在軌運行的歐洲伽利略導航定位系統衛星

據英國廣播公司（BBC）網站報道，歐洲的衛星導航系統“伽利略”組網衛星上的原子鐘日前出現大規模故障，已經到了危及系統安全的地步。

在全部目前在軌運行的18顆衛星上，共有9臺原子鐘出現了故障并停止運行。發生故障的設備中有三臺是傳統的銣原子鐘，另外六臺則是精度更高的氫原子鐘，這些高精度原子鐘的采用，其目的就是想讓伽利略導航定位系統能夠達到超越美國GPS系統的精度。

就在去年12月份，歐洲正式宣布伽利略系統開始投入運行。

然而，僅有18顆在軌運行的衛星是不足以支撐一個全球性導航定位系統的，因此現在到了一個關鍵性時刻，歐洲必須決定是否現在就要先把后續衛星的發射計劃暫停，等待原子鐘的問題解決后再繼續。

歐洲空間局（ESA）的主管詹·沃納（Jan Woerner）博士在記者會上表示：“每個人都在問同樣的問題：我們是否先應該停下來檢查問題所在，還是繼續發射計劃？”

他說：“你可以說，這兩個答案都對。你可以說我們將會選擇等待，直到我們解決原子鐘的問題，但那就意味著如果軌道上有更多的原子鐘損壞，那么伽利略系統的能力將被削弱。但如果我們繼續發射，我們或許不能提升伽利略的能力，但至少能夠使其維持當前水平，但那樣的話你可能就要承擔一項重大風險，那就是或許我們沒有將某種潛在系統風險考慮在內。目前我們正就下一步的行動策略開展討論。”

仍在運行

每顆伽利略衛星都安裝有兩臺銣原子鐘和兩臺氫原子鐘，這樣的冗余設置確保一旦部分原子鐘出現故障，衛星也能繼續維持工作。目前全部在軌的18顆衛星都仍在正常工作，但其中有一顆衛星上的原子鐘壞了兩臺，只剩下另外兩臺在正常工作。大多數的氫原子鐘故障（5臺）都發生在早期發射用于技術驗證的衛星上，而全部的三臺銣原子鐘故障全都發生在后續發射的組網衛星上。

歐空局設在荷蘭境內“歐洲空間研究與技術中心”（ESTEC）的工作人員目前正在與這些原子鐘的制造商（瑞士Spectratime公司）以及衛星制造商（空中客車公司、泰雷茲阿萊尼亞宇航公司、OHB公司以及SSTL公司）方面一同嘗試判斷故障發生的原因。到目前為止，工程師團隊已經成功地讓一臺停止工作的氫原子鐘恢復了工作。

歐空局還與印度空間局方面取得了聯系，因為后者正在建設中的空間導航定位系統使用了與此次發生故障的衛星同樣型號的原子鐘，但后者目前還尚未經歷類似的故障現象。

挽救努力

歐空局在周三晚間發表的一份聲明中給出了有關此次事件的更多細節。從目前的判斷來看，工程師們認為銣原子鐘的問題似乎都存在一種共同的模式，可能與電路短路有關系，短路的原因則可能與地面上進行的某一測試環節有關系。

而氫原子鐘的問題工程師們認為對其有稍多一些的了解，他們認為可能有兩個原因，其中第二個原因的可能性更高。根據歐空局的聲明，這里提到的第二種原因是“當正常的氫原子鐘長時間被關閉之后將難以再次正常重啟。”

歐空局已經采取措施防止后續發生更多類似問題。其中包括改變在軌原子鐘的運行方式，另外未來將要發射的衛星上的原子鐘也將專門做改進措施，而未來新制造的原子鐘還將重新改進設計。盡管出現了這樣的問題，歐空局仍然希望能夠在2017年內將剩余的4顆待發射衛星送入軌道。對于衛星導航定位系統來說，高精度的原子鐘是這項技術的核心。伽利略衛星上使用的氫原子鐘精度可以達到每300萬年誤差不超過1秒。這樣的精度已經超過了美國GPS系統的民用信號水平。

根據設計，一個全部成型的伽利略衛星定位系統將包括24顆衛星，這些衛星分為3個不同軌道層面。但除此之外還需要備份星，從而保證一旦故障發生時能夠及時替補。再加上早期發射的衛星開始老化，需要更換新的衛星。因此可以說整個伽利略系統基本上都是處在不斷發射新衛星更新維護當中的。歐洲最新發射的4顆衛星是在去年11月份以一箭四星的方式發射升空的，按計劃今年還將安排一次這樣的發射。

伽利略系統是由歐盟委員會主導的項目，這是歐洲聯盟的執行機構。歐盟委員會授權歐洲空間局作為伽利略導航衛星系統的技術與執行機構。作為歐洲自己的導航定位系統，伽利略系統的發展歷程充滿坎坷：項目屢遭推遲，預算超值嚴重——按照目前估算，到2020年系統完成時，其花費將超過70億歐元（約合514.7億人民幣），這遠遠超出了歐盟委員會最初的設想。