NTS-3能否体现美国PNT的领先地位？

 下一代卫星导航系统会是啥样子？NTS-3会告诉你！NTS-3（导航技术卫星-3号）是美国近50年来首次进行此类实验，因为海军研究实验室的NTS-1和NTS-2航天器在20世纪70年代引领了GPS星座的发展。导航技术卫星-3号（NTS-3）有望改变卫星导航的系统架构，并为作战人员提供更强大的PNT能力。这颗实验卫星将从近地球同步轨道（GEO）广播新信号，打破目前看到的GPS中地球轨道模式，并使服务进一步现代化。该卫星最近刚刚进入下一阶段：为2023年晚些时候的发射作准备。在NTS-3被宣布为美国空军第一个先锋计划仅四年后，L3Harris的太空飞行器最近被交付给空军研究实验室（AFRL）测试设施。NTS-3项目经理阿伦·比尔斯格林表示，太空飞行器完全集成，与PNT有效载荷组装在一起，并组装到诺斯罗普·格鲁曼公司的ESPAStar总线上，团队计划今年夏天开始认证整个系统的性能。比尔斯格林说，这是向前迈出的重要一步，因为AFRL现在能够利用政府和承包商的资源，高效地完成所有必要的步骤，然后才能将卫星送往卡纳维拉尔角发射。这包括剩余的内部有效载荷和有效载荷到总线的功能和性能测试。发射后，GEO将对新型PNT信号进行首次射频广播测试，这标志着一个重大的里程碑的到来。

 NTS-3将为AFRL和合作伙伴组织提供一个空间平台，以进行实验和综合能力演示。比尔斯格林表示，该团队正计划尝试与现在全球的GNSS社区相更为一致的技术。“50年前GPS开始时，这是业内唯一的游戏，”他说。“现在的GNSS与当时的情况有所不同。其他国家正在开发系统，这些系统能够从一个空白开始，并在其系统的设计上有所不同，尽管可以补充GPS的工作方式”。这就是说，需要崭新的开始。

 实验。NTS-3首席研究员乔安娜·欣克斯（Joanna Hinks）博士表示，自该项目启动以来，一个由约30名科学家和工程师组成的团队一直在开发各种测试。从一开始，他们的指导思想就是，看看如何能够使用最现代的技术从头开始设计一个系统，他们应该做些什么。其中一个主要目标是开发一种可以在轨道上轻松更新而不中断的系统，这与以往的迭代NTS-1和NTS-2不同，后者为GPS奠定了基础，但多少年来基本上一直保持不变。新卫星的可编程数字信号发生器将使信号更抗干扰，并且提供防止欺骗的认证。欣克斯表示，将有可能将信号上传到卫星并开始发射传输，而无需重新启动整个卫星，这是一个巨大而必要的进步。另一项实验涉及新型相控阵天线。辛克斯说，这一特性使得数字控制高功率波束并在需要的地方发送信号成为可能，这样它们就可以在地面上得到最佳使用。她说，该团队还正在探索先进的计时技术，以自动检测其中一个原子钟何时出现故障或异常，然后对其进行校正，这样卫星就不必停止运行，就能确定出了什么问题。欣克斯说：“现在我们有了卫星，我们可以走过去看到它，所以我们已经收集了大量数据，这些数据将用于我们的在轨实验”。“我们有能力实际触摸事物并改变事物，因此我们正在收集信号和时钟的数据，这些数据被用于最终确定我们的实验计划的细节，并帮助我们了解如何在轨道上收集数据”。

 准备发射。比尔斯格林说，这项端到端的综合任务不仅包括卫星，还包括地面控制系统和可重新编程的用户设备。因此，除了在接下来的九个月内完成剩余的空间环境测试，包括声学、冲击和热真空测试以及天线校准和功性能特性之外，该团队还必须训练一套复杂的软件工具，以实现指挥和控制，并计划和执行100多项实验。欣克斯说，测试各种接口也很重要，包括航天器与用户设备的接口和地面控制与用户设备之间的接口。AFRL将依靠L3Harris这样的行业合作伙伴来交付和全面支持地面控制系统。他们还致力于为地面控制增加自动化。通用功能将实现自动化，以消除在重复任务中引入人为错误的风险。

 为战斗人员服务的先进PNT。美国军方和盟国依靠GPS获取24/7 PNT定时数据。比尔斯格林说，这对他们来说至关重要，这就是为什么它必须变得更好的原因。比尔斯格林说：“NTS-3将探索从地球同步轨道增强GPS的技艺、技术和新的作战概念”。“我们正在提供空间广播，旨在将继续与MEO广播的GPS信号交互。我们可以进一步提高GPS的鲁棒性，这是现代化努力的一部分”。比尔斯格林说，NTS-3将为作战人员和其他依赖GPS的人员提供更强的弹性和灵活性。该卫星将能够在最极端的环境中发送信号，无论士兵在哪里，都能提供可靠的PNT服务。比尔斯格林还说：“NTS-3这款先锋号不仅旨在通过关键的新技术和技术开发来支持全球定位系统用户，而且还展示了一种灵活、反应灵敏的美国卫星导航体系结构，这对于成功地战胜当今和未来几十年对作战人员最具挑战性的威胁至关重要”。欣克斯也说，这颗卫星正在打破传统GPS的模式，这表明有可能提供一种看起来不同的导航服务。例如，它不必局限在MEO的所有卫星都在同样类似的轨道上。不同的信号可以与传统GPS信号结合使用，以实现更稳健、更灵活的服务。“我们正在为未来的创新开辟一个安全的空间，” 辛克斯说。“这种增强，从GEO广播与MEO互补的内容，将是一个巨大的变化，特别是对于没有蜂窝网络获取数据的军事用户”。这就是说，目标是提供可靠可信的智能化服务。

 展望未来。PNT发生了很多事情，重点是找到不同的方法将PNT数据传递给用户。比尔斯格林说，NTS-3只是其中之一，但可以作为“卫星导航服务最终将是一种更复杂、多模式的方法”的探路者。比尔斯格林说，NTS-3是一颗演示卫星，并不意味着要有操作冗余，但即使是这样，它的尺寸、重量和功率也将是当前GPS卫星的一半，从而使发射更容易。比尔斯格林说：“我们也在探索允许一次发射多颗卫星的方案”。“这本身确实提供了提高系统体系整体弹性的选项”。该团队目前正在整合新墨西哥州柯克兰空军基地的地面控制系统和任务操作中心。这将在今年夏天的地面卫星能力测试和团队训练中达到高潮。全球导航卫星系统测试架构（GNSSTA）是一种可重新编程的软件定义接收机，允许用户接收传统GPS和由NTS-3生成的先进信号，该架构也正在开发中，当然至关重要。它为未来的作战接收机奠定了基础，为太空部队提供了预防和快速应对常见战场威胁的选项，如GPS干扰和欺骗。欣克斯说：“我不想过分强调确保我们有用户设备来接收将要广播的信号的重要性”。“最终将从我们的导航系统中受益的是用户。如果我们没有用户，我们的卫星只是天空中的一大块金属，而不是向任何人有效发送信号。我们正在与AFRL传感器管理局和MITRE公司合作开发一种软件定义的接收机，他们在展示我们所做的好处方面做得非常出色”。”NTS-3由AFRL转型能力办公室与美国太空军和美国空军合作管理。NTS-3将于今年晚些时候在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地搭载新的联合发射联盟“火神”火箭发射。