在太空中，GPS到底有沒有用呢?
先、GPS是什么？
GPS(Global Positioning System）定位系統(tǒng)始于20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸戰(zhàn)略的重要組成。理論上，24顆GPS衛(wèi)星在離地面2萬(wàn)公里的高空上，以約12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)(98%)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。這樣根據(jù)三維空間定位原理，就足夠?qū)崿F(xiàn)定位(4顆衛(wèi)星構(gòu)建四個(gè)方程組解決四個(gè)未知數(shù)：三維坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差信息)。后來(lái)經(jīng)過擴(kuò)展，它的衛(wèi)星數(shù)穩(wěn)定在32顆左右，它們分布在6個(gè)平面上，軌道傾角為55度，達(dá)到zui優(yōu)設(shè)計(jì)。由于衛(wèi)星的壽命長(zhǎng)短不一，美國(guó)每年都會(huì)發(fā)射一些衛(wèi)星更新這個(gè)系統(tǒng)。
GPS信號(hào)包括兩種，一種是普通民用碼，所有的接收機(jī)都能用；另一種是軍碼，不用解釋了，除了美國(guó)和它的盟友，其他人不要想了。這兩個(gè)精度差多少，百倍左右，你的手機(jī)和車載導(dǎo)航軟件里，用的就是普通民碼，所以你的精度是定到某條街上。
第二、GPS定位在近地空間能干什么？
它的應(yīng)用實(shí)在太廣泛了，因?yàn)樗且环N無(wú)源定位系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之的原理就是只要你有一個(gè)接收機(jī)，能接收到它的信號(hào)(低于它的軌道高度，20200千米左右，GPS信號(hào)都是指向地球發(fā)射的)，從理論上講可以容納個(gè)接收機(jī)工作，任何一個(gè)接收機(jī)如果有至少四顆衛(wèi)星信息就可以定位。所以它的應(yīng)用可謂從天到地，題主關(guān)心的太空，在低軌空間是完全沒有任何問題的！
低軌(軌道高度<1000千米)是應(yīng)用zui廣泛的太空領(lǐng)域，人類的地球觀測(cè)衛(wèi)星(各種資源衛(wèi)星、科學(xué)研究衛(wèi)星比如重力、磁場(chǎng)、洋流、幾乎所有的間諜衛(wèi)星)都處在這個(gè)高度范圍內(nèi)，用這個(gè)是妥妥的。大致的低軌衛(wèi)星定位原理是什么呢？
大概意思是為了確定低軌衛(wèi)星的軌道：你要有一個(gè)高大上的星載GPS接收機(jī)（沒有幾個(gè)搞得到），很多星上輔助儀器數(shù)據(jù)(星敏感器、加速度計(jì)等等)，加上對(duì)地球進(jìn)行各種復(fù)雜動(dòng)力學(xué)建模(重力場(chǎng)、海洋潮汐、太陽(yáng)光壓、地球固體潮、地球大氣潮、三體引力等等)，加上工程實(shí)踐的各種算法中補(bǔ)償措施，再加上工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/span>zui后可以算出低軌衛(wèi)星的軌道，然后打個(gè)激光檢驗(yàn)一下就知道自己算的精度啦。這應(yīng)該就是題主說的太空應(yīng)用，也是GPS在太空的大多數(shù)應(yīng)用。
第三、這個(gè)應(yīng)用的精度有多高？
目前的科研進(jìn)展是，給單個(gè)衛(wèi)星定軌道的精度是實(shí)時(shí)30厘米/事后定位2厘米左右，這是個(gè)什么概念呢？低軌衛(wèi)星的飛行速度在7000m/s以上，地面上的聲速的20倍以上，zui快飛行子彈(狙擊步槍)速度的7倍以上，2厘米的精度是不是很震撼？而且是連續(xù)定位，每時(shí)每刻都能有很的軌道，要知道這些低軌衛(wèi)星離GPS可是2萬(wàn)公里以上的！
遠(yuǎn)不止如此，對(duì)于編隊(duì)飛行的衛(wèi)星，可以形成獨(dú)特的雙差基線，GPS輔助編隊(duì)衛(wèi)星的定位精度會(huì)大大提高，達(dá)到0.5毫米級(jí)別(用星上單向的高頻精度為微米級(jí)的雷達(dá)檢驗(yàn))，這個(gè)記錄目前就是我們組保持的。這是個(gè)什么概念，如果讓兩只蚊子共同跳一個(gè)華爾茲，一只蚊子在荷蘭都阿姆斯特丹，另一只蚊子在法國(guó)都巴黎，這個(gè)精度足夠幫它們校正同步動(dòng)作了。下面是歐洲和美國(guó)zui近幾個(gè)任務(wù)做出的結(jié)果(來(lái)自我的科研課題)。
這些精度能滿足什么呢？所有類型低軌衛(wèi)星的軌道確定，軌道轉(zhuǎn)移機(jī)動(dòng)，空間交會(huì)對(duì)接，人類所有的載人航天任務(wù)都可以用到，而且GPS帶來(lái)的精度提高是質(zhì)變！但很不幸，這些所有的應(yīng)用必須基于軍碼，民碼根本不可能！
第四、這個(gè)的意義是什么？
軌道的意義自然不用說，所有的對(duì)地觀測(cè)儀器都需要知道它們的位置才能反推并應(yīng)用它們的數(shù)據(jù)，否則同樣一組數(shù)據(jù)，你弄不清楚測(cè)的到底是北京的還是天津的，還有什么意義？GPS的出現(xiàn)，大提高了人類的低軌衛(wèi)星定軌精度，直接往厘米級(jí)別沖。
科學(xué)應(yīng)用，舉一個(gè)zui簡(jiǎn)單的例子，GPS定位的重力衛(wèi)星因?yàn)楸旧碥壍谰却蟠筇岣?，反向把地球重力?chǎng)模型精度提高了100倍以上。
軍事戰(zhàn)略應(yīng)用，呵呵，美國(guó)這么多間諜衛(wèi)星，動(dòng)輒拿出嚇?biāo)廊说牡孛娣直媛剩芸辞遘嚺颇芸辞逡桓銦?。試問一句，離了上面的軌道可能做到么？
軍事戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用，要知道那是給低軌衛(wèi)星用，就已經(jīng)達(dá)到了厘米級(jí)精度，如果給導(dǎo)彈、戰(zhàn)車、單兵、飛機(jī)全部都裝上會(huì)有什么？事實(shí)上，目前美國(guó)基本所有的武器，凡是有導(dǎo)航要求(需要知道自己位置)的，全部都裝了GPS。那些夸張精度、戰(zhàn)斗力驚人的導(dǎo)彈和炸彈，都有GPS在給出它們位置幫助制導(dǎo)校正，保駕護(hù)航。看這個(gè)MK-82激光/GPS制導(dǎo)炸彈，GPS天線妥妥的在上面。
第五、既然GPS是無(wú)源定位，理論容量，我們?yōu)樯哆€搞北斗？
1、美帝不會(huì)給你接收機(jī)的，因?yàn)?/span>GPS是美國(guó)軍方搞得也是軍方控制的，所有的核心芯片只有美國(guó)人能做出來(lái)且其嚴(yán)格保密。所以民用的，拿出來(lái)賺錢；軍用的，包括低軌衛(wèi)星上用的，再見，呵呵！即便是歐洲，上面提到的衛(wèi)星上用的GPS接收機(jī)，基本都來(lái)自美國(guó)航空航天局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，壟斷。咱們就只能想著了。。。
2、控制方是大爺，GPS在建成后放開民用市場(chǎng)時(shí)有一個(gè)selective availability政策，什么意思呢？他們?nèi)斯そo所有的民用碼加了巨大的噪聲，導(dǎo)致你定位不準(zhǔn)。后來(lái)俄羅斯的格洛納斯競(jìng)爭(zhēng)日趨猛烈，美國(guó)一激動(dòng)2000年5月2日取消了，變化有多大，然后格洛納斯就木有希望了。
同樣的道理，對(duì)美國(guó)而言，我哪天心情不好了，除了美國(guó)的軍用接收機(jī)，能輕輕松松讓全的所有民用和非正當(dāng)渠道搞來(lái)的所謂“軍用接收機(jī)”全瞎！所以你如果用了GPS在你們的武器里作為導(dǎo)航(比如像大家的車一樣裝GPS導(dǎo)航儀)，美國(guó)大兵表示：呵呵呵呵，有本事過來(lái)打我啊！
3、如果只是失效還就算了。還有一個(gè)可怕的，是釋放干擾信號(hào)，反正GPS信號(hào)都是美帝的工程師做的，一旦有應(yīng)用，我釋放一個(gè)假的信號(hào)源，一模一樣的信號(hào)結(jié)構(gòu)，只是不同的信息內(nèi)容但強(qiáng)度大很多。那你所有的武器、衛(wèi)星接收到的都是假的位置信息，發(fā)生什么，你自己發(fā)的導(dǎo)彈走成什么漂亮的漂移弧線，你能預(yù)測(cè)么？也許在你面前就是一朵燦爛的煙火了……
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