根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）委托撰寫的一份最新報(bào)告，如果全球定位系統(tǒng)（GPS）失靈30天，美國(guó)就可能會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題：無(wú)法卸貨的貨船在美國(guó)各港口外造成交通堵塞，大大減慢貨物的交付速度；急救人員需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能到達(dá)火災(zāi)、事故和犯罪現(xiàn)場(chǎng)；手機(jī)用戶會(huì)頻繁遇到通話中斷和服務(wù)質(zhì)量下降等問(wèn)題，電信網(wǎng)絡(luò)也可能隨后崩潰；農(nóng)民需要更多的時(shí)間種植莊稼。該報(bào)告估計(jì)，如果GPS失靈30天，美國(guó)的經(jīng)濟(jì)損失將達(dá)300億~450億美元。

由大約30顆GPS衛(wèi)星提供的精確位置和導(dǎo)航信息（圖1）——GPS至少需要24顆衛(wèi)星才能運(yùn)作——不僅對(duì)迷路的司機(jī)來(lái)說(shuō)是必不可少的，對(duì)農(nóng)民、礦業(yè)公司、測(cè)量員和快遞公司等用戶來(lái)說(shuō)也是不可或缺的。這些衛(wèi)星很重要，因?yàn)樗鼈兡軅魉途_到40 ns以內(nèi)的時(shí)間，允許時(shí)鐘和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同步，這對(duì)金融交易、電信、天氣監(jiān)測(cè)和許多其他應(yīng)用至關(guān)重要?！叭藗冋J(rèn)為GPS就應(yīng)當(dāng)是這樣的——就像電一樣?！泵绹?guó)加利福尼亞州斯坦福大學(xué)航空航天名譽(yù)教授Bradford Parkinson說(shuō)。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了GPS，目前正在參與指導(dǎo)斯坦福大學(xué)定位、導(dǎo)航和授時(shí)中心的工作?！八膬r(jià)值是巨大的，而且還在不斷增長(zhǎng)?！?/span>

圖1 如圖所示，這顆GPS IIR-M衛(wèi)星是2005—2009年發(fā)射的系列衛(wèi)星之一。它與美國(guó)GPS衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的約30顆其他GPS衛(wèi)星一道，每天繞地球兩圈，向地面?zhèn)魉蜁r(shí)間和軌道數(shù)據(jù)，以使接收器能夠精確地確定它們的位置。Credit: United States Government (public domain)

但是，即便開(kāi)發(fā)人員研發(fā)出越來(lái)越多的GPS應(yīng)用程序，“許多人還是對(duì)GPS過(guò)于自信。”意大利都靈理工大學(xué)電子和電信系助理教授Fabio Dovis說(shuō)。Fabio Dovis主要研究GPS及與其相類似的系統(tǒng)?！八麄儧](méi)有意識(shí)到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的漏洞?！?/span>

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的漏洞包括可能摧毀GPS衛(wèi)星或干擾其傳輸?shù)目植酪u擊或軍事攻擊。GPS信號(hào)也可能被偽造，從而無(wú)法提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航。太陽(yáng)耀斑是一種由太陽(yáng)噴發(fā)出的電磁輻射，它偶爾會(huì)干擾信號(hào)，導(dǎo)致設(shè)備短暫地失去與衛(wèi)星的連接或無(wú)法提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息。1859年爆發(fā)的太陽(yáng)耀斑甚至讓一些電報(bào)局都著火了，像這樣威力極強(qiáng)的大規(guī)模太陽(yáng)耀斑可能會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響?！癎PS很容易失靈?！泵绹?guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)前海洋運(yùn)輸系統(tǒng)主任Dana Goward說(shuō)，Dana Goward是美國(guó)弗吉尼亞州亞歷山大彈性導(dǎo)航和授時(shí)基金會(huì)的負(fù)責(zé)人。“太陽(yáng)只要朝著錯(cuò)誤的方向打個(gè)嗝，就會(huì)把衛(wèi)星烤熟?！彼f(shuō)?！叭绻皇且蕾嘒PS而沒(méi)有其他備選計(jì)劃的話，我們將會(huì)面臨很大的風(fēng)險(xiǎn)?！?/span>

GPS從未長(zhǎng)時(shí)間停止過(guò)信號(hào)傳輸。然而，2016年1月發(fā)生的事件表明，即使是暫時(shí)的中斷也會(huì)引發(fā)許多問(wèn)題。當(dāng)時(shí)，運(yùn)營(yíng)GPS的美國(guó)空軍讓一顆舊衛(wèi)星退役，衛(wèi)星停機(jī)引發(fā)軟件錯(cuò)誤，導(dǎo)致其他衛(wèi)星發(fā)出了誤差達(dá)13.7 μs的定時(shí)信號(hào)。這個(gè)小故障在世界各地引發(fā)了諸多問(wèn)題，例如，英國(guó)的一些無(wú)線電廣播被中斷，美國(guó)部分地區(qū)急救人員的導(dǎo)航設(shè)備無(wú)法使用。由于監(jiān)測(cè)GPS的技術(shù)人員很快發(fā)現(xiàn)并糾正了這個(gè)錯(cuò)誤，所以這些問(wèn)題只持續(xù)了幾個(gè)小時(shí)。

根據(jù)NIST于2019年6月發(fā)布的報(bào)告，位于美國(guó)北卡羅來(lái)納州的非營(yíng)利性研究機(jī)構(gòu)美國(guó)三角研究所（RTI International）的研究人員咨詢了近200名專家，以確定GPS在美國(guó)經(jīng)濟(jì)十大領(lǐng)域中的價(jià)值。該報(bào)告估計(jì)，GPS在1984—2017年助力美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)逾1.4萬(wàn)億美元。該報(bào)告還詳細(xì)說(shuō)明了GPS停機(jī)30天的潛在影響。作者沒(méi)有具體說(shuō)明停機(jī)原因，但他們認(rèn)為，GPS停機(jī)將會(huì)使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)失效，而本來(lái)使用GPS的設(shè)備可以在此時(shí)連接其他系統(tǒng)，如俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和中國(guó)的北斗系統(tǒng)。盡管美國(guó)國(guó)會(huì)在2018年通過(guò)了一項(xiàng)法律，要求開(kāi)發(fā)一種基于地面的GPS備份系統(tǒng)，但該系統(tǒng)目前尚未建成，因此，如果GPS失靈了，用戶就不能指望它了。

根據(jù)這份報(bào)告，如果GPS失靈，一些經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域部門幾乎不會(huì)受到影響。例如，電力公司將繼續(xù)生產(chǎn)和輸送電力。但由于電力公司目前主要依靠GPS進(jìn)行電網(wǎng)監(jiān)測(cè)和服務(wù)中斷分析等活動(dòng)，因此，這一領(lǐng)域的總體損失約為2.75億美元。

與之相比，報(bào)告的調(diào)查結(jié)果表明，其他經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域?qū)⑹艿絿?yán)重?fù)p害。例如，海運(yùn)業(yè)將蒙受巨大損失。盡管船舶仍能航行，但GPS信號(hào)的中斷將使該行業(yè)損失超過(guò)100億美元，主要原因是港口延誤。各大港口依靠GPS協(xié)調(diào)到港船只的卸貨并管理集裝箱。如果沒(méi)有GPS數(shù)據(jù)，港口運(yùn)營(yíng)將會(huì)大幅放緩，船只可能要等上幾天才能卸貨。

電信行業(yè)也將受到重大打擊。GPS的精確定時(shí)對(duì)電信網(wǎng)絡(luò)的許多功能都至關(guān)重要。例如，如果你想在列車上打電話，在列車行進(jìn)時(shí)，GPS允許網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切換，將電話從一個(gè)基站轉(zhuǎn)到另一個(gè)基站。如果GPS失靈，用戶可能會(huì)在24~48 h內(nèi)注意到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開(kāi)始惡化，包括通話中斷增多和數(shù)據(jù)傳輸速度變慢。為了保持聯(lián)系，呼叫者必須在同一地點(diǎn)保持不動(dòng)。報(bào)告指出，兩周后，電信網(wǎng)絡(luò)可能也會(huì)開(kāi)始失效。

手機(jī)和其他設(shè)備提供的實(shí)時(shí)導(dǎo)航和分路段顯示導(dǎo)航也會(huì)因?yàn)镚PS失靈而無(wú)法工作。導(dǎo)航失敗將減緩貨物的交付，增加燃料消耗和污染物的產(chǎn)生，以及拖慢急救人員。信號(hào)中斷也會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)造成損失，因?yàn)镚PS已經(jīng)成為各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備（包括自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)、播種機(jī)和農(nóng)作物噴灑機(jī)）在操作時(shí)不可或缺的組成部分。衛(wèi)星導(dǎo)航讓農(nóng)民能夠更精確地種植、澆水、施肥和收獲。

該報(bào)告估計(jì)，GPS失靈的總代價(jià)是每天10億美元，如果GPS失靈發(fā)生在4月和5月的種植季節(jié)，則總代價(jià)為15億美元。鑒于美國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值每天約為580億美元，如果GPS失靈，美國(guó)經(jīng)濟(jì)將縮減1.7%~2.6%。該報(bào)告的共同作者之一、RTI International的經(jīng)濟(jì)學(xué)家Kyle Clark-Sutton說(shuō)，對(duì)一個(gè)行業(yè)的影響將會(huì)波及其他行業(yè)，因此“每天10億美元是底線，而不是上限?！彼f(shuō)，在不久的將來(lái)，這一成本會(huì)更高，因?yàn)殡娦啪W(wǎng)絡(luò)正在向5G轉(zhuǎn)變，公用事業(yè)正在采用智能電網(wǎng)技術(shù)，這兩種技術(shù)都將更加依賴GPS技術(shù)?！拔覀冋幱诟右蕾嘒PS的風(fēng)口浪尖?！彼f(shuō)。

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