中国完成“高精度地基授时系统”——美国的担忧

最近的两项公告显示了中国在建立国家“高精度地基授时系统”方面取得的进展。最近公告中的一些措辞可能表明该系统已接近完成。

该授时系统旨在支持大量科学技术应用，并在天基信号不可用时提供服务。

一些西方观察家认为，这是中国在定位、导航和授时（PNT）技术方面日益领先于美国的又一个例子。

其北斗卫星 PNT 系统较新，并被认为在许多方面优于美国全球定位系统 (GPS)。这使得中国能够以牺牲美国为代价在世界某些地区获得影响力。

地面系统的完成可能会给美国带来更令人不安的影响。

最近的公告

今年5月21日，陕西《澎湃新闻》发表政务文章宣布加快西安科学中心建设。其核心将是该国的高精度地面授时系统。文章中尚不完全清楚该站点是否将成为该系统的工程和行政总部，或者几个“计时站”之一。

文章还表示，该国家系统将是世界上最大的系统，拥有超过 20,000 公里的光纤和 295 个时间和频率传输站点，并将集成天基和地面信号。

文章称，该网络将补充和改进该国西部地区的新 eLoran（有时被软件误译为“Roland”）系统。它还将支持东部地区传统的 eLoran“长波”信号，确保整个国家都能得到良好的服务。

2014 年中国科学院关于拉伦的论文中的图表显示了该国西部地区的预计覆盖范围。随后的文件和公告表明，该网络的西部部分已经完成或即将完成。（图片来源：中国科学院）

据称，该系统光纤传输的精度低于 100 皮秒，差分 eLoran 的精度低于 100 纳秒。

西方专家已经证实这两个目标都是可以实现的。欧洲的CERN 实验室已经通过光纤证明了皮秒级，英国的试验表明差分 eLoran 的精度在 50 纳秒以内。

最近宣布在西安和那曲建设中国高精度地基授时系统。

6月8日发布了一份简短得多的新闻稿，宣布在中国西部青藏高原那曲地区建立一个“计时站”破土动工。公告称，一旦该站建成，中国将“……实现长波[eLoran]授时信号的全国土壤覆盖……”

为全国服务的 eLoran 和光纤基础设施的扩展为中国提供了一些人所说的“PNT 弹性三合一”——来自太空、地面广播和光纤的信号。这三种交付来源截然不同，其中一种的意外或恶意中断极不可能影响其他交付来源。访问这三个内容的用户应该会受到最小程度的影响甚至没有影响。

5月和6月的公告均表示，完成计时工程将有利于中国国民经济和国家安全。

计时是重要的技术基础设施。更精确和更强大的计时可以改进当前应用程序并创建新应用程序。例如，更好的定时可以实现更高的频谱效率，并在现有频段上实现更高的吞吐量。基于光纤的高精度授时还可以支持使用 5G 电信网络在为自动驾驶车辆、无人机和其他系统提供服务的自主走廊中进行超精确定位。

中国的地基授时系统是其国家授时服务中心针对 PNT 系统方法的更大计划的一部分。该架构在 2019 年斯坦福 PNT 研讨会上被描述为“综合方法” ，其核心是基于卫星的导航，并包含各种其他功能。

该图显示了中国计划采用多种、相互支持、多样化的定位、导航、授时服务和数据方法。（中国国家授时中心在2019年斯坦福PNT研讨会上的发言）

一些观察家将中国的国家 PNT 努力追溯到1996 年第三次台海危机期间的一个事件。中国军队向蒂亚万基隆海军基地近海的一个地点发射了三枚导弹。其中两枚导弹丢失。据中国人民解放军称，这是因为美国拒绝或改变了导弹用于制导的 GPS 信号。

这一事件被中国军方称为“难忘的耻辱”，引发了数十年的努力，以确保中国在 PNT 方面不再依赖另一个国家或空间。北斗全球卫星导航系统和高精度地基授时系统是这方面最值得关注的两项成果。

对美国的影响

中国在关键的 PNT 技术和基础设施方面日益领先，引起了美国许多人的高度关注。

中国的全球导航卫星系统北斗系统较新，根据总统顾问委员会的说法，该系统在许多方面都远远优于全球定位系统。作为“一带一路”和数字丝绸之路倡议的一部分，中国将其作为“软实力”的工具，向其他国家提供北斗信号以及折扣用户和支持设备。如果成功，这些努力就会削弱 GPS 的使用和美国的影响力。

许多人更担心的是中国 PNT 主导地位所带来的“硬实力”影响。

一位国家安全委员会成员表示，虽然中国已经并将继续开发多种具有弹性的 PNT 来源，但在美国，“GPS 仍然是一个单点故障”。

因此，如果中国以某种方式干扰全球定位系统，美国对北斗系统的实物回应所产生的影响就会小得多。前中央情报局高级分析师乔治·毕比将这种战略不对称描述为“公开邀请”恶作剧或攻击。这很容易导致一系列不断升级的反应，最终导致无人愿意的武装冲突。

在战术层面上，中国的 eLoran 系统向近海延伸 1,000 英里，覆盖台湾、海峡和所有航道。在一场夺取该岛并使其受制于共产党政权的冲突中，中国可以封锁所有来自太空的信号，同时保留其部队的机动和通信能力。由于必须部署在远离其支持基地的地方，这已经处于不利地位，这将进一步阻碍美国、日本和其他希望帮助台湾维持独立的力量。

美国国防部宣称它可以在没有 GPS 的环境中良好运行，并表示它还在为部署的部队开发替代导航方式。

然而，这就引出了一个战略问题：如果台湾本土受到 GPS 服务长期严重中断的威胁，美国是否愿意向台湾或其他盟友提供援助。

在俄罗斯入侵乌克兰之前，克里姆林宫摧毁了一颗已报废的卫星，并吹嘘称如果北约介入，它将击落所有 32 颗 GPS 卫星并“蒙蔽北约”。许多观察家想知道这是否影响了美国和北约随后对冲突的政策。

不幸的是，我们几乎没有采取任何措施来消除交战对手通过 GPS 劫持美国本土的可能性。

二十年来，政府和行业对 GPS 生产的狭隘兴趣成功地反对了他们认为可能在有限预算中“竞争”空间的任何努力。人们呼吁此类项目通过“消除”GPS 卫星和信号的靶心来提高系统安全性，但没有成功。

然而，这种情况可能正在改变。几年前，国民警卫队开始开发国家计时架构和网络，称为NITRO。该项目支持警卫队自身的要求，能够在没有 GPS 的情况下进行操作并协助州急救人员。它已经在 7 个州投入使用。

不过，NITRO 的未来尚不清楚，因为国防部将其视为民防项目而不是国防项目，并且不再在预算中支持它。然而，国民警卫队的资金通过国防拨款流动。

截至撰写本文时，国民警卫队和 NITRO 仍陷于官僚主义和预算的无人区，没有明确的前进道路。