美國要切斷俄羅斯的GPS連接?能!但他們不敢_風聞
老粥科普-公众号:老粥科普2022-03-20 16:56
自俄烏衝突爆發之日開始,美國對俄羅斯的制裁就如同雨點一般,連貓、狗、樹和柴科夫斯基都不能倖免,這不,又有消息説美國將切斷俄羅斯與GPS衞星的信號聯接,俄羅斯人可能沒辦法使用衞星地圖了,發佈這條消息的是俄羅斯航天局局長羅戈津,看樣子是“實錘”。
羅戈津説美國要切斷GPS
但是且慢!你有沒有想過,美國能做到嗎?它真會這麼做嗎?
現在就告訴你答案:美國的確能“切斷”GPS信號,但它打死都不會幹。
為什麼呢?且聽老粥為你一一道來。
什麼是GPS?
上世紀80年代之前,你要想知道自己出差的目的地情況,得查地圖,那時候一本厚厚的地圖冊是許多單位必備的東西。軍隊也一樣,飛行員在天上要展開導航圖,船長大副要查海圖,各種作戰地圖也是從司令部到班排長都不可或缺。
你最多能同時看到10顆GPS衞星
1973年,美國國防部想要通過衞星來給軍隊定位、為飛機船舶甚至導彈提供導航,於是啓動了“全球定位系統”(GPS)項目。1993年,首批24顆GPS衞星投入運行,組成了全球第一個衞星定位系統。
與其它衞星不同,GPS衞星只向地面發射數據,它不接收地面返回的數據。所有GPS衞星都在距離地面20200公里的圓形軌道上繞着地球轉,每天轉兩圈。衞星在飛行的過程中不斷地向地面廣播自己的位置:“我在這裏,我在這裏,我在這裏……”
遠洋航行的水手通過燈塔來避開礁石,判斷自己與港口的位置,GPS衞星就像是繞着地球飛行的燈塔。
GPS衞星與燈塔類似
每顆GPS衞星上面都安裝了兩個原子鐘,平時只用一個,另一個作為備份。原子鐘通過原子的振動來測量時間,比如説銫原子在兩個超精細基態之間的振動頻率是9192631770Hz,每1秒都振動這麼多次,頻率不會變,光在每一個振動週期裏傳輸的距離是3.26釐米。只要衞星跟地面上的時鐘保持同步,就能計算出衞星與地面站之間的精確距離,進而算出衞星在天上的準確位置。
理論上,當天空中所有衞星的座標已知,我們就可以通過接收其中3顆不同位置衞星的信號,計算相互距離,再通過三邊測量法算出我們自己的位置。為了更準確,我們的手機會同時接收4顆衞星的信號。
我們一般通過4顆衞星實現定位
GPS信號的公開性
就像海面上所有的水手都能看見燈塔的光線一樣,GPS衞星向地面廣播的信號是公開的,所有人都能收到,除非你自己不去接收它。
GPS最早只是軍用,它發射的信號是一串串加密的P(Y)代碼,普通人就是接收到了信號也沒辦法使用。後來美國人發現GPS有極廣闊的民用市場,於是增加了一個民用的C/A碼,C/A碼的誤差率比軍用的P(Y)碼要高十倍以上。換句話説,用加密的軍用代碼可以實現釐米級定位,民用的誤差達到米級,日常使用足夠。
破譯P(Y)碼需要專門設備,並且申請授權解碼才能使用,接收C/A碼的芯片則可以安裝在所有的手機和電子設備裏,任何人都能接收到衞星信號。
一顆GPS衞星信號能覆蓋約40%地球面積
GPS信號可以被切斷嗎?
美國GPS的24顆衞星分佈在6條中圓軌道上,每條軌道平均有4顆衞星,每顆衞星的天線發射信號範圍是28°,通過計算可以發現一顆衞星信號能覆蓋地球圓心角約152°,也就是超過40%的地球面積。
我們站在地球的任何一個地方,在任何時間裏都能看到2顆處於同一軌道的GPS衞星,並且能同時接收到6~10顆GPS衞星發出的信號。只要周圍沒有建築或樹木遮擋,手機搜到4顆衞星實現定位是沒有問題的。
兩顆衞星信號覆蓋的區域
因為衞星天線發射的角度固定,美國沒辦法選擇不向某一個區域發射信號,假如它不想讓俄羅斯接收信號,所有衞星飛過俄羅斯上空都不能開機,那麼整個歐洲、亞洲,包括大半個非洲,所有美國自己的飛機和艦船都收不到GPS信號了。這是不能接受的。
切斷俄羅斯的GPS信號會傷及美國自身
俄羅斯是航天大國,它也有自己的衞星定位與導航系統。2011年11月,俄羅斯建成了格洛納斯(GLONASS)衞星導航系統,同樣是6條軌道24顆衞星全球覆蓋,衞星軌道高度19100公里,定位精度達到2.8~7.4米,與美國GPS旗鼓相當。
與此同時,我們的北斗衞星導航系統(BDS)和歐洲的伽利略系統(Galileo)都有開放了民用,大多數手機的芯片也支持搜索這兩個系統的衞星信號,因此美國通過“切斷”GPS信號不讓別人使用不僅損害不到俄羅斯,反而會傷及自身。
它肯定不敢這麼幹的。