25 年前，美國領導的盟軍發動了世界首場“太空戰”，將伊拉克軍隊趕出了科威特。雖然實際戰鬥並沒有發生在地球大氣層的上層，但基於衛星的全球定位系統 (GPS)在 1991 年波斯灣戰爭期間，在盟軍迅速瓦解薩達姆·侯賽因的軍事力量方面發揮了關鍵作用。如果沒有在天空中的軌道之眼，特別是美軍在科威特和伊拉克數百公里荒涼、狂風肆虐的沙漠戰場上進行導航、通訊和制導武器將會困難得多。
GPS 將改變戰爭，並很快成為冒險家、運動員和通勤者的不可或缺的資產。事實上，該導航系統已經變得如此普遍，以至於五角大樓已經完全迴歸，並正在投資數千萬美元來幫助軍隊克服其對該技術的嚴重依賴。GPS 的訊號相對較弱，通常不可靠且容易受到干擾，也稱為“干擾”。這促使國防高階研究計劃局 (DARPA) 開始開發在無法使用衛星訪問時也能發揮作用的導航輔助裝置。
“我在哪裡？”
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1991 年 1 月，在伊拉克入侵併佔領鄰國科威特使國際社會發出警報數月後，美國和十幾個其他國家發起了“沙漠風暴”行動。為期數週的空襲行動對伊拉克的通訊網路、武器工廠和煉油廠發動了隱形轟炸機、巡航導彈和雷射制導的“智慧”炸彈的襲擊。然而，要將侯賽因的部隊趕出科威特，需要進行地面作戰，這對不習慣沙漠作戰的盟軍成員來說是一個艱鉅的挑戰。安東尼·馬斯塔利爾上校說：“在海灣戰爭中，引入 GPS 對美軍來說尤其及時，主要是為了解決一個古老的問題：我在哪裡，我要去哪裡？”他是美國空軍航天司令部第 50 太空聯隊的副指揮官，基地位於科羅拉多州的施裡弗空軍基地。施裡弗基地設有主控站，用於確定美國 GPS 衛星的軌道並更新其導航指令。“當像部隊那樣，你幾乎沒有地標或參考點時，這些資訊就尤為重要。”
1991 年 2 月 24 日地面戰役開始時，美軍面臨著幾個挑戰。首先，分配到向敵方防禦工事發射導彈併為步兵部隊掃清道路的美軍炮兵部隊，歷史上需要一天左右的時間來勘測戰場並設定彈藥。在科威特，情況並非如此，因為步兵的裝甲坦克、卡車和其他車輛移動迅速，能夠以每小時 50 公里以上的速度行駛。這樣的速度將需要快速設定、發射炮兵炮並將其移動到下一個地點。未能這樣做意味著步兵在與伊拉克人交戰之前將無法獲得足夠的炮兵支援。擔心敵人會對盟軍步兵使用化學武器，這更加強調了對高效炮兵掩護的需求。五角大樓指望 GPS 來幫助解決這個問題。
另一個挑戰涉及美國地面戰略的關鍵組成部分——將步兵和炮兵移動到沙漠中更加荒涼的地區，以便包抄和包圍伊拉克部隊。GPS 對於幫助地面部隊“穿越伊拉克人不屑於防禦的地形至關重要，因為他們認為沒有人能找到穿過那裡的路，”馬克·德雷克，一位退役的美軍空軍少校說道，他曾在海灣戰爭期間擔任第二太空作戰中隊的作戰分析主管。該中隊運營著施裡弗的主控站以及控制和支援美國 GPS 衛星星座的全球監測站和地面天線網路。
爸爸媽媽，請寄 GPS 來
陸軍決定依賴 GPS 是一場豪賭。一個全面執行的 GPS 星座需要 24 顆衛星，這是美國在 1995 年 4 月才實現的目標。1991 年初，美國空軍的Navstar（使用計時和測距的導航系統）星座僅包括 16 顆衛星，其中 6 顆是舊的研發部門改造的，以幫助戰爭。與當今 24/7 的 GPS 覆蓋不同，最初的 Navstar 星座中的衛星可以對齊足夠長的時間，每天提供大約 19 個小時的覆蓋。精度將在 16 米以內，誤差或多或少，比早期的 GPS 系統的誤差為幾公里要好，但與當今的釐米級精度還不太一樣。
除了訊號問題外，GPS 接收器也供不應求。首先，只有 550 個PSN-8 行動式 GPS 接收器可供使用。幸運地獲得行動式裝置的部隊將這些 8 公斤重的裝置（每個耗資 45,000 美元）安裝到他們的車輛上。第二個更便攜的選擇是 1.8 公斤的AN/PSN-10 小型輕便型 GPS 接收器 (SLGR)，或稱“重擊手”。軍方大約有3,500 個由天寶導航公司製造的 SLGR 裝置可用於海灣戰爭。“你會聽到關於空軍、海軍和陸軍人員讓他們的父母寄給他們民用 GPS 接收器，以便他們可以在那裡找到自己的出路的故事，”德雷克說，他目前在施裡弗擔任航天器執行支援經理。當他們在陌生的領土上機動時，他們會使用尼龍搭扣、螺絲或膠帶將裝置固定到他們的悍馬或坦克上。最受歡迎的之一是3,000 美元的NAV 1000M 接收器，麥哲倫公司自 20 世紀 80 年代後期以來一直將其出售給划船者、徒步旅行者和其他冒險家。
GPS 如何工作
GPS 由三個部分組成：衛星、接收器和地面控制站。Navstar 目前有 31 顆執行衛星，它們每 12 小時在地球上方約 20,000 公里的軌道上執行。馬斯塔利爾說，該星座使用六個等距軌道平面，每個平面有四到五顆衛星，並且在六個平面之間散佈著幾顆輔助衛星。GPS 衛星訊號攜帶由其原子鐘標記的時間碼
s，它本質上是透過測量原子的振盪來保持時間的。時鐘使 Navstar 星座中的每顆衛星都能持續廣播一個訊號，其中包括時間和衛星的預測位置。
GPS 接收器（無論是安裝在海上的船隻中還是嵌入在腕錶中）透過測量至少四顆不同衛星廣播的訊號的相對時間延遲來計算其緯度、經度和高度。與此同時，地面控制包括六個監測站、四個地面天線和施裡弗的主控站，後者透過地面天線與衛星通訊。
導航勝利
雖然今天的 GPS 精度和可靠性比 25 年前要好得多，但盟軍的豪賭得到了回報。在地面戰爭期間，地面戰爭只持續了大約 100 個小時，GPS 接收器在陸地導航和炮兵支援方面提供了很大幫助，這是伊拉克士兵所說的“鋼鐵雨”的大規模轟炸的一部分。GPS 補充甚至取代了炮兵測量員的羅盤、類似望遠鏡的瞄準圈、計算尺和其他行業工具。GPS 也是新炮兵武器的核心，包括陸軍戰術導彈系統，該系統在海灣戰爭期間首次亮相，射程約為 270 公里，並使用 Navstar 衛星制導來追蹤目標。
一顆 Navstar GPS 衛星正在進行發射前測試。
由美國空軍提供。
事實證明，在幫助美國陸軍第七軍和第十八空降軍發起側翼機動方面，衛星導航發揮了重要作用。這次機動被不同的軍事領導人稱為“聖母瑪利亞”行動或“左鉤拳”行動，其中部隊向伊拉克人預計聯軍進攻的科威特南部點以西很遠的地方行進。當時，在4萬輛坦克、佈雷德利戰車、榴彈炮和騎兵的部隊中，只有3000臺GPS裝置可用。陸軍部隊在兩天內穿過大部分未知的沙漠，行進了200多公里，然後在2月26日進行了決定性的73號東線戰役，與伊拉克共和國衛隊交戰。這場戰役的名字揭示了聯軍在到達敵軍前是多麼依賴先進的導航輔助裝置——“73號東線”是沙漠中間的地圖上的一條南北線，而不是城鎮、道路或其他物理參考點。
GPS干擾
在海灣戰爭期間，聯軍部隊也看到了GPS的最大弱點。例如，馬斯塔利爾說，伊拉克部隊在薩達姆·侯賽因的宮殿等標誌性建築的頂部安裝了干擾器，以防止它們被擊中。他補充說，這有助於軍方儘早意識到，他們必須進一步開發雷射制導彈藥和其他在GPS不可用時可以獲取目標的武器。干擾透過向訊號傳輸中新增更多噪聲來破壞接收器從衛星接收資料的能力。鑑於GPS訊號在到達地球時通常很微弱，調整信噪比並不困難。這些訊號被比作從大約20000公里外看到的一個25瓦燈泡發出的光。
在一定程度上，可以透過增加訊號強度和使用能夠更好地區分訊號和噪聲的天線來對抗干擾。然而，與此同時，五角大樓也認識到過度依賴基於衛星的GPS的危險。國防高階研究計劃局 (DARPA) 在 1980 年代幫助小型化了 GPS 接收器，並開發了將 GPS 制導新增到彈藥的方法，現在正在投資開發新型的慣性和自校準感測器，這些感測器可以在衛星服務不可用時繼續準確地跟蹤接收器的位置。這包括5000萬美元的增強穩定性的原子鐘 (ACES)計劃，該計劃旨在開發手機大小的行動式電池供電原子鐘。目標是下一代時鐘的穩定性比當前型號高 1000 倍，即使在與衛星通訊斷開的情況下，也能準確地維護裝置中的時間和導航資訊。
如果 DARPA 的願景得以實現，軍事單位未來可能會配備原子鐘和 GPS 接收器，以幫助他們在敵對領土中找到方向。