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北斗卫星导航,中国要走自己的路|2022-07-20

 

1993 年美国为了截停行驶在公海上的银河号货轮专门屏蔽了这一海域的 GPS 信号导致银河号被逼停最终屈辱地被美方登船搜身

1996 年台海危机解放军本来想打 3 发导弹对台湾当局示警可因为美军再度关停相关区域的 GPS导致导弹打偏被对峙一方取笑但后来更名火箭军的官微披露这几次试射都成功

1999 年南联盟炸馆北约导弹精准制导对着中国驻南联盟大使馆轰炸事发之后解释地图坐标标错挑战全人类的智商但中国却难以反驳

网传的90 年代三大耻辱无一例外都与卫星导航有关

不管网传真假但 90 年代的中国国力羸弱是事实受人欺负也是事实

北斗一号就是在这种环境下1994 年报批启动研发最终于 2000 年发射两个地球静止轨道卫星完成组网

至此中国才有了自己的卫星导航系统

但我们想有自己千里眼可是从 71 就时刻准备着了

太空中的导航卫星
太空中的导航卫星

北斗一号我们盼了 29 年

大家都知道 1970 年中国的东方红一号卫星升空

但许多人不知道在 1971 年 5 月也就是东方红一号升空的仅仅半年后一份代号为灯塔计划的卫星导航项目书就被递到了中央的会议桌上

只是受限于当时的国力经费技术水平灯塔计划一拖再拖

为了推动项目落地减少卫星成本时任国防科委技术专家陈芳允提出了双星定位设想这个设想只需要两颗地球同步通信卫星就可以实现准确定位

相比起来苏联和美国的计划都是基于 24-36 颗导航卫星实现信号覆盖

这两国财大气粗都希望一步到位

但陈芳允知道投资卫星导航技术需要巨大的经费当时的中国承担不起所以必须能简则简

利用地球自身当做虚拟第三星将三星定位法生生降为了双星定位

如果双星定位的设想能实现那么中国就可以以极小的代价实现初步的导航卫星布置

为了验证自己的设想陈芳允院士带着自己的研究小组辗转新疆广西和北京的三地卫星测控站利用通讯卫星空余时间做试验

每天的凌晨 0 点到 2 点是测试唯一能利用的时段熬夜成了家常便饭但陈老当年已经快 60 岁了

直到 1989 年双星定位试验终于获得成功可此时的中国正在经历改革开放80 年代的政策是军队要忍耐军工要让位给经济建设

专家陈芳允,只可惜在北斗一号升空半年前去世了
专家陈芳允只可惜在北斗一号升空半年前去世了

国家要发展政策摆在那大道理大家都懂

尽管 80 年代末的中国已经在崛起但此时要说动国家推动导航卫星建设还有不少难度

没想到就在双星定位验证成功的第二年震撼世界的海湾战争就爆发了

也正是海湾战争让各国看到了卫星导航系统的强大

海湾战争中时任美国国防部长的理查德·切尼十分有底气地说伊拉克绝对不会想到在没有任何地形特征的情况下我军能够胜利地横穿西部沙漠

而这位部长的底气就是美国国防部研制的全球定位系统——GPS

有了 GPS 的加持战斧式巡航导弹指哪打哪儿

从而也诞生了外科手术式打击的战术名称

同时 GPS 为数百架美军战机提供精确导航大大提高了美军 F-16 和 B-52 战机的攻击精度依靠 GPS走最佳的隐蔽进攻路线隐身战机和巡航导弹仿佛进入了无防守的BUG战区

海湾战争从打响到结束美军在 42 天内打废了 80 万伊拉克军队伊军装备的苏式钢铁洪流在信息化不对称的战场情况下毫无还手之力

整场战争里伊军连一个美国人的影儿都没看到

战后总结美军也毫不避讳说这都是 GPS 的功劳

海湾战争是信息化战争的开端也让各国看到了卫星导航系统的军事作用

同样让中国猛然惊醒原来现代战争还能这么打那我们也得搞啊

可还没等中国缓过神儿来美国就又来挑事了

美军栽赃银河号装载着生化武器原料要求上船搜查但被中国船员言辞拒绝

在公海上贸然踏上一国航船犹如侵犯一国主权

事发之后中国代表迅速和美方展开谈判中国代表据理力争但没有一丝进展

1993 年 8 月 3 日正行驶在阿曼港公海上的中国银河号集装箱轮船正常值班的米军喜发现一架军用直升机悄然出现在货轮后方

海湾地区出现美国军用飞机太常见了米军喜也没在意

但不久这架直升飞机靠近船体并进行全方位无死角的拍摄就连船尾的厕所都没放过

随后直升机又通过 VHFl6 频道询问银河号的航向航速船籍港货运情况及目的港等详细航程信息

出于礼节和商船航行的惯例当时的中国海上力量薄弱没法远洋护航营救之类的所以商船在外都怕惹事船长张如德如实回复这才让直升飞机走了

12 时 30 分美军得寸进尺一艘编号为 61 的大吨位巡洋舰带着导弹和火炮还有清晰可见的舰载直升机足以击沉银河号的火力再次出现

在距离 4 海里处紧随不舍同事有两架美国军用飞机轮换低空伴航

而船员们不知道这个 4 海里的位置是美军军舰最佳射程

当晚 19 时 30 分银河号接到上级指令立刻抛锚停船没有人想到银河号即将漂航 22 天

停船的位置是霍尔木兹海峡东口深海

深水抛锚容易走锚

霍尔木兹海峡位于伊朗与阿曼之间水深流急且流向伊朗水域一侧船走锚后肯定进入伊朗水域

美方担心中国船员拿走锚当借口漂到伊朗水域

美军也下了最后通牒只要银河号进入伊朗海域将采取军事手段击沉银河号货轮

其间船舶走过两次锚但都被船员及时发现了避免摩擦

这要放在现在说不定辽宁舰山东舰叫上三弟就冲过去了奈何当时海军能力弱弱到战忽局局座一说海军都流泪

摇曳在海上的美军战舰
摇曳在海上的美军战舰

银河号却被美军的战舰围困了 22 天

也是中国船员和美军对峙的 22 天船上的物资逐渐消耗

美军通过直升机观察到银河号的困境于是拿出食物和物资企图诱降船员接受检查

为了保卫主权船员们坚决不从没有吃的我们钓鱼没有蔬菜厨师就用绿豆培养豆苗来对付

最终90 年代的中国权衡利弊为了避免事态扩大造成影响我们妥协了同意美方登船但前提是美军以沙特顾问的第三方角色上船搜查

8 月 27 日以中国外交部国际司副司长沙祖康为组长的检查团一行 16 人登上银河轮看望全体船员

但他在接到命令时禁不住连喊了 17 句耻辱

堂堂一国货轮在他国的舰船利炮下被逼停不仅无处申诉还要被污蔑甚至临场搜身船员们感到羞耻无比

有说法称银河号之所以被逼停是因为美国直接关闭了霍尔木兹海峡整片海域的 GPS 导航服务

银河号不得不停船等待指示

GPS 卫星定位的工作原理是通过均匀分布在地球外太空表面的 24 个导航卫星向地面单方面发送信号

在这个过程中卫星只负责发射信号地面上的定位点则负责接收信号

单个 GPS 卫星信号的覆盖范围模型图
单个 GPS 卫星信号的覆盖范围模型图

为了对同一个点的进行实时定位导航卫星采用三边测量法再加上信号的传递有时间差所以一个定位点往往需要通过 4 台导航卫星的信号来确定实时位置

而每一颗 GPS 导航卫星的信号范围是 28 度相对应的信号覆盖区域的地球圆心角度 152 度的区域

因此为了保证同个平面内的地点都能接收信号起码要有 3 个导航卫星进行覆盖

所以从理论上讲要想屏蔽一个地面点的导航信号需要同时关闭多台卫星的信号从平面上看就是要把信号能传送到定位点的所有卫星给关了

如下图所示就是信号能传递到定位点的最边缘的两颗卫星的位置在这两颗卫星上方的其它卫星也要相应关停

平面图上,如果要屏蔽一个地点的信号,至少要关闭到最边缘的两个 GPS 卫星的信号
平面图上如果要屏蔽一个地点的信号至少要关闭到最边缘的两个 GPS 卫星的信号

可一旦关闭这些卫星的信号会有多少地面区域受影响呢

单按这个平面图算一算的话就是黄线上面的弧形边区域表面都受影响答案是接近 85%

为了一艘银河号美国也要关掉全球约 85% 的卫星得不偿失

所以我们要从理性角度出发去看待关闭 GPS 信号不太可能

但如果加干扰对当时的美军是小菜一碟

说实话即使没有导航系统老船员们根据航海知识也可以继续航行不会因为缺失 GPS 而停船

所以银河号当时更大的威胁是美军迫于美军武力的淫威不得不停船

银河号安全回国后,众船员的合影
银河号安全回国后众船员的合影

但不管怎么样美军能在浩瀚海洋中定位银河号派出多艘舰艇迅速伴航和截停说明美军信息化发展程度

银河号事件让中国蒙羞要杜绝此类事件中国就必须发展信息化发展海军

卫星导航系统首当其冲

1994 年 2 月关于印发双星导航定位系统工程立项报告的通知印发出台陈芳允院士的成果正式被应用到了生产线

这个通知标志着北斗一号项目的落地65 岁的中科院院士孙家栋受命担任工程总设计师

年轻时的孙家栋,看起来很精神
年轻时的孙家栋看起来很精神

年轻时的孙家栋看起来很精神

孙家栋是中国航天卫星工程的老人早在 1970 年孙家栋就被钱学森直接点名担任了中国第一颗人造卫星的总设计负责人

后来他又参与了遥感探测卫星返回式卫星通信卫星气象卫星地球资源探测卫星的项目在这些项目中历任总负责人

同时他还是陈芳允院士的科研成果采纳人

由孙家栋院士来负责北斗项目实至名归

有了陈芳允院士的理论兜底以及孙家栋院士的技术基础双院士 buffer 加持北斗一号项目很快就完成了

2000 年 10 月和 12 月北斗一号两颗卫星顺利升空中国正式拥有了属于自己的导航卫星

可这一刻大家却不敢高兴

因为在 4 个月前联合国的一则通知让孙家栋等众人惴惴不安

目标2007 年 4 月 17 日

2000 年 6 月联合国国际电信联盟向世界宣布将挤出最后一小段航空导航频段供各国平等申请时效为 7 年

当然原则是先到先得

 

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