“河豚鱼”计划 (上)

2016-12-22 05:59刘进军
卫星与网络 2016年11期
关键词:杰弗里佩里苏联

+ 刘进军

“河豚鱼”计划 (上)

+ 刘进军

用耳朵能听见卫星的行踪吗?

用卫星信号能侦测导弹发射基地吗?

一个中学老师怎样打开卫星的秘密?

怎样用智慧撕开想象力的裂缝?

偷听卫星的秘密

在英国北安普敦郡凯特林市,有一所古老的凯特林文法学校。1577年6月15日,英国女王伊丽莎白一世授予土地和财产,在凯特林市建立一座凯特林文法学校。在长达300年的历史里,学校人才辈出。

1960年代,凯特林文法学校爆出一个令人震惊的大新闻。1966年,苏联发射了一颗“宇宙-112”卫星,对外宣称卫星是从拜科努尔航天中心发射的。一位叫杰弗里·佩里的物理教师和他的爱好天文、宇航的学生们发现了一个惊天秘密,他们听到了这颗卫星的信号。并且侦测到一个还不为人知的苏联新发射场。

杰弗里·佩里,1927年8月4日出生于英国艾塞克斯郡布伦特里市。1944年,二战胜败最关键的时刻,一个奇怪的东西落在离他家乡几英里的地方。当时,喜欢猎奇的佩里赶去观看,但不知道这是什么东西,后来听说那是一枚德国“V-2”火箭。火箭能飞那么快、那么高,杰弗里·佩里忽然意识到:太空旅行也许不再是梦!

1951年圣诞节,佩里的表哥送給他一本阿瑟·克拉克的《太空探索》。书里关于太空探索和卫星的基本物理原理引发佩里的无限想象。当时,佩里正准备争取牛津大学的奖学金,读了几篇关于国际地球年的文章,包括美国和苏联准备发射小型卫星的计划,立志研究太空和卫星。

拥有300年历史的凯特林文法学校。

1957年10月4日,苏联发射世界上第一颗人造卫星——“人造卫星-1”号。在全世界都感到惊讶和不可思议的时候,佩里早有心理准备了,没有感到什么奇怪。这时,一名高级科学硕士罗素,有几次在破晓之前视觉观测到卫星,震惊英国。佩里也一大早就起床看它,却没有看到,也没有看到一个月后小狗莱伊卡乘坐送入轨道的“人造卫星-2”。

不甘心的杰弗里·佩里与同事德里克·史雷特和学生们组成了一个天文观测小组,观测星空和崭新科技的产物——人造卫星。人造卫星,这是天文爱好者们争相观测的诱人天体。有的老师不以为然:咱们是文法学校,而且只是一个高中,观测卫星是理工科大学的事情。佩里则认为:咱们是文法学校,但也有物理、化学和数学等理工学科。天文观测可以扩展学生们的视野和想象,何况,学文科的学生更有想象力、观察力和空间感。校长最后一锤定音:那就试试吧!

1957年圣诞节期间,在利兹举办的科学大师协会年度会议上,英国斯托学校的约翰·奥斯本公布收到了“人造卫星-1”号的信号。佩里千方百计巴结他,乘机向他请教。他答应送给佩里一个开普勒频移间距8分仪作为教具,但始终没有送来。

在过去的两年里,佩里已经对天文有了一定的观测和摄影基础。佩里有一位同校当老师的好朋友,高级化学硕士、业余无线电爱好者德里克·史雷特。史雷特根据无线电知识意识到并告诉佩里:卫星在太空飞行,总要与地面通信,告诉自己的位置、方向、姿态、飞行状况和传输各种太空探测、侦察数据。“你的意思是我们有办法听到卫星的信号?”,“是的,完全可能!”如果没有德里克的专业知识、设备和合作,太空监测和观测卫星将难以成功。

当时,太空监测,各国军方主要利用雷达进行。根据雷达的反射信号,计算出开普勒轨道6要素:轨道倾角、升交点赤径、近地点角距、轨道长半轴、偏心率和近地点角,形成卫星星历,从而得到轨道高度、运行速度、星下点、升交点、运行周期、截距、偏心率、平均近点角等参数。

开普勒轨道6要素可计算出卫星星历,马上知道卫星的飞行轨道、高度、方向、速度和飞临时间等,也可以根据卫星的飞行轨道、高度、方向等参数,从而确定这是一颗什么卫星,具有什么功能,以及环球飞行路径和下次飞越时间等。

开普勒的行星运动定律和轨道6要素为战略导弹、运载火箭和航天器提供轨道动力学方程。卫星星历可以精确精密定轨和精密轨道预报。地面指挥中心知道了航天器的太空飞行、飞行控制、轨道摄动、位置保持、卫星编队等信息,就可精确指挥航天器的太空飞行。

老百姓没有雷达怎么办?根据物理、数学和无线电原理,佩里发明了一种利用多普勒频移原理,监听卫星信号的方法。多普勒频移是指波源和观测者的相对运动而发生的波长变化。这是多普勒在观察火车鸣笛时发现的。

当火车运动在远处时,声波波长较长,频率就较低,声音很粗犷,称为红移。在火车越来越近,声波波长被压缩,波长变得较短,频率变得较高,声音很尖利,称为蓝移。

根据声波的红移蓝移变化,可以计算出运动物体的方向、移动、高度、速度、角度、距离、时间、频率、带宽等参数。多普勒频移可以测量声波、光波、电波等波形,广泛应用于许多高科技领域。

雷达太空监测可以“看见”航天器,而无线电太空监听也可以“听见”航天器。佩里感叹:哦,真神奇!原来卫星还可以这样侦测。雷达“看见”航天器和无线电“听见”航天器具有异曲同工之妙。后来事实证明,各国军方均利用雷达和无线电,双管齐下,让隐秘的卫星现形,定位卫星,并窃听卫星通信的秘密。

杰弗里·佩里在进行太空监听

太空监听

1960年5月15日,苏联的“人造卫星-4”号从拜科努尔发射场发射。“人造卫星-4”号是一艘“东方”号试验宇宙飞船,试验载人航天技术。这个星期一的早晨,佩里和德里克使用从无线电俱乐部借来的“CR-100”信号发生器侦测卫星。

佩里和德里克第一次尝试接收“人造卫星-4”号发射的信号,取得圆满成功。整个星期,磁带记录了多普勒频移。他们错过分享“人造卫星-4”号发射成功的世界新闻和独家新闻的机会,但能亲自接收到卫星的信号,更值得庆祝。

星期五,“CR-100”信号发生器收到信号比预期晚。当被问到为什么,佩里回答说:“根据多普勒效应,宇宙飞船必定飞得更高了。“东方”号试验宇宙飞船可能飞行错误!”真的!当火箭发射后,飞船飞向错误的方向,苏联拯救了这艘球形的“东方”号试验宇宙飞船,里面还含有一个假人宇航员。

1961年夏天,在伦敦大学的物理教师课程上,佩里听说招募无线电与太空研究站的业余预测观察员,便申请加入。直到那时,佩里还是依靠《每日电讯报》提供预测。在秋季的学期假期,当准备测量美国“发现者-32”号照相侦察卫星传输的短波频段时,杰弗里·佩里老师重新组装设备,进行了观测,直到它信号消失。这些卫星监测数据被《天文学刊》转发,被认为是很有用的。

有人建议佩里可以监测美国“发现者-36”号卫星。他们已经监测了好几个星期,决定等到圣诞假期时,“发现者-36”会接近寿命终结。不幸的是“发现者-36”号照相侦察卫星的电池失败。

佩里和同学们精准预测了“发现者-36”号提前失效的时间。其实,从“发现者-32”号照相侦察卫星的衰变曲线,佩里的卫星监听小组已经能够准确预测的卫星的飞行时间、衰减速度和失效时间。

1962年3月16日,苏联发射第一颗“宇宙”系列军事卫星——“宇宙-1”号。“宇宙”系列卫星是苏联的各种军事卫星的总称,到2015年已达2500多颗。从这一天开始,一直到1994年7月6日,佩里的卫星观测小组已经监测到俄罗斯的“宇宙-2282”号卫星。

为了监测苏联军事卫星的秘密,佩里和同学们制定了一个“河豚鱼”计划。为什么叫“河豚鱼”计划呢?河豚鱼,毒性极大,但非常鲜美。“河豚鱼”计划的含义是:苏联军事卫星就是一条条极毒而鲜美的河豚鱼。“太好了!我们要用最简陋的仪器,侦测苏联最神秘的军事卫星,简直是奇迹!”“宇宙”军事卫星为佩里提供了一个来源广泛、兴趣盎然的监测对象。

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早期,佩里发现苏联“宇宙”号卫星在轨道上飞行只持续8天或更少就会信号消失而失效。后来,佩里确认这些短命的卫星都是返回式照相侦察卫星。佩里用一把科学和精确的钥匙打开了苏联军事太空计划下的许多秘密。

在夏季学期,英国皇家空军官员亨洛写信问他们是否能参观学校,希望在温菲尔德建立一个电子跟踪系统的卫星监测站。杰弗里·佩里表达了自己的沮丧:这需要昂贵的设备。英国皇家空军官员亨洛告诉他们:“为什么你看不见凯特林文法学校的人才?你们利用简陋的设备在做极有用的工作。”并将选择一颗重要的军事卫星做现场示范。

这时,苏联恰好发射“宇宙-5”号卫星。根据“宇宙-5”号卫星的信号判断,这是一个不寻常的卫星。一个周期性音高变化,叠加在正常的开普勒频移上。佩里的朋友罗伯特·琼斯先生凭自己的水平研究变化表明:这是由于太阳能电池造成一部分错误。它可能是一颗军事科学卫星。

在秋天的期中假期,佩里参加威尔士之旅到阿伯里斯特威斯大学物理系进修。老师和同学们还在监听“宇宙-5”号卫星的运行轨迹。首席技师肯·爱德华兹收藏了大量的信号记录。当他们完全停止记录时表明:卫星在地球阴影里。这证实了他们的假设:“宇宙-5”号卫星是一颗军事科学卫星。

杰弗里·佩里每天整理各种监测资料,分析判断。

侦听洲际导弹基地

多年来,佩里的监听小组一直特别努力地钻研计算能力。最初,他们采用滑动规则和图形技术。1964年,佩里通过朋友罗恩·史密斯使用埃利奥特803电脑自动编码。在德斯伯勒,学生们利用视觉观测分析美国“回声星-2”号通信卫星移动。后来,他们利用“SATRA-4120”计算机进行语言编程。

当时,师生们观测卫星非常艰苦。在购买了一个手摇机械计算机前,监听小组都是使用袖珍电子计算器计算,速度慢而且不准确。1972年,佩里通过美国大使沃尔特·法拉买来一台30步的可编程台式计算机。一周内,这台计算机已确定了一个苏联海军的海洋卫星星座。

后来,英国行星学会送来新式计算机,监听小组如虎添翼。杰弗里·佩里老师的女儿至今还记得早期深刻而刺激的记忆。对于现代技术的地图显示和打印输出的结果,他女儿说:“我认为这不是侦测,而是跟踪和预测了!”

1966年3月17日,苏联“宇宙-112”照相侦察卫星发射了。它是一颗低分辨率、电影返回型照相侦察卫星。从1961年12月11日~1970年5月12日,苏联共发射了81颗返回型照相侦察卫星,7颗失败,2颗部分成功。

“宇宙-112”升空后非常不同。它除了背离标准的65°轨道倾角,速度变得明显很快。它的信号持续时间比平常短,似乎与一个比拜科努尔发射基地更北面的地面控制站通信。初始地面跟踪显示,它不可能是从拜科努尔发射。

它从哪儿发射的呢?如果卫星从拜科努尔发射,火箭飞行的轨迹应该是角度较大的一条抛物线;但这颗卫星是以陡峭的角度发射的,而且发射的方向也不一样。为什么理论和实际不一样呢?佩里老师推断出它不可能是从拜科努尔发射的。

它到底是从哪儿发射的呢?佩里老师带着他的学生,精确计算分析了“宇宙-112”卫星轨道高度、轨道倾角、发射轨迹和发射方位等参数,确定了发射这颗卫星的经纬度:北纬62°55′,东经40°34′。

佩里老师经过缜密计算,找到了发射地的经纬度:这到底是什么地方呢?他有了一个惊人的发现,火箭发射地竟是——普列谢茨克。难道这儿新建了一个发射基地?佩里通过分析“宇宙-112”卫星轨道,推导、证实了秘密的普列谢茨克卫星发射基地的存在。

杰弗里·佩里写了一封信给《国际飞行》杂志编辑查尔斯·谢尔登博士声称:苏联在普列谢茨克建造了一个新的发射场,但没有反应。谁能相信一个高中老师,谁能相信一个天文爱好者比专业的卫星专家和天文专家更能干更聪明呢?尽管有更多的类似的问题,但别人没有发现和找到火箭发射地。

1966年10月,当苏联“宇宙-129”卫星发射后,佩里打电话将卫星星历数据报告给英国皇家天文学会的罗恩·史密斯。当输出收集到的卫星飞行轨道数据时,佩里发现自己的轨道数据与美国数据不同。“宇宙-129”卫星的轨道倾角64.6°代替了轨道倾角65°。

这使佩里认识到:“宇宙-129”也是从新的卫星发射场发射的。从初始地面交叉跟踪监测,“宇宙-112”卫星是从苏联遥远的北方、靠近白海的阿尔汉格尔斯克以南约320千米的地方发射。

这是哪儿呢?在伦敦的英国行星学会,杰弗里·佩里宣布了新发现,并给《国际飞行》杂志一封信。这一次,查尔斯·谢尔登博士反应迅速,将新发现报告给美国中央情报局。为美国国会研究服务的美国国会图书馆希望提供详细的报告。

佩里的手稿已经由美国中央情报局返回,标示为“机密情报”。美国中央情报局的反应是警觉的。1966年圣诞节前不久,美国《纽约时报》发表了佩里发现苏联新的导弹发射基地,引起国际轰动。从此,杰弗里·佩里老师的生活彻底改变。

“河豚鱼”计划大放异彩。佩里老师的发现也惊动了英国情报机关。早在1960年代初,美国中央情报局就怀疑普列谢茨克地区有一座导弹发射基地。英美等国使出浑身解数,从太空、空中侦察这个神秘的导弹发射基地,甚至派出间谍巧施“美女计”套取情报,但没有结果。冷战结束后公布的档案显示,普列谢茨克确实是个洲际导弹发射基地,瞄准方向——西边。苏联政府直到1983年才公开了普列谢茨克导弹发射基地。

它,就在这儿!

加紧学习吧!侦测卫星需要科学知识!凯特林文法学校变成科研所,调皮鬼也爱学习了。

凯特林卫星监测小组的监测仪器和“RA-217”接收机。

奇怪的信号

自1967年2月7日以来,肯·爱德华兹老师就记录了一些奇怪的信号。他们也发现苏联“宇宙-140”以2分钟的间隔连发30秒不规则的脉冲信号。后来,美国和英国情报机构证实:“宇宙-140”号就是“联盟-2”号载人试验飞船。

1967年4月23日,苏联宇航员弗拉基米尔·科马洛夫驾驶“联盟-1”号载人飞船在降落时坠毁。佩里正好在监听科马洛夫与地面飞控中心的对话。科马洛夫死前破口大骂苏联航天专家愚蠢、不负责任、害死人等。佩里第一个见证第一个命运多舛、死于重返大气层的科马洛夫的不幸死亡。

1967年秋期中的假期,一个下雨的星期五早上,佩里和科比从高尔夫球场返回,全身都湿透了。下午,佩里去了实验室,打开“CR-100”信号发生器。不久,佩里听到一阵不规则的脉冲。

佩里每天听和记录苏联10月27日发射的“宇宙-186”号的信号信息。他的磁带记录器记录了以2分钟的间隔连续发射30秒的奇怪信号。佩里根据记录特征猜到,苏联发射了编号“宇宙-186”的“联盟-3”号载人试验飞船。

1967年10月30日,佩里监测并描绘了“宇宙-186”号卫星的飞行轨迹。

在接下来的一天,佩里接到《伦敦标准晚报》彼得·费尔利打来的一个电话:美国准备从卡纳维拉尔角空军基地发射第一枚“土星-5”号运载火箭。佩里按时接收“土星-5”号的信号,抢先于美国宇航局宣布:“土星-5”号运载火箭发射成功!

一个星期日,佩里在物理实验室监听信号。那台“CR-100”接收机变得喜怒无常,佩里很聪明,知道这台老掉牙的仪器接触不好或太累的,就不时用手轻拍一拍,将就着使用。佩里已经成功申请购买一台二手的“RA-17”接收机。鉴于太空监测的成就和名声,他提出购买了一台全新的“RA-217”接收机。“RA-217”接收机让凯特林卫星监测小组发现了更多的苏联卫星秘密。

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