25年前,美国美国领导的联军把伊拉克军队赶出科威特,登录杏耀平台发动了世界上第一次“太空战争”。虽然实际的战斗并没有发生在大气的上层,但是基于卫星的全球定位系统(GPS)在1991年波斯湾战争期间联军迅速瓦解萨达姆·侯赛因军队的过程中发挥了关键作用。特别是美国军队,如果没有他们在空中的轨道眼睛,在科威特和伊拉克数百公里荒凉、多风的沙漠战场上导航、交流和引导他们的武器将会困难得多。
GPS将改变战争,并很快成为冒险家、运动员和通勤者不可或缺的资产。事实上,导航系统已经变得如此普遍,以至于五角大楼又绕了一圈,投入数千万美元帮助军方克服对该技术的严重依赖。GPS相对较弱的信号往往不可靠,容易受到干扰,也被称为“干扰”。这促使美国国防高级研究计划局(DARPA)开始开发导航辅助设备,当无法访问卫星时就可以使用。
1991年1月,在伊拉克对邻国科威特的入侵和占领引起国际社会警惕几个月后,美国和十几个其他国家发起了“沙漠风暴”行动。持续数周的空中打击,使隐形轰炸机、巡航导弹和激光制导“智能”炸弹袭击了伊拉克的通讯网络、武器工厂和炼油厂。然而,将侯赛因的军队从科威特清除出去需要地面战斗,对于不习惯沙漠战争的联盟成员来说,这是一个令人生畏的前景。“全球定位系统的引入对海湾战争中的美军来说尤其及时,主要是为了解决一个古老的问题:我在哪里?我要去哪里?”位于科罗拉多州施里弗空军基地的美国空军太空司令部第50太空联队副指挥官安东尼·马斯塔利尔上校说。施里弗拥有主控制站,用来确定美国GPS卫星的轨道并更新导航指令。“当你像军队一样只有很少的地标或参考点时,这些信息尤其重要。”
1991年2月24日,地面作战开始时,美军面临着几项挑战。首先,美国陆军炮兵部队被指派向敌方防御系统发射导弹,并为步兵部队扫清道路,这在历史上通常需要一天左右的时间来勘察战场并设置弹药。但在科威特情况并非如此,因为步兵的装甲坦克、卡车和其他车辆移动迅速,时速可达50公里。这样的速度需要火炮快速架设、发射并转移到下一个地点。如果做不到这一点,步兵将无法在与伊拉克人交战之前得到足够的炮兵支援。人们担心敌人会对联军的步兵使用化学武器,这只会加剧对高效炮兵掩护的需要。五角大楼指望GPS来帮助解决这个问题。
另一个挑战涉及美国的一个关键组成部分为了包抄和包围伊拉克军队,美国的地面战略——将步兵和炮兵转移到更不适宜居住的沙漠地区。GPS将是至关重要的帮助地面部队”浏览地形,伊拉克人不打扰辩护,因为他们不认为任何人都可以在那里找到他们的方式通过,”马克·德雷克说,一位退休的美国空军的主要担任首席运营分析第二中队在海湾战争中空间操作。该中队操作着施里弗的主控站,以及控制和支持美国的全球监测站网络和地面天线的GPS卫星星座。
爸爸妈妈,请发GPS
军方决定依靠GPS是一场豪赌。一个全面运行的GPS星座需要24颗卫星,而美国直到1995年4月才实现这一目标。1991年初,美国空军的Navstar(使用时间和测距的导航系统)星座只包括16颗卫星,其中6颗是较老的研究和发展单位,用于帮助战争努力。与今天24/7的GPS覆盖不同的是,最初的Navstar星座中的卫星排列时间足够每天提供大约19个小时的服务。精度将在16米以内,或多或少,好于早期的GPS系统,它有几公里的误差范围,但不完全等同于今天的精确到厘米。
撇开信号问题不谈,GPS接收器也供应不足。首先,只有550个PSN-8便携式GPS接收器。幸运的是,士兵们被分发到这些8公斤重的装备上,每个装备花费4.5万美元。另一个更便携的选择是1.8公斤重的AN/PSN-10小型轻型GPS接收器(SLGR),也就是“重击器”。军方拥有大约3500台天宝(Trimble)导航系统制造的SLGR设备,可用于海湾战争。德雷克说:“你会听到空军、海军和陆军的工作人员让父母给他们发送民用GPS接收器,这样他们就能找到出去的路。”德雷克目前在施里弗公司担任航天飞机运营支持经理。当他们在不熟悉的地方移动时,他们会用维可牢尼龙搭扣、螺丝或胶带把设备固定在悍马或坦克上。其中最受欢迎的是价值3000美元的1000米导航接收器,自上世纪80年代末以来,麦哲伦公司(Magellan Corp.)一直向船夫、徒步旅行者和其他冒险家出售这种接收器。
全球定位系统(GPS)是如何工作的
GPS由三部分组成:卫星、接收器和地面控制站。Navstar目前有31颗运行中的卫星,每12小时在距地球20000公里的轨道上运行。马斯塔利尔说,星座使用6个等距轨道平面,每个平面上有4到5颗卫星,
杏耀平台 ,6个平面上散布着几个辅助卫星。GPS卫星信号携带由原子钟标记的时间代码,原子钟通过测量原子的振荡来计时。这些时钟使导航星群中的每颗卫星能够连续广播信号,包括时间和卫星的预测位置。
GPS接收器——不管它们是安装在海上的船只上还是嵌入腕表中——通过测量至少四颗不同卫星发出的信号的相对时延来计算它们的纬度、经度和高度。与此同时,地面控制系统由6个监测站、4个地面天线和施里弗的主控制站组成,后者通过地面天线与卫星通信。
虽然GPS精度和可靠性今天好多了比25年前,联盟的成效显著。在地面战争,持续了只有100小时,GPS接收器大大帮助土地导航和炮火支援,这是部分的大规模轰炸伊拉克士兵称为“钢雨。GPS补充甚至取代了炮兵测量员的罗盘、望远镜式瞄准圈、计算尺和其他工具。GPS也是新型火炮武器的核心,包括在海湾战争期间首次亮相的陆军战术导弹系统,它的射程约为270公里,使用导航卫星导航系统定位目标。
卫星导航证明了自己的勇气,帮助美国陆军第七兵团十八空降兵团发起一个侧翼的操作不同的军事领导人称为“万福马利亚”或“左勾拳”——这军队导航远西部的重点在科威特南部伊拉克人希望联军攻击。在2月26日与伊拉克共和国卫队(Iraqi Republican Guard)进行的73场决战中,这支由4万辆坦克、布雷德利(Bradley)战车、榴弹炮和骑兵组成的部队仅配备了3000部全球定位系统(GPS)设备。这场战役的名字让我们了解到联军是如何依靠先进的导航设备到达敌人的——“73东线”是地图上南北走向的一条线,位于沙漠中央,而不是城镇、公路或其他一些物理参考点。
GPS干扰
在海湾战争期间,联军部队也看到了GPS最大的弱点。马斯塔利尔说,例如,杏耀网址伊拉克部队在萨达姆·侯赛因宫殿等地标性建筑的顶部安装了干扰器,以防止它们被击中。他补充说,这有助于军方在早期就意识到,它必须进一步开发激光制导弹药和其他武器,以便在无法获得GPS的情况下获取目标。干扰会给信号传输增加更多的噪声,从而干扰接收器接收卫星数据的能力。考虑到GPS信号到达地球时通常是多么微弱,调整信噪比并不困难。这样的信号已经与一个25瓦灯泡发出的光的数量进行了比较,从大约2万公里以外的地方看过去。
在某种程度上,干扰可以通过增加信号强度和使用能够更好地区分信号和噪声的天线来应对。然而,与此同时,五角大楼认识到过度依赖基于卫星的GPS的危险。美国国防部高级研究计划局在20世纪80年代帮助将GPS接收器小型化,并开发了将GPS导航添加到弹药中的方法,现在正在投资新型的惯性和自校准传感器,这些传感器可以在无法使用卫星服务的情况下继续精确地跟踪接收器的位置。其中包括价值5000万美元的“增强稳定性原子钟”(ACES)项目,用于开发手机大小的便携式电池供电原子钟。新一代时钟的目标是要比现有的时钟稳定1000倍,即使在与卫星通信中断的情况下,也要准确地维护设备中的时间和导航信息。
如果美国国防部高级研究计划局的设想能够实现,那么有一天,军事单位将能够装备原子钟和GPS接收器,帮助他们在敌方领土上找到前进的道路。