二`科學的創新8
無線電定位100年
史密斯等三個人駕駛著一隻大帆船，正在大西洋上與陡增的風浪搏鬥。突然，一陣惡浪打來，在就要翻船的危急關頭，史密斯毫不遲疑地打開了用於緊急呼救的信標機。
頃刻間，船翻了，三人全部落水。經過一番苦鬥，落水者們終於聚到了一起。
這是1982年10月9口，在離美國東海岸480千米的海麵上驚險的一幕。
他們得救了嗎?
經過一天的掙紮和期待，三個人終於見到一架運輸機朝這裏飛來。可是，它在他們頭頂上盤旋了好一陣子之後，最終還是飛走了。
三個疲憊不堪的人在海上漂泊著，又送走了一個難熬的夜晚。在他們絕望之際，忽然隱隱約約地聽到一種“突突突”的聲音由遠而近——一隻汽艇使三人死裏逃生。
哈哈，真是“命大福大” 在茫茫的大海上漂流了兩天還能生還!
不過，可能有人會說，這救援的速度還是太慢了點——要是能在幾小時趕到，不是更好嗎?
原來，帆船出事那天，前蘇聯發射的營救衛星——“宇宙-1383”號正飛越這個海域上空，盡管它距地麵1 000多千米，但靠著那異常靈敏的電子“耳朵”，還是收到了求救信號。經處理後，轉交給美國空軍基地的衛星地麵站。地麵站根據衛星的位置和提供的信號的方位等數據，用電子計算機算出了遇難者的準確位置，然後派出飛機偵察核實，再派出汽艇打撈。這樣，就用了大約兩天時間。
但是，更重要的原因是，當時所采用的是第一代衛星定位係統——多普勒人造地球衛星測地係統(我們簡稱“DPL”)，並不先進。
“DPL”的主要工作原理，是奧地利科學家多普勒(1803～1853)在1842年發現的“多普勒效應”。
那麼，“DPL”又是誰發明的呢?
1957年10月4日夜，前蘇聯發射了人類的第一顆人造地球衛星——按一定軌道運行的“伴侶1”號(Спутник-1)。年末，美國科學家吉埃爾和懷芬伯特在用無線電跟蹤接收機跟蹤它發出的電波的時候，又一次證實了無線電波中的多普勒效應。根據這個發現，他們就能方便地利用電波的頻率變化量，來跟蹤它的運行軌道了。
這件事被另一個美國科學家米德爾·基裏特知道以後，就用逆向思維法考慮：既然可以在跟蹤接收機的位置處(即已知地麵接收機的位置)測定發出電波的衛星的運行軌道，那麼反過來，如果已知發出電波的衛星的運行軌道，那不就可以測定地麵接收機的位置麼?
基裏特博士真是夠“絕”的了!
不過，這位善出“怪招”的基裏特，從小的“招”就“怪”。據說，他10歲時，曾同兩個哥哥一起到舅舅家玩。舅舅叫兄弟仨按“不準用任何工具，不得打碎瓶子”的規則，去打開一瓶“美利堅”牌高級汽水，然後才準喝。當兩個哥哥束手無策的時候，小基裏特用一根手指把軟木塞壓進汽水瓶，喝到了汽水。看來，這種逆向思維方式，基裏特從小就有了。
基裏特用衛星運行軌道測定地麵位置的主意倒是不錯，但有這樣一個問題：當衛星和所測定的地點沒有在同一個半球的時候，這種方法就失靈了——衛星發射的微波不能直線傳播而穿過地球，到達所測定的地點。
那怎麼解決這個問題呢?用“空中接力”——把幾顆衛星發射到地球上空各自恰當的地方，使衛星發出的微波能通過其他衛星傳播到地球的每一個角落。
這就是美國在20世紀六七十年代開發，並在軍事(例如用於跟蹤核潛艇)、測地等領域使用的第一代衛星定位係統——“DPL”。
但是，“DPL”有精度不是很高，處理速度慢(鎖定一個目標約90分鍾)的缺點——這也是前麵用了大約兩天時間才救出史密斯等三人的重要原因。此外，它還有使用不太方便，用途不是很廣等缺點。所以，它很快就趕不上信息時代的需要而被冷落了。
替代“DPL”的，是大名鼎鼎的“全球(衛星)導航定位係統”GPS(“GPS”，是Global Positioning System的縮寫)，也叫“導航星授時和測距全球定位係統”。相對於第一代衛星定位係統，GPS就是第二代衛星定位係統。
GPS是利用導航衛星實現全球性、全天候、高精度實時測距和定位的導航係統。它由美國國防部管理和控製，在1973～1993年用200多億美元建成，並在1994年正式投入使用。它和“阿波羅登月”、“航天飛機”工程，並稱為“美國20世紀三大航天工程”。
研製GPS的負責人是布拉德·帕金森。他的遠見之一是：係統采用數字化。“下一代人將會理所當然地認為永遠不會迷路。”對於這個傑作，帕金森這樣不無得意地說。
GPS主要由空間部分、地麵監控部分和用戶設備(GPS接收機)三大部分組成。
當初的空間部分，由距離地麵約202萬千米高空的逐步發射的24顆衛星構成。它們被平均分布在圍繞地球的6個軌道平麵上，都與赤道平麵成56°角做近似圓周運動。這24顆衛星的第一顆，是1978年10月6日發射的，1993年最後一顆衛星升空——終於在耗資300多億美元之後投入民用。為此，美國還拍了大片《深入敵後》。後來，GPS增加到35顆衛星。由於這些衛星繞地球1周的時間是11小時57分，所以可保證在地球上許多地方，在任何時間，都最少能讓GPS接收機接收到4顆衛星的信號。
GPS接收機內有一個運行很準的、和衛星同步的時鍾，當它接收到信號以後，它內部的電腦就能計算出它和這4顆衛星的各自距離，並由此確定它自己的地理位置。而這個過程，隻要一瞬間。
GPS廣泛用於軍事、定位、導航、資源勘探、科學研究、大地測量、土壤濕度測量、急救、出警……被世界各國使用。
GPS有多大的“神通”呢?看了下麵的實例就知道了。
1996年4月21日傍晚，俄羅斯車臣共和國的反政府武裝領導人杜達耶夫一行，在蒼茫夜色的掩護下，來到車臣共和國西南的小村莊格希丘野外1 500米的地方。他準備通過衛星通信，和遠在幾千千米以外莫斯科的俄羅斯政要商討進行談判的條件。但是，當他的“大哥大”接通幾分鍾之後，兩枚導彈從天而降，準確地落在離他的汽車1米遠的地方爆炸。隨即，杜達耶夫被炸成重傷，當晚不治身亡。
讓杜達耶夫命喪黃泉的，不是誰的準確情報，而是他的“大哥大”，以及厲害無比的GPS。
有了GPS，在1991年的海灣戰爭中，沒有一個美國軍人在人跡罕見、有時是“黃沙遮天”的大漠中迷失方向。