卫星导航是为潜艇核战而创建的

“北极星A3”导弹发射。卫星导航最初是为了帮助像这样的导弹在万一发生全球核战争时能够准确地击中目标而开发的。美国海军照片

20世纪50年代末,美国海军面临一个可怕而复杂的问题——如何告诉一枚从潜艇发射的洲际核弹道导弹它应该去往何处?

与陆基导弹不同,陆基导弹的发射位置是固定的。潜艇导弹可以在任何时刻被下达发射指令——此时它们可能距离母港数千英里,而且更棘手的是,是从水下发射。

海军部门与刚刚成立的政府未来主义组织DARPA合作,建立了一个全球定位系统的前身——卫星星座,用于指示“北极星”导弹在从海下发射时自身的位置。

(海军最初打算在从水面舰艇发射的早期巡航导弹上安装核弹头,但后来认为这不是最佳方案,于是将项目转移到了潜艇上)。

这些导弹已经配备了复杂的陀螺仪和加速度计组件,这使得导弹能够较好地掌握自身位置,这是一种惯性制导系统。

(我在2009年参观伦敦德卡雷达公司旧厂时,看到了现代“三叉戟”导弹的惯性制导系统。那是我见过的最令人费解、最模拟的电子设备之一)。

这些传感器组合是美国为应对“回形针行动”而进行的一项对策的产物——该行动大规模招募了前德国火箭科学家,他们构成了二战后NASA的早期核心力量。

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“乔治·华盛顿”号,第一艘弹道核导弹潜艇。美国海军照片

在美国科学家在麻省理工学院传奇人物查尔斯·斯塔克·德雷珀的领导下,开发出了用于太空竞赛的惯性制导系统(这最终催生了阿波罗任务的制导系统),但其在潜艇上的应用很快被发现。

惯性导航效果很好,但并非完美。

当陀螺仪和加速度计测量潜艇在水下移动时的速度和方向变化时,读数中会产生一定程度的误差。

(这里有一个关于惯性制导的晦涩的笑话:飞机确切知道自己不在哪里(在合理范围内),并且知道自己之前在哪里。它现在用“不在哪里”减去“应该在哪里”,用“本来在哪里”减去“曾几何时”(反之亦然),并将差值与“不该在哪里”乘以“曾经在哪里”的乘积相加;从而得到其偏差与变数的差值,这个变数被称为“误差”。)

潜艇还有其他方法可以追踪其位置,例如无线电定位服务,如 LORAN C(一种最近刚刚关闭的无线电三角测量服务),以及测量海底深度并与一系列图表进行比较。

但是,与 LORAN C 不同,TRANSIT 卫星星座在远离陆地设施的开阔海洋中是可用的。

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TRANSIT 卫星导航工作原理。史密森尼学会图像

当一颗卫星从头顶经过时,它会向船只提供其位置数据,导航员会利用信号的多普勒效应变化来计算船只的位置。

根据一本20世纪70年代的民用 Magnavox TRANSIT 定位仪手册,“由于计算既复杂又广泛,因此需要一台小型数字计算机。”

海军开发了一种特殊的早期计算机——AN/UYK-1——来处理卫星读数的计算。

对于潜艇导航员来说,这意味着在万一发生全球核战争需要发射导弹时,他们需要快速上浮到潜望镜深度来重置潜艇的惯性导航系统。

所有信息都被输入到舰船惯性导航系统(SINS)中,这是2000年代早期装备在弹道导弹潜艇上的首批舰载计算机导航系统之一。

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20世纪70年代的备份 Transit 5-A 卫星。美国国家航空航天博物馆,史密森尼学会照片。

“为了获得 TRANIST 定位,我们必须上浮到潜望镜深度,升起一个特殊的天线。当时我们并不经常获得 Transit 定位,大约每 3 天一次,因为我们有持续的 LORAN 信号覆盖。我们在潜望镜深度停留约 15 分钟,并追踪卫星从升起到落下的整个过程,”美国海军导航员彼得·博因船长在史密森尼学会的超导航展览中告诉记者。该展览位于华盛顿特区的国家航空航天博物馆。

就像 TANG、太空毯和零重力笔一样,政府资助的开支逐渐渗透到日常生活中。TRANSIT 成为了广泛使用的商业导航工具(有人说苏联海军购买了商业接收器),直到它被速度更快的 GPS 系统所取代。

 

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