伽利略挂了,再次肯定了“北斗人”当年的选择

时间 • 2019-08-11 17:11:58

【文/大包】

第二枚战斧导弹,沿着第一枚炸开的缺口精准打击——解放军被震惊了。

那一年,GPS一战成名。

1990年的海湾战争。美军的导航卫星还只有15颗,每天只能提供15小时的服务。一切都还不成熟。

当时的美国国防部长理查德·切尼却很有底气:“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。”

一个新名词诞生了:“外科手术式打击”。战争的结果已经载入史册,那是一场高科技之战。想象一下,数十架轰炸机、投弹数百吨才能完成的水坝轰炸任务,变成只需要2枚导弹在数百公里外突袭发射,甚至第二枚可以通过第一枚炸开的大坝缺口钻进去。

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,隐身战机和巡航导弹几乎也全部依靠GPS来选择最佳的隐蔽进攻路线。海湾战争后,第一次世界大战前后诞生的陆基无线电导航系统,被美国首先取代为GPS卫星定位导航系统。

当时,被新闻报道震撼的人们都想问,GPS怎么来的?

搁置十年

1957年10月4日,苏联成功发射了人类历史上第一颗人造卫星“斯普特一号”,两个美国人密切关注着这件人类历史上的大事。这是两个物理学家,他们在实验室中发现,这颗卫星的频率出现了偏移,经研究原来是相对运动引起的多普勒频移效应。他们又研究发现,在地面上架设多部接收机,就可以根据接收到的信号的不同频差推算出这个卫星的具体位置。

那如果反过来呢?五角大楼想知道,如何在茫茫大海中找到军舰的位置。好像有思路了。

1958年2月1日,美国成功发射了“探险者一号”卫星。1958年5月17日,毛泽东豪迈宣布“我们也要搞人造卫星”。当时的毛泽东可能并不知道,GPS系统的前身,也就是美军的子午仪卫星定位系统,已经在那一年开始研制。

1970年4月12日,“两弹一星”工程中的“一星”终于迎来了成功发射,东方红乐曲响彻太空。这时定位导航卫星已经进入了决策层的视野。因为1958-1964年间,美国海军和美国空军分别制定并实施了全球定位计划Tinmation和621-B,此后又被美国国防部合二为一。

1978年美军开始实施GPS计划,中国科学家也没有停止过对中国的定位导航卫星的论证。但按当时中国的经济和技术条件,想搞一套GPS还是遥远的梦想。

能不能尽量用较少的卫星资源建立中国自己的“GPS”?后来获得“两弹一星”功勋的陈芳允院士,提出了双星定位方案,并在1989年演示成功,实现了地面目标利用两颗卫星快速定位、通信和定时一体化。

但由于种种原因,陈芳允的计划还是被搁置了。演示成功的那一年,美国的第一颗GPS工作卫星发射成功。也是在那一年,被5年前国庆阅兵式上“我国首台亿次巨型机银河-I”的彩车震撼,放弃北大选择国防科大的王飞雪,步入了大学校园。

第二年,海湾战争爆发了,也把中国人打醒了,被搁置十年的双星定位方案马上启动。

GPS这类系统方案中,第一个要解决的问题就是:卫星该采用低、中、高哪种轨道?如果采用低轨道,发射成本比较低,精度比较高,但若覆盖全球的话则需要200颗卫星,这样浩大的工程,连美国也负担不起。

如果采用高轨道,理论上三颗卫星就能覆盖全球,但定位精度会很低,而且高轨道卫星的发射难度大。

美国采用了24颗卫星中轨道的折中方案。而中国当时的国情是既没钱也没经验,在起步阶段选择了只在高轨道发射两颗星,静止在中国上空为中国服务。空间中三个坐标才能定位,北斗一代在双星定位方案中有个高度仪,用户需要自测高程,并将结果作为第三个坐标。真是够节省的!

仓库实验

1995年,还在读博士的王飞雪,听到一个消息。正在前进中的北斗一代系统建设遇到了瓶颈问题——信号快速捕获,国内十几家单位、几十位知名专家10年没能攻破。

“为什么不可以另辟蹊径?”王飞雪和几个同伴夜以继日的奋战了好多天,写出一个新算法,红着眼睛交给导师也是系主任庄钊文。庄钊文在计算验证后眼前一亮,但他知道,事情不简单。各种质疑声不绝于耳。“这是事关国家安全和经济发展战略的重大科研项目,岂是儿戏?”“这个难题别人耗费10年功夫也没有攻克,几个年轻人能行?”不少专家甚至认为这是一个“根本不可能实现”的方案。

庄钊文带着这几个年轻人去找一位老先生。老先生跟这几个年轻人说,你们还需要用实验来证明你们在纸笔当中得出的这个结论。

这几个年轻人拿着4万尝试经费和一台台式计算机,找了一个十平方米的仓库改造成实验室。整整3年,他们一无所获,但没有放弃。“因为很难,我很兴奋,一心想搞清楚。”王飞雪说,“最初的电路板模型大如门板,光芯片就有192块,后来芯片压缩到63块,改成了3块小板。”

三年后的一天,他们像往常一样打开设备,调试等待,突然间有人说你看你看上面有一个信号,所有人把头都凑在这个小小的屏幕前,他们不相信自己的眼睛,于是重新做了一次实验,信号如约而至,几个小伙子抱在一起跳啊、笑啊、哭啊。