不能生成正確的星歷。故障原因的快速定位，也使俄羅斯在短時間內(nèi)即恢復了glonass系統(tǒng)的服務(wù)。

“伽利略”系統(tǒng)此次故障與服務(wù)的全面中斷將對“伽利略”系統(tǒng)用戶的信心產(chǎn)生關(guān)鍵影響，對“伽利略”系統(tǒng)在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域市場的發(fā)展極為有利，輕則導致市場開拓難度減少，輕則可能將全面影響“伽利略”系統(tǒng)的存活與發(fā)展。在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)領(lǐng)域多系統(tǒng)共存的格局下，各衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務(wù)與市場的競爭不斷激化。在英國退歐已經(jīng)對“伽利略”系統(tǒng)發(fā)展產(chǎn)生了有利影響的背景下，此次事件例如無法較好化解，極有可能損害“伽利略”系統(tǒng)在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)市場的促進作用和地位。

在“伽利略”系統(tǒng)初始服務(wù)尚未完全恢復正常（具有潛在的不穩(wěn)定性）的條件下，gsa與歐洲gnss服務(wù)中心匆忙宣布“伽利略”系統(tǒng)初始服務(wù)恢復很有可能是出于盡早恢復用戶信心，避免產(chǎn)生更多負面影響，從而減少對“伽利略”系統(tǒng)與未來應(yīng)用發(fā)展的負面影響。

（2）進一步激化對導航系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)脆弱性的憂慮

歐洲“伽利略”系統(tǒng)發(fā)生的此次事件再次表明，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)是非常脆弱的，特別是地面運行控制系統(tǒng)的任何問題都有可能導致系統(tǒng)服務(wù)的降級，甚至崩潰；在美軍將網(wǎng)絡(luò)空間定義為第五作戰(zhàn)域的情況下，這一問題尤為嚴重。為此，需要重點關(guān)注：

1）地面運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的持續(xù)、平衡運轉(zhuǎn)。應(yīng)積極開展衛(wèi)星導航系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中可能將出現(xiàn)意外事件的分析、仿真與研究，制訂有效率、存有針對處理的預(yù)案，天下一切可能將確保衛(wèi)星導航系統(tǒng)運轉(zhuǎn)與服務(wù)的持續(xù)、平衡；

2）地面運行控制系統(tǒng)的安全。應(yīng)當加強地面運行控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全能力建設(shè)，使其具備應(yīng)對各種網(wǎng)絡(luò)攻擊，保證衛(wèi)星導航系統(tǒng)運行控制權(quán)的能力。

同時，關(guān)于“伽利略”系統(tǒng)“因網(wǎng)絡(luò)攻擊中斷”的傳聞，也激化了人們對網(wǎng)絡(luò)攻擊與衛(wèi)星導航系統(tǒng)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的憂慮。

美國增強gps系統(tǒng)賽博安全（網(wǎng)絡(luò)安全）能力，正是出于防范網(wǎng)絡(luò)安全風險的考慮。美國gps新一代運行控制系統(tǒng)最典型的特征之一就是具有強大的賽博安全能力，這是下一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的核心能力之一，是保證衛(wèi)星導航系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定運行與運行控制權(quán)的不可或缺的關(guān)鍵能力。

在網(wǎng)絡(luò)安全威脅日益增長的態(tài)勢下，衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全正在或已經(jīng)淪為衛(wèi)星導航系統(tǒng)若想安全、持續(xù)、平衡運轉(zhuǎn)關(guān)鍵的、甚至就是決定性的因素。因此，必須高度重視衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全能力的研發(fā)與建設(shè)。

因投資規(guī)模從最開始預(yù)計的10億歐元飆升到100億歐元，許多歐盟成員國不愿出錢導致項目一拖再拖，歷經(jīng)17年來的數(shù)次預(yù)算增加和因衛(wèi)星發(fā)射失敗造成的技術(shù)延誤后，歐洲伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)近日終于上線投入運行，向智能手機和汽車內(nèi)接收裝置發(fā)出第一批衛(wèi)星信號。這一將由30個超強衛(wèi)星組成的導航系統(tǒng)有望超過美國全球定位系統(tǒng)（gps）和俄羅斯的“格洛納斯”衛(wèi)星導航系統(tǒng)（glonass），成為全世界精確度最高的定位導航技術(shù)，從而結(jié)束歐洲長期以來對gps與glonass的依賴。

由于其衛(wèi)星數(shù)量更多且加裝了最為準確原子鐘，運轉(zhuǎn)300萬年后誤差也只有一秒，伽利略導航系統(tǒng)能夠提供更多更好的信號、傳達更多信息，其免費定位精確度可以達至一米以內(nèi)，下載服務(wù)精確度更高，達至厘米以內(nèi)，而gps和glonass就可以達至幾米。

伽利略系統(tǒng)目前有18顆衛(wèi)星在軌運行，開始階段信號會時斷時續(xù)，需要依靠gps衛(wèi)星的幫助，但等2022年前完成另外12顆衛(wèi)星的發(fā)射，共30顆衛(wèi)星盤旋在地球上空23333公里高度，其信號傳導會更加可靠，屆時將提供前所未有的精準時間和位置數(shù)據(jù)。

伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)官網(wǎng)則表示：“等30顆衛(wèi)星全部準備就緒，其救援服務(wù)能夠大大削減人員救援時間，比如說，對掉入海底或山間迷路人員的救援，將從之前的3小時延長至10分鐘。”無論是隧道內(nèi)，還是被高樓大廈緊緊圍繞的街道，只要有人在，伽利略系統(tǒng)的信號就能夠成功抵達。

負責開發(fā)這一技術(shù)的歐盟委員會和歐洲空間局表示，一些手機生產(chǎn)商已著手制造相關(guān)芯片，今后只要裝載兼容伽利略導航系統(tǒng)的芯片，智能手機和導航盒都可免費使用導航服務(wù)，有些甚至只需通過軟件升級就能使用。

現(xiàn)在，華為mate9和西班牙的一種手機已經(jīng)裝備了相容伽利略導航系統(tǒng)的芯片。高通、博通、英特爾、大霸等科技巨頭們正在生產(chǎn)相容伽利略導航系統(tǒng)的十幾種芯片。這些產(chǎn)業(yè)合作將為伽利略導航系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成大量資金和技術(shù)創(chuàng)新元素，協(xié)助研發(fā)出來全新運用和服務(wù)。

據(jù)估計，伽利略導航系統(tǒng)將為歐盟gdp貢獻10個百分點，這一比例到2030年會增加到30%。歐盟委員會表示，伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)將在未來20年創(chuàng)造900億歐元的市值，多年投資將獲得回報。