GPS IIIF卫星概念图
未来能力
根据洛克希德·马丁公司的说法,除了与欧洲伽利略星座兼容的新L1C民用信号,GPS III卫星还提供了三倍的精度、八倍的抗干扰能力和模块化设计,以便于未来添加新的技术和能力。基于增强的原子钟,GPS III信号能以更高的精确度广播。
GPS IIIF将增加更多功能,从GPS IIIF 第11号开始,可能在2026年底推出。它将包括:
区域军事保护(RMP)能力,可以将战区的抗干扰能力提高60倍,以确保美国和盟国部队在敌对环境中不会被拒绝进入
提高精度的激光回射器阵列
一种新的搜救有效载荷
全数字导航有效载荷
新的LM2100战斗总线,一个增强的卫星平台,提供更大的弹性和网络加固,以及改进的航天器电源,推进和电子设备。洛克希德·马丁公司的战斗总线将从GPS IIIF的第13号开始提供,在此前它已经作为天基红外系统地球同步轨道5号卫星(SBIRS GEO-5)的一部分进入太空,该卫星经过五年的项目建设于2021年5月发射。SBIRS GEO-5是太空军过顶持续红外导弹预警星座的一部分,该星座探测导弹发射,支持弹道导弹防御并收集信号情报。
OCX和MGUE
军用GPS用户设备(MGUE)使用户能够访问M码信号,为地面、飞机、舰船和武器系统的作战人员提供安全和精确的PNT能力,使其能够在最具争议的环境中持续作战。2024财年预算为MGUE增量1的测试和领先平台集成、解决其即将淘汰的设计活动以及MGUE增量2的开发提供资金。
2024财年预算的资金请求还支持从当前的运行控制部分向GPS下一代运行控制系统(或OCX)的持续转移,该系统将为GPS星座提供指挥、控制和任务支持,包括GPS III和所有传统卫星。
雷神智能空间公司是MGUE和OCX的主要承包商,其于十多年前获得了OCX的原始合同,2021年夏天获得了OCX 3F的新合同。该公司表示,OCX已经实施了美国国防部100%的信息保证标准,这使其“在所有国防部地面系统中具有最高级别的网络安全保护。网络安全系统将具有更高的准确性,更好的国际可用性,以及全球部署的具有抗干扰能力的现代化接收器。”
OCX还有另一个好处:它可以支持比传统版本多一倍多的卫星,根据雷神公司的说法,这意味着“这些额外的卫星将补充城市峡谷和山区等难以到达地区的覆盖范围。”
OCX计划分为几个部分:最初是第0、1和2部分。Block 0于2017年交付,并支持了一年后第一颗GPS III卫星的发射,使用OCX发射和检验系统,即LCS。从那以后,LCS又被用来发射了三颗GPS卫星。Block 1将提供完整的操作能力,包括对传统卫星的控制,Block 2将与Block 1同时交付,将为新的L1C民用信号以及更新的M码信号增加操作控制。除此之外将是OCX 3F,OCX 3F将升级该系统,使其与GPS IIIF卫星和MGUE增量2同步。
根据美国空军预算文件,OCX 3F计划将开发发射、指挥、控制和监控GPS IIIF航天器所需的解决方案,包括预先收集和集成RMP高功率区域军事代码(M-Code)信号、快速作战效果,并支持GPS IIIF的辅助有效载荷,包括搜索和救援(SAR)、核爆探测系统(NUDET NDS)。
RMP和SAR
区域军事保护(RMP)高功率M码信号可以将战区的抗干扰能力提高60倍。GPS IIIF使用一种碟形天线,有能力将信号发射或聚焦到责任区或感兴趣的区域。聚焦的波束将同时提供更高的增益效果。
这是一种能够在充满竞争和挑战的环境中运作的能力,这种能力是美军五年前无法用星座实现的。通过洛克希德·马丁导航系统团队的持续推动,新功能已经能够应对GPS如今面临的挑战。这种能力将与GPS IIIF 第11号卫星一起上线,作为帮助搜索和救援行动的新有效载荷。
搜索和救援有效载荷将接入搜索和救援卫星的Cospas-Sarsat系统,对紧急应答器进行地理定位,并提供坐标以迅速援助遇险用户。如果有人员被困在太平洋或墨西哥湾的某个地方,美军有能力接收信号,并通过适当的渠道传递信号。这种能力将从第11号卫星开始,因此它将是GPS IIIF中的第一颗卫星。搜索和救援有效载荷实际上是美国GPS体系的第一个国际有效载荷,这是和国家海洋和大气管理局(NOAA)以及加拿大政府的一项合作,拓展了GPS的可用性。
增加灵活性
一旦LM2100战斗总线与GPS IIIF 第13号卫星联机,将会出现额外的功能,这将为GPS星座增加更大的灵活性,无论是环境变化还是威胁变化,或者必须改变卫星的能力的时候,洛马都将保障在集成周期的后期以更低的成本集成有效载荷。
LM2100战斗总线带来了尺寸、重量和功率的巨大增加,功能强大。因此可以搭载各种额外的辅助有效载荷,这无疑引起了客户群体的极大兴趣。这使得GPS真正有机会成为多任务平台,打破了历史上的一些限制。这可能包括与PNT相关的演示有效载荷,或者过去讨论过的为GPS IIIF卫星配备交叉链路,使GPS能够有效地发挥地理数据传输网络的作用,等等。
基于LM2100战斗总线的卫星也可以托管增强系统端口接口,或ASPIN,允许卫星在轨道上进行维修和升级。ASPIN是洛克希德·马丁公司开发的前端对接适配器,允许在过程的后期集成辅助有效载荷,甚至一旦飞行器进入轨道,在航天器的生命周期中,需求会发生变化,而且非常需要一段适应时间。ASPIN提供了这样的机会。洛马正在与太空军以及其他公司密切合作,将ASPIN移植到许多平台上。
模块化可插拔能力
在这方面的可以类比航空领域。每架C-130、每架F-35都有机会在机上装载不同的任务包。根据任务的实际需要,可以提供不同的传感器、武器等装备。洛马正在尝试将同样的想法引入太空领域,届时将不会局限于发射时的能力,而是能够在轨道上移除有效载荷,然后能够同时装备给其他航天器。
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小结:通过下一代GPS能力梳理可见,美军还在持续改进其全球导航定位系统,向高精度、广覆盖、模块化、多能化、强对抗的方向改造GPS卫星。其未来计划中的有效载荷在轨插拔置换能力或将与美军现有的天基在轨操作能力密切相关。
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