所謂CAPS，是“中國(guó)區(qū)域定位系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱。這種全新衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制，始于六年多以前的一次“頭腦風(fēng)暴”。

　　2002年11月初，位于現(xiàn)在的北京奧運(yùn)村附近的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)，時(shí)任臺(tái)長(zhǎng)的中國(guó)科學(xué)院院士艾國(guó)祥找到同事施滸立和顏毅華，在一間普通的辦公室討論一個(gè)宏大的命題：如何開(kāi)發(fā)“經(jīng)濟(jì)型”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　之所以有這樣的一個(gè)想法，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)最為成功的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，即美國(guó)的GPS，從研制到最終投入使用，花費(fèi)了20多年的時(shí)間和數(shù)以百億計(jì)的美元。而前蘇聯(lián)也投入巨資研制格洛納斯GLONASS,其導(dǎo)航星座至今仍不完整。

　　雖然中國(guó)已經(jīng)決定加入“伽利略計(jì)劃”，同時(shí)也啟動(dòng)了雄心勃勃的“北斗系統(tǒng)”，但研究人員還是希望嘗試一些新的想法，看能否有更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ弧?/P>

　　這場(chǎng)思想的碰撞持續(xù)了好些天，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心李志剛等科學(xué)家后來(lái)也被邀請(qǐng)加入。

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員施滸立告訴《財(cái)經(jīng)》記者，上述這些衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，均可稱為直播式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。也就是說(shuō)，導(dǎo)航電文及測(cè)距碼在衛(wèi)星上直接產(chǎn)生，然后下行廣播給用戶定位。因此，都需要發(fā)射專門的導(dǎo)航衛(wèi)星來(lái)承擔(dān)這一任務(wù)。通常需要30顆左右的導(dǎo)航衛(wèi)星才能覆蓋全球。

　　在思維碰撞中，艾國(guó)祥及其同事提出了轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的理念，即導(dǎo)航電文及測(cè)距碼在地面產(chǎn)生，上行至衛(wèi)星，利用衛(wèi)星上的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，再下行廣播給用戶定位。這樣，系統(tǒng)就可以少發(fā)射甚至不發(fā)射專門的導(dǎo)航衛(wèi)星，而利用商用的通信衛(wèi)星組成導(dǎo)航星座。

　　如果這一設(shè)想實(shí)現(xiàn)，顯然可以極大地降低導(dǎo)航系統(tǒng)的部署時(shí)間和成本。因?yàn)橐话愣裕臻g設(shè)備研制周期長(zhǎng)、投資大，星載設(shè)備尤其如此。以作為導(dǎo)航的時(shí)間和頻率基準(zhǔn)的星載原子鐘為例，其價(jià)格昂貴、研制難度大，目前只有美國(guó)等極少數(shù)國(guó)家完全掌握這一技術(shù)；而且，即使研制成功，往往精度也要略微遜色。

　　轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，則可以將原子鐘安置在地面導(dǎo)航站。李志剛研究員在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)表示：“這樣就回避了星載原子鐘的技術(shù)瓶頸。”

　　這種新的導(dǎo)航系統(tǒng)理念，一經(jīng)提出，很快得到了中國(guó)科學(xué)院、科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)，以及解放軍總裝備部的支持。

　　2005年6月，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、國(guó)家授時(shí)中心、上海微小衛(wèi)星中心、微電子所和自動(dòng)化所等研究機(jī)構(gòu)，與衛(wèi)通集團(tuán)等其他國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)，合作研制出轉(zhuǎn)發(fā)式中國(guó)區(qū)域定位系統(tǒng)CAPS的驗(yàn)證系統(tǒng)，并通過(guò)國(guó)家有關(guān)部門的驗(yàn)收。其粗碼信號(hào)的定位精度達(dá)到20米左右，精碼則達(dá)到10米左右，已經(jīng)與GPS民用碼的精度相當(dāng)。

　　據(jù)了解，這個(gè)驗(yàn)證系統(tǒng)的研制僅用了不到兩年的時(shí)間，經(jīng)費(fèi)則不到美國(guó)研制GPS的千分之一。當(dāng)然，這一成功，很大程度上也有賴于中國(guó)天文系統(tǒng)在長(zhǎng)期基礎(chǔ)研究中所積累的信號(hào)被動(dòng)接收、微弱信號(hào)檢測(cè)、衛(wèi)星測(cè)軌定軌等技術(shù)的應(yīng)用。

　　退役衛(wèi)星“第二春”

　　在CAPS驗(yàn)證系統(tǒng)的研制過(guò)程中，研究人員首先租用了在軌的商用同步通信衛(wèi)星上的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，組成驗(yàn)證系統(tǒng)的星座。不過(guò)，由于租用的衛(wèi)星都處于地球同步軌道上，難以實(shí)現(xiàn)三維定位。

　　研究人員最初的設(shè)想是，發(fā)射傾斜軌道的通信衛(wèi)星組成導(dǎo)航星座，來(lái)解決三維定位的問(wèn)題。后來(lái)，他們卻在不經(jīng)意間找到了一種更省錢的辦法，那就是開(kāi)發(fā)退役衛(wèi)星的“第二春”。

　　中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)退休專家陳吉斌參與了CAPS系統(tǒng)的研制。這位原亞太衛(wèi)星公司副總裁告訴《財(cái)經(jīng)》記者，退役衛(wèi)星上的設(shè)備并未損壞，只是燃料快消耗完了。

　　不過(guò)，為了保證業(yè)務(wù)不間斷，衛(wèi)星公司必須在衛(wèi)星壽命結(jié)束前的一段時(shí)間里，發(fā)射新的同步通信衛(wèi)星完成更替。也就是說(shuō)，衛(wèi)星退役前還有一定的剩余燃料。

　　研究人員通過(guò)多次討論，提出了一個(gè)巧妙的思路：利用退役衛(wèi)星上的剩余燃料和轉(zhuǎn)發(fā)器資源,將其納入導(dǎo)航星座。

　　因?yàn)楫?dāng)?shù)厍蛲酵ㄐ判l(wèi)星正常運(yùn)行時(shí)，需要在經(jīng)度和緯度方向同時(shí)保持姿態(tài)；而如果將其作為導(dǎo)航衛(wèi)星使用，只需要對(duì)經(jīng)度方向進(jìn)行保持和調(diào)整，緯度方向則任其自由漂移，這樣反而可以改善導(dǎo)航星座的空間布局。

　　陳吉斌對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，與同時(shí)調(diào)控衛(wèi)星的經(jīng)緯度方向相比，該調(diào)整模式所消耗的燃料僅為原來(lái)的十分之一；這樣，那些剩余的燃料，就足以支持衛(wèi)星的長(zhǎng)時(shí)間使用。

　　于是，2005年，CAPS項(xiàng)目組從亞太衛(wèi)星公司購(gòu)買了退役衛(wèi)星亞太1號(hào)。這顆衛(wèi)星的燃料原本只剩下幾個(gè)月，但被“征用”至今已有四年多，仍然運(yùn)轉(zhuǎn)良好。2008年，項(xiàng)目組又購(gòu)買了另一顆退役衛(wèi)星：亞太1A號(hào)。這顆衛(wèi)星的剩余燃料更多，預(yù)計(jì)可供CAPS使用約十年。

　　代表項(xiàng)目組去洽談退役衛(wèi)星購(gòu)買事宜的，是國(guó)家天文臺(tái)高級(jí)工程師蔡賢德。他對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者直言，這樣的生意很好談，“像我們這樣的買家太少了”。因?yàn)閷?duì)于衛(wèi)星公司來(lái)說(shuō)，不僅多了一筆預(yù)算外的收入，還省去了處理退役衛(wèi)星這種“太空垃圾”的麻煩。

　　項(xiàng)目組在《中國(guó)科學(xué)G輯》發(fā)表的論文中表示，今后幾年內(nèi),中國(guó)還陸續(xù)會(huì)有鑫諾1號(hào)、鑫諾3號(hào)、中衛(wèi)1號(hào)、亞洲2號(hào)等衛(wèi)星退役，這些退役衛(wèi)星的剩余價(jià)值均可得到利用。隨著這些通信衛(wèi)星陸續(xù)加入導(dǎo)航星座，整個(gè)系統(tǒng)的精度也將得到進(jìn)一步提高。

　　此外，在蔡賢德看來(lái)，退役通信衛(wèi)星的變廢為寶，也有助于維護(hù)中國(guó)的“空間主權(quán)”。

　　因?yàn)榫拖裢恋匾粯樱臻g的軌道位置，同樣是非常寶貴的資源，退役衛(wèi)星如再利用，就可以繼續(xù)占據(jù)原有的軌位甚至新的軌位。

　　市場(chǎng)能否“芝麻開(kāi)門”

　　與直播式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)相比，CAPS還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，那就是導(dǎo)航通信一體化。

　　據(jù)陳吉斌介紹，通信衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器很多，借助這些豐富的轉(zhuǎn)發(fā)器資源，研制出可雙向通信的接收機(jī)，就可以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航通信一體化。

　　早在2006年，CAPS的導(dǎo)航通信一體化試驗(yàn)，就在車輛行進(jìn)中和船舶海上航行中試驗(yàn)取得成功。此后，相關(guān)的試驗(yàn)及應(yīng)用也一直在開(kāi)展。

　　相比之下，現(xiàn)有的GPS只有導(dǎo)航定位功能，無(wú)法在系統(tǒng)內(nèi)解決回傳通信問(wèn)題。因此，當(dāng)車輛在野外行駛時(shí)，用戶中心無(wú)法知道其下屬車輛的情況；在戰(zhàn)場(chǎng)上，上級(jí)指揮機(jī)關(guān)無(wú)法知道戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)；導(dǎo)彈發(fā)射以后，也無(wú)法評(píng)估打擊效果。

　　在導(dǎo)航星座布置上，CAPS也比較靈活，可以根據(jù)情況選擇地球同步軌道衛(wèi)星、傾斜軌道衛(wèi)星、中高度軌道衛(wèi)星等。即可以不搞全球星座均衡布局，而是從區(qū)域應(yīng)用實(shí)際需求出發(fā)考慮最優(yōu)星座布局。

　　此外，轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用的是C波段，可租用的衛(wèi)星資源豐富。

　　“GPS等系統(tǒng)使用的是L波段，頻段資源少，幾乎沒(méi)有伸腳的地方了。”蔡賢德對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者解釋說(shuō)。

　　李志剛還告訴《財(cái)經(jīng)》記者，從理論上講，CAPS的定位精度今后有可能高于GPS。因?yàn)橛绊懚ㄎ痪鹊囊蛩兀饕ㄔ隅姾托l(wèi)星軌道測(cè)量；而地面原子鐘在精度上可以比星載原子鐘高出一兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且易于維護(hù)和更新。

　　他和同事利用新的時(shí)間比對(duì)技術(shù)，已經(jīng)獲得了優(yōu)于兩米的衛(wèi)星軌道測(cè)量精度；這一精度，已經(jīng)與GPS可以提供的衛(wèi)星軌道測(cè)量精度相當(dāng)。

　　武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院教授劉基余告訴《財(cái)經(jīng)》記者，中國(guó)科學(xué)家能夠在條件有限的情況下，自主開(kāi)發(fā)這樣一個(gè)具有重要科學(xué)意義和工程實(shí)用價(jià)值的導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)屬難能可貴。

　　不過(guò)，他也提醒說(shuō)，CAPS要想在精度乃至綜合性能上與其他導(dǎo)航系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)，還有很多工作要做。

　　CAPS項(xiàng)目組成員在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)也承認(rèn)，CAPS需要修正誤差的環(huán)節(jié)，就比GPS多一些。

　　此外，盡管整個(gè)CAPS系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用低出一大截，但對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，其接收終端的價(jià)格與GPS不會(huì)相差太多。這或許會(huì)影響其在市場(chǎng)上的吸引力。

　　但項(xiàng)目組認(rèn)為，CAPS這種的系統(tǒng)仍然有著廣闊前景。畢竟，像美國(guó)GPS這樣龐大的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，不是所有國(guó)家都有財(cái)力承擔(dān)的。而且GPS系統(tǒng)是30年前的技術(shù)方案，在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中已經(jīng)暴露出抗干擾差等缺陷。

　　對(duì)于希望開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的國(guó)家而言，尤其是中小國(guó)家，CAPS無(wú)疑是個(gè)不錯(cuò)的“候選者”。在項(xiàng)目組看來(lái)，CAPS的投入成本低、建設(shè)周期短，大約只需要30億元人民幣和兩三年時(shí)間，就能迅速建設(shè)一個(gè)覆蓋三分之一地球、且包括中國(guó)國(guó)土在內(nèi)的系統(tǒng)。

　　“建設(shè)CAPS這樣的系統(tǒng)，將來(lái)不一定非要成為國(guó)家行為。有魄力的大公司，說(shuō)不定也可以投資。”施滸立說(shuō)。

　　一位長(zhǎng)期從事衛(wèi)星