伽利略导航系统卫星原子钟大量故障 欧洲紧急商讨对策

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▲在轨运行的欧洲伽利略导航定位系统卫星



▲正在组装的伽利略卫星。图像右下方的那两个圆柱体就是氢原子钟

据英国广播公司（BBC）网站报道，欧洲的卫星导航系统“伽利略”组网卫星上的原子钟日前出现大规模故障，已经到了危及系统安全的地步。

在全部目前在轨运行的18颗卫星上，共有9台原子钟出现了故障并停止运行。发生故障的设备中有三台是传统的铷原子钟，另外六台则是精度更高的氢原子钟，这些高精度原子钟的采用，其目的就是想让伽利略导航定位系统能够达到超越美国GPS系统的精度。

就在去年12月份，欧洲正式宣布伽利略系统开始投入运行。

然而，仅有18颗在轨运行的卫星是不足以支撑一个全球性导航定位系统的，因此现在到了一个关键性时刻，欧洲必须决定是否现在就要先把后续卫星的发射计划暂停，等待原子钟的问题解决后再继续。

欧洲空间局（ESA）的主管詹·沃纳（Jan Woerner）博士在记者会上表示：“每个人都在问同样的问题：我们是否先应该停下来检查问题所在，还是继续发射计划？”

他说：“你可以说，这两个答案都对。你可以说我们将会选择等待，直到我们解决原子钟的问题，但那就意味着如果轨道上有更多的原子钟损坏，那么伽利略系统的能力将被削弱。但如果我们继续发射，我们或许不能提升伽利略的能力，但至少能够使其维持当前水平，但那样的话你可能就要承担一项重大风险，那就是或许我们没有将某种潜在系统风险考虑在内。目前我们正就下一步的行动策略开展讨论。”

仍在运行

每颗伽利略卫星都安装有两台铷原子钟和两台氢原子钟，这样的冗余设置确保一旦部分原子钟出现故障，卫星也能继续维持工作。目前全部在轨的18颗卫星都仍在正常工作，但其中有一颗卫星上的原子钟坏了两台，只剩下另外两台在正常工作。大多数的氢原子钟故障（5台）都发生在早期发射用于技术验证的卫星上，而全部的三台铷原子钟故障全都发生在后续发射的组网卫星上。

欧空局设在荷兰境内“欧洲空间研究与技术中心”（ESTEC）的工作人员目前正在与这些原子钟的制造商（瑞士Spectratime公司）以及卫星制造商（空中客车公司、泰雷兹阿莱尼亚宇航公司、OHB公司以及SSTL公司）方面一同尝试判断故障发生的原因。到目前为止，工程师团队已经成功地让一台停止工作的氢原子钟恢复了工作。

欧空局还与印度空间局方面取得了联系，因为后者正在建设中的空间导航定位系统使用了与此次发生故障的卫星同样型号的原子钟，但后者目前还尚未经历类似的故障现象。

挽救努力

欧空局在周三晚间发表的一份声明中给出了有关此次事件的更多细节。从目前的判断来看，工程师们认为铷原子钟的问题似乎都存在一种共同的模式，可能与电路短路有关系，短路的原因则可能与地面上进行的某一测试环节有关系。

而氢原子钟的问题工程师们认为对其有稍多一些的了解，他们认为可能有两个原因，其中第二个原因的可能性更高。根据欧空局的声明，这里提到的第二种原因是“当正常的氢原子钟长时间被关闭之后将难以再次正常重启。”

欧空局已经采取措施防止后续发生更多类似问题。其中包括改变在轨原子钟的运行方式，另外未来将要发射的卫星上的原子钟也将专门做改进措施，而未来新制造的原子钟还将重新改进设计。尽管出现了这样的问题，欧空局仍然希望能够在2017年内将剩余的4颗待发射卫星送入轨道。对于卫星导航定位系统来说，高精度的原子钟是这项技术的核心。伽利略卫星上使用的氢原子钟精度可以达到每300万年误差不超过1秒。这样的精度已经超过了美国GPS系统的民用信号水平。

根据设计，一个全部成型的伽利略卫星定位系统将包括24颗卫星，这些卫星分为3个不同轨道层面。但除此之外还需要备份星，从而保证一旦故障发生时能够及时替补。再加上早期发射的卫星开始老化，需要更换新的卫星。因此可以说整个伽利略系统基本上都是处在不断发射新卫星更新维护当中的。欧洲最新发射的4颗卫星是在去年11月份以一箭四星的方式发射升空的，按计划今年还将安排一次这样的发射。

伽利略系统是由欧盟委员会主导的项目，这是欧洲联盟的执行机构。欧盟委员会授权欧洲空间局作为伽利略导航卫星系统的技术与执行机构。作为欧洲自己的导航定位系统，伽利略系统的发展历程充满坎坷：项目屡遭推迟，预算超值严重——按照目前估算，到2020年系统完成时，其花费将超过70亿欧元（约合514.7亿人民币），这远远超出了欧盟委员会最初的设想。

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