下一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)會是啥樣子？NTS-3會告訴你！NTS-3（導航技術(shù)衛(wèi)星-3號）是美國近50年來首次進行此類實驗，因為海軍研究實驗室的NTS-1和NTS-2航天器在20世紀70年代引領了GPS星座的發(fā)展。導航技術(shù)衛(wèi)星-3號（NTS-3）有望改變衛(wèi)星導航的系統(tǒng)架構(gòu)，并為作戰(zhàn)人員提供更強大的PNT能力。這顆實驗衛(wèi)星將從近地球同步軌道（GEO）廣播新信號，打破目前看到的GPS中地球軌道模式，并使服務進一步現(xiàn)代化。該衛(wèi)星最近剛剛進入下一階段：為2023年晚些時候的發(fā)射作準備。在NTS-3被宣布為美國空軍第一個先鋒計劃僅四年后，L3Harris的太空飛行器最近被交付給空軍研究實驗室（AFRL）測試設施。NTS-3項目經(jīng)理阿倫·比爾斯格林表示，太空飛行器完全集成，與PNT有效載荷組裝在一起，并組裝到諾斯羅普·格魯曼公司的ESPAStar總線上，團隊計劃今年夏天開始認證整個系統(tǒng)的性能。比爾斯格林說，這是向前邁出的重要一步，因為AFRL現(xiàn)在能夠利用政府和承包商的資源，高效地完成所有必要的步驟，然后才能將衛(wèi)星送往卡納維拉爾角發(fā)射。這包括剩余的內(nèi)部有效載荷和有效載荷到總線的功能和性能測試。發(fā)射后，GEO將對新型PNT信號進行首次射頻廣播測試，這標志著一個重大的里程碑的到來。

 NTS-3將為AFRL和合作伙伴組織提供一個空間平臺，以進行實驗和綜合能力演示。比爾斯格林表示，該團隊正計劃嘗試與現(xiàn)在全球的GNSS社區(qū)相更為一致的技術(shù)?！?0年前GPS開始時，這是業(yè)內(nèi)唯一的游戲，”他說。“現(xiàn)在的GNSS與當時的情況有所不同。其他國家正在開發(fā)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠從一個空白開始，并在其系統(tǒng)的設計上有所不同，盡管可以補充GPS的工作方式”。這就是說，需要嶄新的開始。

 實驗。NTS-3首席研究員喬安娜·欣克斯（Joanna Hinks）博士表示，自該項目啟動以來，一個由約30名科學家和工程師組成的團隊一直在開發(fā)各種測試。從一開始，他們的指導思想就是，看看如何能夠使用最現(xiàn)代的技術(shù)從頭開始設計一個系統(tǒng)，他們應該做些什么。其中一個主要目標是開發(fā)一種可以在軌道上輕松更新而不中斷的系統(tǒng)，這與以往的迭代NTS-1和NTS-2不同，后者為GPS奠定了基礎，但多少年來基本上一直保持不變。新衛(wèi)星的可編程數(shù)字信號發(fā)生器將使信號更抗干擾，并且提供防止欺騙的認證。欣克斯表示，將有可能將信號上傳到衛(wèi)星并開始發(fā)射傳輸，而無需重新啟動整個衛(wèi)星，這是一個巨大而必要的進步。另一項實驗涉及新型相控陣天線。辛克斯說，這一特性使得數(shù)字控制高功率波束并在需要的地方發(fā)送信號成為可能，這樣它們就可以在地面上得到最佳使用。她說，該團隊還正在探索先進的計時技術(shù)，以自動檢測其中一個原子鐘何時出現(xiàn)故障或異常，然后對其進行校正，這樣衛(wèi)星就不必停止運行，就能確定出了什么問題。欣克斯說：“現(xiàn)在我們有了衛(wèi)星，我們可以走過去看到它，所以我們已經(jīng)收集了大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將用于我們的在軌實驗”?！拔覀冇心芰嶋H觸摸事物并改變事物，因此我們正在收集信號和時鐘的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被用于最終確定我們的實驗計劃的細節(jié)，并幫助我們了解如何在軌道上收集數(shù)據(jù)”。

 準備發(fā)射。比爾斯格林說，這項端到端的綜合任務不僅包括衛(wèi)星，還包括地面控制系統(tǒng)和可重新編程的用戶設備。因此，除了在接下來的九個月內(nèi)完成剩余的空間環(huán)境測試，包括聲學、沖擊和熱真空測試以及天線校準和功性能特性之外，該團隊還必須訓練一套復雜的軟件工具，以實現(xiàn)指揮和控制，并計劃和執(zhí)行100多項實驗。欣克斯說，測試各種接口也很重要，包括航天器與用戶設備的接口和地面控制與用戶設備之間的接口。AFRL將依靠L3Harris這樣的行業(yè)合作伙伴來交付和全面支持地面控制系統(tǒng)。他們還致力于為地面控制增加自動化。通用功能將實現(xiàn)自動化，以消除在重復任務中引入人為錯誤的風險。

 為戰(zhàn)斗人員服務的先進PNT。美國軍方和盟國依靠GPS獲取24/7 PNT定時數(shù)據(jù)。比爾斯格林說，這對他們來說至關重要，這就是為什么它必須變得更好的原因。比爾斯格林說：“NTS-3將探索從地球同步軌道增強GPS的技藝、技術(shù)和新的作戰(zhàn)概念”?！拔覀冋谔峁┛臻g廣播，旨在將繼續(xù)與MEO廣播的GPS信號交互。我們可以進一步提高GPS的魯棒性，這是現(xiàn)代化努力的一部分”。比爾斯格林說，NTS-3將為作戰(zhàn)人員和其他依賴GPS的人員提供更強的彈性和靈活性。該衛(wèi)星將能夠在最極端的環(huán)境中發(fā)送信號，無論士兵在哪里，都能提供可靠的PNT服務。比爾斯格林還說：“NTS-3這款先鋒號不僅旨在通過關鍵的新技術(shù)和技術(shù)開發(fā)來支持全球定位系統(tǒng)用戶，而且還展示了一種靈活、反應靈敏的美國衛(wèi)星導航體系結(jié)構(gòu)，這對于成功地戰(zhàn)勝當今和未來幾十年對作戰(zhàn)人員最具挑戰(zhàn)性的威脅至關重要”。欣克斯也說，這顆衛(wèi)星正在打破傳統(tǒng)GPS的模式，這表明有可能提供一種看起來不同的導航服務。例如，它不必局限在MEO的所有衛(wèi)星都在同樣類似的軌道上。不同的信號可以與傳統(tǒng)GPS信號結(jié)合使用，以實現(xiàn)更穩(wěn)健、更靈活的服務。“我們正在為未來的創(chuàng)新開辟一個安全的空間，” 辛克斯說?！斑@種增強，從GEO廣播與MEO互補的內(nèi)容，將是一個巨大的變化，特別是對于沒有蜂窩網(wǎng)絡獲取數(shù)據(jù)的軍事用戶”。這就是說，目標是提供可靠可信的智能化服務。

 展望未來。PNT發(fā)生了很多事情，重點是找到不同的方法將PNT數(shù)據(jù)傳遞給用戶。比爾斯格林說，NTS-3只是其中之一，但可以作為“衛(wèi)星導航服務最終將是一種更復雜、多模式的方法”的探路者。比爾斯格林說，NTS-3是一顆演示衛(wèi)星，并不意味著要有操作冗余，但即使是這樣，它的尺寸、重量和功率也將是當前GPS衛(wèi)星的一半，從而使發(fā)射更容易。比爾斯格林說：“我們也在探索允許一次發(fā)射多顆衛(wèi)星的方案”。“這本身確實提供了提高系統(tǒng)體系整體彈性的選項”。該團隊目前正在整合新墨西哥州柯克蘭空軍基地的地面控制系統(tǒng)和任務操作中心。這將在今年夏天的地面衛(wèi)星能力測試和團隊訓練中達到高潮。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)測試架構(gòu)（GNSSTA）是一種可重新編程的軟件定義接收機，允許用戶接收傳統(tǒng)GPS和由NTS-3生成的先進信號，該架構(gòu)也正在開發(fā)中，當然至關重要。它為未來的作戰(zhàn)接收機奠定了基礎，為太空部隊提供了預防和快速應對常見戰(zhàn)場威脅的選項，如GPS干擾和欺騙。欣克斯說：“我不想過分強調(diào)確保我們有用戶設備來接收將要廣播的信號的重要性”?！白罱K將從我們的導航系統(tǒng)中受益的是用戶。如果我們沒有用戶，我們的衛(wèi)星只是天空中的一大塊金屬，而不是向任何人有效發(fā)送信號。我們正在與AFRL傳感器管理局和MITRE公司合作開發(fā)一種軟件定義的接收機，他們在展示我們所做的好處方面做得非常出色”?！盢TS-3由AFRL轉(zhuǎn)型能力辦公室與美國太空軍和美國空軍合作管理。NTS-3將于今年晚些時候在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地搭載新的聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟“火神”火箭發(fā)射。