北京皮肤科治疗医院 http://baidianfeng.39.net/bdfby/yqyy/声明：除《踢馆》外，讲武堂所刊登文章均为授权转载，目的是提供多样化看问题的视角，不代表堂主完全认同文章观点小火箭出品本文作者：邢强博士本文共字，图。预计阅读时间：1小时45分钟。本文是小火箭*用与商用卫星测控系列报告的第7篇，同时也是该系列的完结篇。开篇，《跌宕起伏！美国对苏联洲际弹道导弹的侦察与博弈》中，小火箭讲述了美国对苏联弹道导弹基地的战略侦察以及飞行员鲍尔斯驾驶U-2与苏联14枚萨姆-2地空导弹搏斗的往事。在第2篇《小火箭讲述一段往事：有关美国绝密*事卫星的去处》，我们一起探讨了美国锁眼系列超高分辨率对地观测卫星。第3篇，《小火箭聊美国火箭与导弹的天基测控系统》中，小火箭讲述了遥感卫星的测控与数据传输的技术问题和解决方案。在第4篇《一文了解中国重大专项高分卫星》中，应大家的要求，小火箭详细介绍和分析了中国高分重大专项对地观测卫星。第5篇，《小火箭
全球遥感卫星星座的*事商业和美学价值分析》中，小火箭和大家就遥感卫星以及遥感星座的*事、商业和美学价值，从这三个方面进行了详细分析。在第6篇《天宫与天舟的背后：中国航天测控网已傲然崛起》中，小火箭讲述和分析了中国航天测控网卓越不凡的崛起过程。本文，是完结篇，小火箭努力用风云录的方式，以发展最早，规模最大，投入最多的美国测控系统为主线，理清测控系统的发展史。本文适用阅读对象：小火箭全体好友、其他航空航天工程师、对太空产业感兴趣的资本方、有志于为人类太空事业做出贡献的人。测控航天测控测控，取测量和控制这两个词的含义。按小火箭的理解，航天测控的主要工作内容，包括3个：遥测（知道飞行器在哪里）；遥控（告诉飞行器该往哪儿飞，该做什么）；通信（双向的信息流）。更具体来说，小火箭对航天测控给出如下描述性定义：航天测控系统需要对航天飞行器的弹道或轨道以及姿态进行精确跟踪、测量和控制，在统一的时间体系和标准化的空间体系中，对所需参数进行测定，对星载或箭载系统设备进行监控；同时能够有效获得航天器的下行信息和可靠传输对航天器的上行控制指令。那我们就开始吧！发轫测控技术照样也难逃小火箭定律：小火箭定律：迄今为止，在人类工程技术发展史上，几乎没有任何一项尖端技术能够被*方所忽略。不管这项技术的初衷到底是用于提升人类的生活质量还是仅仅用来满足人类的好奇心，最终这些家伙大多都被拿来用于增强*队的作战效能了。人类最早的对航天飞行器的系统化测控技术，发源自在第二次世界大战期间诞生的人类最早的实用性弹道导弹V-2。上图为盟*工程师在英国伦敦特拉法尔加广场查看一枚缴获的德国V-2弹道导弹。
这张照片，摄于公元年6月21日上午10点31分。
这枚V-2导弹，是整个二战期间生产的枚V-2弹道导弹中的其中一枚。看似比较平常。但是，实际上，这是罕见的德国第7号导弹测试基地的一张科研发射照片。这张照片，由该测试基地的光学跟踪设备拍摄。这是人类航天测控系统的发端。*事摄影师拿着带有特殊刻度标记的摄像机，全程拍摄导弹的发射和爬升过程，以此来帮助工程师分析弹道和导弹的飞行姿态。（上图那枚V-2导弹身上的黑白格子涂装，就是为了方便人眼辨识导弹的位置和滚转角度。）上图为从第3批次的V-2弹道导弹上拆卸下来的陀螺仪系统（一个水平陀螺仪和一个垂直陀螺仪，组成一对相互正交的空间坐标轴。）V-2弹道导弹，是人类太空产业和事业的鼻祖，详见小火箭的公号报告《V-2导弹：现代弹道导弹和运载火箭的鼻祖》，留下了诸如惯性导航与制导技术、液氧酒精液体火箭发动机技术和测控技术。不过，这些技术差点儿就没了。年4月23日，第二次世界大战进入收尾阶段。是日，首支苏联地面部队攻入柏林郊区。4月27日，柏林被苏*完全包围。公元年5月2日，在殊死抵抗数日之后，柏林城防司令魏德林将*向苏联第8近卫*团司令瓦西里·崔可夫中将投降。年5月2日，在德*投降当日，阿尔卑斯山脚下某秘密基地中，位火箭科学家在33岁的V-2导弹总设计师冯·布劳恩的组织下，开始把多箱与V-2导弹相关的技术资料、图纸和设备封存到矿井中。就在这一天，一个狂热的德**官抄起冲锋枪就冲向了火箭科学家们：不能让这些人落在苏联人手里！不过，在悲剧发生之前，守护布劳恩的士兵们也都拿起了冲锋枪，誓死保护科学家和工程师们：这是民族乃至人类最优秀的头脑，绝不可以因任何原因受到任何伤害！当日，基地的日志清楚地记录着：最低气温13℃，最高气温28℃；相对湿度88%；风速：4米/秒。但是，当时对峙和撤离的细节，没能留下。当然，从美*的记录中，我们还是能够得知一些细节：年5月2日午后，在阿尔卑斯山的蒙蒙雾气下，一个德国小伙子骑着自行车冒冒失失地闯入了美*阵地。在美国陆*第44步兵师如钢铁草丛般密集的枪口注视下，那个小伙子举起双手，用极其蹩脚的英语，大声说道：我哥哥是布劳恩博士，他发明了V-2火箭，救他！后面的情况，大家就都比较清楚了。冯·布劳恩博士连同与火箭和导弹相关的多位科学家，全部获救，被运往美国。上图为多恩伯格和冯·布劳恩等德国工程师被盟*俘虏时的照片。（前排左边，头戴礼帽、左手拿烟、右手插兜、淡定微笑的那个，就是多恩伯格。前排中间左手打着石膏的是冯·布劳恩。）上图从左到右：美*士兵、瓦尔特·多恩伯格、赫伯特·阿克斯特、冯·布劳恩、汉斯·林登伯格和伯恩哈德·特斯曼。瓦尔特·多恩伯格推动了美国空天战斗机项目和测控系统的发展。瓦尔特·多恩伯格是现代火箭武器的开拓者之一。他毕业于柏林工业大学，后来进入库默斯多夫实验室研制火箭。二战期间被调入佩内明德，成为V-1导弹和V-2导弹的核心研发人员。年，被盟*俘虏后，囚禁在英国监狱。年，美国设法将其从英国带出，并直接带到美国空*的实验室参与研究工作。年起，开始担任贝尔公司高级顾问，后任X-20空天战斗机验证机首席科学家。后来，他得以返回德国老家。年，美国从英国不仅带回了多恩伯格，还带回了当年拍摄V-2导弹点火画面的人类最早的使用光学跟踪设备拍摄导弹的工程师。那些工程师拥有极好的视力和令人敬佩的勇气。他们甚至拍下了V-2导弹冲向他们坠向地面的画面，可惜这些场景因为不利于宣扬V-2导弹的作战能力而被销毁了。二战结束后，美*从德国运回了多枚V-2弹道导弹。连同以冯·布劳恩为首的多位火箭工程师，美国从此开启了导弹与火箭事业的快速发展阶段。年，美*开始尝试向太空进*。V-2导弹的弹道程序被改写，由追求公里射程的低伸弹道改为追求射高的高抛弹道。上图这枚V-2导弹，是美*最早进入太空（跨越公里卡门线）的弹道导弹。该弹的液体火箭发动机工作了59.5秒，随后导弹继续上升。测控系统显示，该弹的弹道最高点达到了.1公里。随后，这枚V-2导弹再入稠密大气，坠入了距离发射点49.91公里外的新墨西哥州的沙漠中。选址拥有了多枚现成的V-2导弹，那么紧接着问题就来了：这么好的科学试验设备，需要有足够宽阔的地方来施展。也就是说，发射场和测控中心应该选址在哪里？一开始，有3个方案：A方案：阿留申群岛。总部设在华盛顿州，发射和测控则沿着阿留申岛链向东向南延展。优点：第二次世界大战期间，在阿留申群岛有大量对日作战准备的物资和人员，可以很方便地就地调动。B方案：南加州埃尔森特罗。总部设在埃尔森特罗，发射和测控则在新墨西哥州的白沙导弹基地向西向南延展。优点：距离美国新近建立的基于V-2弹道导弹的自研弹道导弹工厂非常近，可以就近发射。C方案：佛罗里达州卡纳维拉尔角。优点：帕特里克将*的梦想寄托之地。（帕特里克是美国最早提出要把空*建成独立兵种的将*，同时也是最早批准进行环球飞行壮举的人。）阿留申是个好地方。整个导弹测试团队也对这壮美的风景所折服。但是，导弹保障车辆的燃油系统也被阿留申所折服：这里太冷了，柴油卡车如果不做特殊处理，根本没法正常完成任务！于是，A方案在年冬季的一场大雪之后，由导弹和运载火箭测试靶场变成了工程技术人员的旅游目的地。南加州也是个好地方。壮美的帝王谷和墨西哥的异域风情，让这里有着足够的吸引力。而且，从南加州和新墨西哥州发射的导弹，其落点不会对美国居民造成太大影响。（当然，这就是小火箭字面上的意思，不会对美国造成太大影响，但是对墨西哥有没有影响，就另说了。）
上图为B方案导弹发射与测控基地附近的美墨边境卫星照片。
横贯照片中心的，就是国境线；上半部分是美国，下半部分是墨西哥。年，美国西南靶场和测控基地建成。上图为冯·布劳恩在西南靶场的白沙基地与他的V-2弹道导弹的合影。白沙靶场，顾名思义，就是拥有白色沙丘的靶场。这个地方的确适合做弹道导弹的发射试验。而且，人类最早的系统化对太空的探索，就是从这里开始的。公元年10月24日，白沙导弹靶场，美*和德国火箭工程师通力合作，在第13号发射架，发射了一枚V-2弹道导弹。导弹按最优弹道爬升，重力转弯，然后在接近弹道最高点的时候，开启了安装在弹头位置的照相机。该相机以1秒1幅的频率，自动拍摄照片。上图就是这枚V-2弹道导弹在公里弹道高点拍摄的地球，由35毫米胶片冲印。这是人类飞行器首次在外太空拍到地球。同时，这是地球上的智慧生物人类，借助火箭技术，为地球拍的第一张自拍照。技术有限（那时还没有卫星），设备简陋（那时还没有数码摄像设备，也没有滤镜），准备仓促（这家伙原本是用于人类互相伤害的，在战场上草草由战俘加工而成），还请地球多担待。导弹飞到了太空！拍到了地球的样貌！那可把大家厉害坏了。于是，在白沙导弹靶场这个地方，更多红色的发射架开始竖立，更多的导弹型号开始诞生。白沙导弹靶场，放飞导弹，同时也在放飞人类进入太空的梦想。相关的测控设备也在飞速发展中。德国工程师的一系列锻炼视力的方法，在美国工程界也得到了推广。（和咱们的眼保健操不太一样，他们更多的是在饮食方面加强营养，比如多吃蓝莓。）自上世纪40年代末到60年代初，光学跟踪设备在持续发展中。
上图就是赫赫有名的MarkIV型导弹与运载火箭光学跟踪测控机。
白沙靶场的工程技术人员正在进行大仰角对空光学跟踪作业。哈！眼神好的小火箭好友可能已经发现了：上图那个光学跟踪设备（人类第一款量产型导弹与测控设备）非常非常眼熟。没错！这家伙其实就是在90毫米口径防空炮的基础上加了一套望远镜罢了！嗯！仔细看的话，那根90毫米口径的炮管甚至都没拆掉！以上是原版的90毫米口径防空炮。或许在第二次世界期间，人类用这家伙杀红眼的时候，根本就不会想到它们会被改装成火箭光学测控系统的通用平台吧！这就是二战刚刚结束之后，人类的状态：刚刚迎来和平，有太多梦想要去实现。从战场上归来的幸运儿，找寻自己的另一半，开荒种田，牧马放羊，共同为制造战后婴儿潮而努力奋斗；从互相伤害的博弈中解放出来的工程师，带着导弹技术与核技术，开始努力进入太空，开始试着让火箭的力量与核力量为生产建设服务。岁月静好，彷佛一切皆有可能；争分夺秒，努力弥补在愚蠢的战争中浪费的所有时间。人类，在这样的大战中，存活下来了，还有什么做不到的！防空炮，能够在枪林弹雨中跟住轰炸机，如今盯住那冉冉上升的火箭，也没什么问题。
这是当年的《大众科学》杂志为火箭光学跟踪设备专门绘制的原理图。
红色实线标明了光学跟踪的光路；红色虚线则指示出了跟踪设备里的录像系统光路。嗯，即使是最早的光学跟踪设备，也在一开始就设计了记录装置，以便后期对弹道进行详细分析。另外注意，上图右侧中间位置，忠实地标注出了90毫米口径防空炮的炮管。小火箭不禁想脑洞一下：这防空炮如果还能射击的话，岂不是能诞生一款具备上升段拦截能力的武器装备了？
对空搜索，原本用于防御自保，现在用于探索向前。
同样，拜第二次世界大战所赐，雷达技术的萌芽和迅猛发展，让人类的航天测控系统，一开始就拥有了光学系统之外的新选择。
这是特立尼达老天线。目前现存最完整和最古老的雷达测控系统天线。
60多年过去了，历久弥新。虽然风雨赋予了她沧桑，但是这挺拔的身姿，仍然在向全世界自信地展示：她就是航天雷达测控系统的雏形。出事了年至年间，美国陆*从白沙靶场发射了67枚V-2火箭，全部跟踪正常。这些发射积累了大量宝贵的工程数据，磨合了德国和美国工程师，培养了整整一代优秀的火箭工程师，为今后的载人航天和登陆月球提供了技术基础。上图为白沙靶场的V-2导弹发射架。现已加入肯德基早餐，噢不，是现已加入美国历史地标名录。现存两个建筑，一个是23米高，7.65米宽的钢制发射架。这个发射架有4层平台，可以适应多款不同型号的弹道导弹；另一个是上图左下角的那个钢筋混凝土金字塔形建筑。实际上就是美国第一个测控指挥大厅。8.2米厚的浇筑混凝土保护着测控指挥大厅里的工程师。导弹，大量；人员，优秀；测控设备，先进。一切都还算顺利。但是，命运就是喜爱捉弄人类。就在大家认为一切顺利，开始试着突破公里射程，甚至开始设计射程超过0公里的弹道导弹，研究怎样把人类送入太空的时候，出事了。那是一个阳光明媚的上午。一枚V-2弹道导弹从白沙导弹基地拔地而起。20秒后，测控人员报告：弹道异常，导弹正快速向墨西哥飞去！赶紧自毁！但是，V-2导弹飞行弹道开始变得诡异，而对自毁指令则毫不理会。基地指挥人员迅速打开*事地图，并且与弹道工程师分析弹道落点。这下事情可大了。第一次分析，认为这枚导弹会直接命中一个拥有12万人口的小城的郊区。预计会有10到60人的伤亡。第二次分析，认为这枚导弹会命中市中心，如果打中了学校或者教堂的话，伤亡有可能会是百人量级。基地里的德国工程师卡尔，面色发白，额头已有汗珠。他看着手中秒表那焦躁不安地前行中的秒针，口中念念有词。那块秒表，是他已故的德*U艇副艇长堂弟给他的礼物。在这块秒表的嘀嗒声中，有6枚鱼雷命中过多型舰只。卡尔明白，战争早已结束。到美洲的他，虽然没有受到明显地排挤，但是德国工程师们，绝对不能在美洲闹出人命。好消息来了：光学跟踪人员汇报，这枚导弹因为弹道过于异常，姿态变化过于剧烈，已在空中折断。嗯，应该没问题，解体后的V-2导弹射程非常有限了，是不会飞到墨西哥的居民区的。不过，当天，就在基地工程人员准备神不知*不觉地悄悄翻越边境去运回V-2导弹弹头舱的时候，一份措辞严厉的电报直接派发到了基地。这份电报，来自白宫。内容大意：墨西哥总统向我方提出严正交涉，并且对由我方发射的不名快速飞行物体炸毁6座墓地的行为提出严重抗议！工程人员松了一口气，总算没有炸到活人。但是，把人家的墓地给轰了，的确也是不太对的。随着导弹射程的增加，每次向南打的时候，必然要飞越墨西哥领土。既然被提出了严正交涉，那么大家也不能不有所行动了。于是，往新址的搬迁工作，在当月就启动了。卡角还记得小火箭前文讲到的，当年的三个方案么？A方案，阿留申群岛，靠近北极圈，太冷；B方案，南加州和新墨西哥州，导弹飞掠墨西哥，太玄；C方案，佛罗里达州卡纳维拉尔卡纳维拉尔角，试试看吧。年6月1日，美国海*将从前的巴那拿河（其实就是香蕉河）反潜巡逻机基地转交给刚刚成立不久的美国空*。年6月10日，美国空*将之改名为弹道导弹联合远距离试验基地。上图为美国海*香蕉河巡逻机基地。4条相互交叉的跑道清晰可见。佛罗里达州的这个地方，地质结构不够稳定，地下河流密集，美国海*非常庆幸摆脱了这个难以使用的基地。年8月，美国空*把基地改名为帕特里克空*基地以纪念最早提出把空*作为独立*种来建设的梅森·帕特里克少将。公元年7月24日，帕特里克空*基地发射了她的第一枚V-2导弹，标志着一个传奇的航天发射和测控中心的诞生。年，美国空*在这里成立了空*导弹测试中心。年轻的美国空*（年9月18日才成立，之前作为美国陆*航空队，是陆*的小跟班，受尽了海*和陆*其他部门的欺负），对刚刚到手的基地倍加珍惜。这里，原本仅仅是用来测试射程稍远一些的弹道导弹用的。但是，在经过细致地研究之后，美国空*认为，在卡纳维拉尔卡纳维拉尔角沿海一带，有足够坚固的岩石来撑起整个发射场。于是，基础设施建设的步伐，开始迈出，并且一发不可收拾。
从年开始建设V-2导弹的发射架，到上世纪60年代，十来年的时间，这里已经变成了发射架林立的模样。
帕特里克空*基地，这个名字如今甚至已经鲜为人知。而以该基地为基础，扩建了10倍以上的地方，叫做卡纳维拉尔卡纳维拉尔角航天中心！美国海*如果有心，那么肠子应该已经悔青了。卡角，建成并投入使用的发射架，足足有47个！然后，美国空*开始抢人。第二次世界大战期间，红石兵工厂研制和批量生产了大量炮弹和炸弹。其中，最为有名的当属专门为轰炸东京而研发的燃烧弹了。
红石的名称来源于这里大片的红色岩石和土壤。
上图为红石导弹。（布劳恩给导弹起名字向来比较随意，之前在德国的时候，研究的火箭叫做A-1、A-2、A-3、A-4，A-4就是后来被德国*方改名为V-2的导弹。在红石研究中心研制的导弹，干脆就叫红石导弹得了。）
红石弹道导弹全长21.1米，直径1.8米，可携带一枚万吨TNT当量的核弹头（或一枚50万吨TNT当量的核弹头），起飞重量为27.吨，设计射程为公里。
冯·布劳恩博士作为红石研究中心的首席科学家，主导了美国陆*第一款弹道导弹的研发工作。
年轻的美国空*，开始争取各自资源。
成果显著：他们不仅稳住了战斗机、轰炸机和运输机的基本盘，还把远射程的弹道导弹和航天测控拿下了。时至今日，我们聊起美国空*的装备，不仅仅指现役的架飞机和预备役的架飞机，其实还有枚空射巡航导弹和5枚各型远程和洲际弹道导弹。
另外，美国空*把冯·布劳恩博士给争取过来了！
在日常生活待遇和项目经费方面，美国空*都摸索出了一整套能够直接支付给布劳恩博士本人的方法。甚至其子女的教育问题，也被考虑到了。上图为准备前往卡纳维拉尔卡纳维拉尔角工作的冯·布劳恩博士和他的爱妻玛丽亚·布劳恩以及两个可爱的女孩儿爱丽丝和玛格丽特的合影。珍珠
卡纳维拉尔卡纳维拉尔角的地理位置太优越了。
从这个地方，向东南发射弹道导弹的话，一路上，星罗棋布着小岛和礁石。其中有一串小岛，如同一串珍珠，刚好能够满足：公里、公里、0公里、公里、0公里的导弹测控雷达的布置位置需求。而如果和英国的阿松森基地打个招呼的话，00公里射程的洲际弹道导弹的弹头，都能给方便地找到落点。而且，全程在大西洋上空，几乎不会居民带来任何影响。
这就是美国空*得天独厚，让人嫉妒的东靶场。
12个测控站，从卡纳维拉尔卡纳维拉尔角一路向东南方向，一直穿越赤道，来到位于南大西洋的阿松森基地。不过，规划仅仅是规划。年轻的美国空*，虽然可以聘请地方上的基建团队。但是，他们对在热带小岛上进行大规模土建施工的任务，几乎毫无经验。毕竟，虽然作为美国陆*航空队，经历了二战的洗礼，在太平洋战场上，飞机是他们开的。但是，小岛上的那些机场，是人家陆*的工兵修建的。而且，把大量物资和人员运送到远离美国本土数百海里之外的小岛上，没有美国海*的鼎力支持，也是不行的。可是，美国空*把香蕉河基地从美国海*手里拿来之后，扩建了10倍，独占了天文数字级别的*费，和海*的梁子，结下了。美国空*把布劳恩博士从陆*导弹项目里争取到了空*导弹项目里，甚至把所有射程超过公里的弹道导弹的研发和采购权都拿到了，和陆*的梁子，也结下了。美国空*有好的规划，有基地，有人才，但是美国海*不给运设备，美国陆*不给建岛上基地，这规划，也只好停留在图纸上了。合作一串珍珠，象征美丽和温润，同时也象征美国空*发射和测控队伍的大眼瞪小眼。不过，到了年，情况发生了巨大的变化。美国和苏联的冷战，进入白热化阶段。苏联的洲际弹道导弹技术，发展神速。而美国方面，则不太顺利。年开始，美国对其首款洲际弹道导弹宇宙神，进行了试射。这款设计射程为00公里以上的导弹共进行了8次试射，其中有6枚导弹在发射台上或者升空后不久爆炸，其中2枚试射部分成功，最远射程为公里。而当时苏联人的R-7洲际弹道导弹已经试验成功，设计射程公里。宇宙神刚诞生的时候，射程也就只是R-7的一个零头。上图为从天上拍摄的苏联R-7洲际弹道导弹位于拜科努尔发射中心的发射塔架。这张珍贵的照片来源于美国中央情报局，感谢小火箭好友的提供！该照片由飞临拜科努尔上空的一架刚刚入役的U-2侦察机拍摄。年10月4日，人类成功发射了第一颗人造地球卫星。小火箭风格，具体的时刻为：协调世界时UTC公元年10月4日19点28分34.00秒。这是人类太空探索时代正式开始的时刻。这就是斯普特尼克1号卫星发出的哔哔声！（受跨平台传输音频的影响，这段2分17秒的音频或许在发出后只能在小火箭
