伽利略的地面段问题

欧洲全球导航卫星系统伽利略(Galileo)最近频繁遭受“几乎中断”，很可能是由于日冕，也可能是由于英国退欧，但无论如何都是由于历史上的一些吝啬。

在我解释发生了什么之前，我应该匆忙地说，一周中的大部分时间，伽利略对大多数用户来说都运行得很好。但例如，9月28日星期一，一颗卫星偏离了惊人的5米。对于声称1米精度的卫星系统来说，这是相当可怕的。

全球导航卫星系统(GNSS)帮助我们确定我们的位置、速度和时间。这三点都可能非常重要。例如，时间信号用于同步电力生产、无线电网络和全球数据库。

为了让我们的手机知道它在哪里，它需要知道两件事：GNSS卫星在哪里，以及机上时钟的确切状态。通过对从太空接收到的信号进行计时，GNSS接收器确切地知道它离卫星有多远。从那里，它可以计算出地面上的位置、速度和时间。

最重要的是，空间的轨道和原子钟并不是完全规则的。为了以期望的精度确定我们的位置，我们需要更新“星历”(轨道)，每小时运行一次。

在过去的几个月里，伽利略一直在努力及时确定和传播这样的轨道修正。通常情况下，这个问题每周发生一到两天，到目前为止，卫星已经足够正常，这并没有太大地降低精度。除了9月25日。

世界各地的监测站一起工作，测量伽利略卫星的精确度，并确定星载时钟领先或落后多远。

这些信息每10分钟被合并到一个新的“星历”中，每颗单独的卫星都会发生这种情况(有22+2次测试)。然后，星历被上传到正确的卫星，然后卫星将其广播给世界各地的用户。因为接收器经常得到理论轨道和时钟的更新，所以他们可以准确地完成他们的工作。

太空中的每颗卫星都配备了四个时钟，多个电源，多台计算机，多个东西，只是为了确保有足够的空间容量来保持事物在10年内每天24小时工作。

那么，它将有超过24个碟子可供与24颗伽利略卫星通话，这是合情合理的。从工程的角度来看，在地面部分出现大量产能过剩甚至是有意义的。与建造和发射一颗卫星的成本相比，这似乎是一项合理的投资。

伽利略正在进化，很快就会(？)。将提供两项新服务：高精度服务(High Accuracy Service)和OpenService网络消息身份验证(OpenService Network MessageAuthentication)，前者承诺实现分米级精度的实时更新，后者为导航消息添加加密签名。

此外，2021年初将发射两颗新的伽利略卫星，这些卫星当然也需要地面部分的关注。

与伽利略卫星交谈需要一个中等大小的碟子，伽利略卫星以每秒3公里的速度飞驰，所以碟子需要跟踪卫星在天空中移动的轨迹。

因为地球是圆的，欧洲某个地方不可能只有一个大型地面站--上行链路设施需要分布在世界各地。

虽然伽利略已经投入了超过100亿欧元，但由于季节的原因，上行能力一直是有限的。大多数时候，只有一部分卫星在进行活跃的地面通信。在过去的几年里，目标一直是每颗卫星至少每100分钟与地面联系一次。

这意味着现有的卫星天线容量将从一颗卫星转移到另一颗卫星，以确保每颗伽利略卫星至少每小时一次受到关注。

所以这已经是一个非常节俭的设计了。据我所知，我们的目标是，如果一切正常，最多也就是24颗卫星中的20颗可以同时联系到。

名义产能已经不是“100%”，但通常情况下，情况并不是名义的。在典型的一周中，至少有一两天的伽利略卫星没有及时获得新的信息。

粗略地看一下更新频率就会发现，通常只有13个磁盘在与伽利略卫星通话。

原因可能是多种多样的-由于各种原因，许多上行电台都设在偏远的岛屿或北欧群岛上。考虑到新冠肺炎，要到达这些岛屿做维修或扩建工作并不容易。

此外，一些监测站设在英国领土上，似乎这在英国退欧后可能不再奏效。

由于更多的技术原因，不可用的碟子会对卫星重新加入网络产生不确定的影响。因此，在修复初始问题之后，上行站问题的结果可以持续很长时间。

伽利略应该飞行24颗运行中的卫星-但事实并非如此，有22颗正在运行。这个数字只有通过保持工程原型在生产中才能达到，这在它工作的时候是很棒的。伽利略号竭尽全力让22颗卫星保持运转。

随着时间的推移，原子钟会退化，变得难以驾驭。目前正在运行的最古老的伽利略卫星(E11)就有这样一个不守规矩的时钟。如果按照名义计划，每10分钟收到一次更正，这不是问题。

2020年9月下旬，通讯中断，E11在没有反馈的情况下继续工作，导致它的时钟积累了两次5米以上的当量误差-但没有就此发出警告。

伽利略卫星是非常可靠的，但也不是很自主-一旦从地面够不到，在很长一段时间内，卫星都会完全按照命令行事。然而，在这种情况下，E11应该复制一些其他伽利略卫星的诀窍，并学习如果最近没有收到地面的消息，如何宣布自己不可靠(“在没有保证的情况下工作”)。

因为就目前情况而言，大多数伽利略卫星将愉快地持续24小时广播健康状态，即使它们没有进行过全面接触。对于一些卫星来说，这是一个合理的配置，但对另一些卫星来说，情况就大相径庭了。

我不太确定。众所周知，伽利略计划是一个100亿欧元的项目。你会认为有足够的钱购买和操作40个中等大小的卫星天线。

地面站价格昂贵，尽管原因并不总是一目了然。有人告诉我，一个“伽利略级”的上行链路盘加上方向盘和其他硬件应该要15万欧元左右。我相信伽利略专用的部分将会翻一番，但与一颗卫星的成本(6500万欧元，不包括发射)相比，这仍然是一个可行的金额。

就像你可以雇佣一名顾问，每天支付2500欧元，但那个顾问实际上赚不到那么多钱，似乎有道理，一旦你在泰利斯·阿莱尼亚空间公司(Thales Alenia Space)订购了单个伽利略上行菜肴，就会以“数百万/年”的费率收费。

此外，“上行设施”的投标方式亦完全有可能导致额外容量的定价，以补偿较低的初始投标价格。这在进行大规模采购时非常常见-以短期节省换取长期更高的价格。

手头有时间的人或许可以通过拖网浏览欧盟的招标地点来弄清楚这一点。

这个问题似乎已经存在很长时间了，所以很可能不容易解决。据我了解，目前正在进行至少提供20道名义菜肴的工作，这是非常好的。

同时，将“无担保工作”功能从两个“测试”飞行器复制到所有其他伽利略卫星上可能是一个绝妙的想法。这至少会使伽利略成为一个“好的GNSScience用户”，如果他们不确定自己做得很好，可以配置卫星来标记自己有故障。总有GPS可以依靠！

从长远来看..。人们可能会开始问，为什么与在太空中飞行的辉煌的卫星相比，地面段如此贫乏，为什么这是有意义的。