(495) 234-36-61
На главную страницу блога Почта

Блог «Умные мелочи»

Система глобальной спутниковой навигации

Рубрика: (Путешествия) | Автор: moderator | Дата: 13-12-2013

Метки: , , , ,

Иногда новые технологии, изначально предназначавшиеся исключительно для военных целей, находят вполне мирные применения. И оружие превращается в свою противоположность – из средства уничтожения в инструмент созидания. В истории ХХ века подобных примеров сколько угодно. Например, большие пассажирские лайнеры, которые появились благодаря тяжёлой бомбардировочной авиации. Относительно небольшая переделка и – дальний реактивный бомбардировщик «Ту-16» превратился в легендарный пассажирский самолёт «Ту-104». То же происходило и с некоторыми компьютерными технологиями. Вездесущий Интернет возник из закрытой сети, объединяющий компьютеры военных исследовательских центров.

Спору нет, переделывать танк в трактор смысла большого нет (хотя такие примеры тоже есть). И из пушки ничего мирного, кроме разве что траурного лафета, не получится. Но в конце тысячелетия случилось так, что исключительно военная и, следует признать, весьма грозная технология вдруг стала мирной. И сегодня доступна всем, у кого есть в ней потребность.

Речь о системе GPS, которая была запущена в эксплуатацию в конце 80-х годов ХХ века и предназначалась для наведения на цель крылатых ракет, ориентирования в открытом океане военных кораблей и для нужд военной авиации США. В начале 90-х годов эта система была открыта и для свободного гражданского использования, правда, с некоторым ограничением точности работы.

Система GPS – это Global Positioning System или спутниковая навигационная система, состоящая из работающих в единой сети 24 спутников, находящихся на 6 орбитах высотой около 17 000 км над поверхностью Земли. Спутники постоянно движутся со скоростью около 3 километров в секунду, совершая два полных оборота вокруг планеты менее чем за 24 часа. На спутниках расположены радиопередатчики небольшой мощности (не более 50 ватт). Они постоянно транслируют на поверхность земли информационные радиосигналы. Эти сигналы улавливает приёмник GPS,  который находится в руках путешественника.

Все спутники пронумерованы – им присвоены номера от 1 до 32. Запас нумерации (спутников-то всего 24 штуки) нужен для запуска новых спутников и вывода с орбиты старых, отслуживших свой срок (к сведению – срок службы навигационного спутника 10 лет).

Радиоприёмник GPS получает со спутника его идентификационный номер (псевдослучайный код), точную дату, время и информацию о техническом состоянии спутника (эфимерис), и важную для работы системы информацию (альманах). Данные альманаха говорят о том, где в течение дня должны находиться все GPS-спутники. Каждый из них передает альманах, содержащий параметры своей орбиты, а также всех других спутников системы.

Одновременно приёмник улавливает сигналы от 3-5 спутников. Внутренние часы приёмника, синхронизированные по радиосигналу с часами спутника, это основной инструмент определения географических координат. Для определения местоположения приемник сравнивает время отправки сигнала со спутника со временем его получения на Земле. Эта разница во времени говорит приемнику о расстоянии до конкретного спутника. Учитывая информацию о расстоянии, измеренном до других спутников, приёмник GPS определяет свой местоположение.

Если приёмник улавливает сигналы только трёх спутников одновременно, он может определить географические координаты в двухмерной плоскости – только широту и долготу (это называется двухмерной фиксацией). Если спутников четыре и больше – появляется возможность определить и высоту. Постоянно отслеживая сигналы спутников, приёмник вычисляет направление и скорость движения.

Итак, в маленьком приборе, который использует информацию, передаваемую спутниками системы GPS, мы получаем – прибор для быстрого и безошибочного определения географических координат, широты, долготы и высоты над уровнем моря. Прибор для определения скорости движения (не имеет значения, передвигаемся мы пешком, на велосипеде, автомобиле или корабле). Точные часы и календарь (точней не бывает). Электронный компас, который никогда не ошибается. И это ещё не всё!

Продвигаясь по незнакомой местности, мы можем включить на приёмнике режим фиксации промежуточных точек маршрута (их может быть несколько сотен). Заблудились, поворачиваем назад и – приёмник укажет нам стрелкой обратный путь от одной промежуточной точки к другой, вплоть до начальной. Более того, вернувшись домой, мы можем нанести весь маршрут на карту, отметив на ней координаты всех промежуточных точек.

Приёмники GPS (это единственное, на что придётся потратиться, эксплуатация самой системы навигации бесплатна) выпускаются в самом разном исполнении. Есть простейшие карманные приборы – они умеют делать только то, о чём мы только что рассказали. Они похожи на сотовые телефоны с монохромным дисплеем, не бояться воды, питание получают от аккумуляторов или сменных элементов формата АА. Есть совсем крошечные приёмники, выполненные в виде наручных электронных часов (но у них слишком маленький экран). Есть приёмники, встроенные в сотовый телефон.

Следующий класс приёмников – карманные устройства с возможностью подключения к персональному компьютеру. Эти устройства умеют не только запоминать промежуточные точки маршрута, но и отображать их прямо на карте, которая выводится на дисплей. Карты можно загружать с компьютера, затем, по возвращению, снова выгружать их в память машины, же с проложенным маршрутом движения.

Для удобства экран приёмника может иметь большие размеры и отображать карту в цвете. Ещё удобней приёмники GPS, выполненные в виде модулей, подключаемых к карманным (и не только) компьютерам. Экран карманной машинки гораздо больше, чем экран приёмника GPS. И ориентироваться по нему легче (не говоря уже о том, что компьютер может использоваться и по другому назначению). Ещё наглядней маршрут движения отображается на экране ноутбука. К портативному компьютеру можно подключить тот же модуль для карманной машинки, причем и беспроводным способом – через беспроводной радиоинтерфейс Bluetooth (он применяется в сотовой телефонии для подключения гарнитур и в компьютерной технике для подключения периферийных устройств).

Есть и более «серьёзные» устройства, предназначенные для установки в салоне легкового или в кабине грузового автомобиля, катера (в этом случае питание поступает от бортовой сети). Специальные модели устанавливаются в пилотских кабинах самолётов, в рубках морских судов – везде, где нужно постоянно отслеживать параметры движения и знать свои точные координаты.

Даже самые простые, самые недорогие приёмники GPS оснащаются массой дополнительных функций. В них может быть будильник, календарь, игры (как в сотовых телефонах). Выпускаются особо защищённые модели, которые выдерживают падение в воду или погружение на глубину.

Вместе с географическими координатами система GPS способна работать и с топографическими данными. Если мы загрузим в память приёмника карту нашего города (например, Москвы), то на экране будет показана схема улицы, по которой мы движемся, контуры домов, магазинов, парков и так далее. Правда, для территории России таких загружаемых карт немного – доступны только карты крупных городов. А в Европе и Америке можно загрузить карты самых маленьких населённых пунктов или даже целых штатов (областей, регионов, провинций). Специальная программа для карманного компьютера или ноутбука позволяет прокладывать маршрут движения прямо во время движения. Стоит лишь указать на карте, отображаемой на экране компьютера, начальную и конечную точки, как программа на основе данных, полученных с навигационных спутников, рассчитает наиболее рациональный маршрут с учётом дорожных пробок или ремонтных работ. Во время движения эта система показывает стрелками, куда следует повернуть водителю автомобиля.

Самые совершенные навигационные компьютеры устанавливаются в автомобили прямо на заводе. Это часть электронного оснащения хорошей машины, которая, разумеется, повышает стоимость автомобиля, но и удобств водителю предоставляет немало. Водитель тяжёлого грузовика при помощи спутникового навигатора легко найдёт нужный склад в незнакомом городе. Путешествующий автомобилист разберётся с лабиринтом улиц в городе, в котором он никогда до этого не бывал. А таксист очень быстро и без особых проблем отыщет адрес дома, из которого поступил заказ на машину.

Выглядит фантастично, но всё перечисленное уже есть и уже работает. Причём система GPS активно развивается. Выпускаются всё новые приёмники – и простые, для массового использования (например, пешими и велотуристами, рыбаками и грибниками), и достаточно сложные (для ценителей высоких технологий, не пропускающих «горячих» новинок, и для профессионального применения на транспорте). Приёмники выпускаются различными компаниями, наиболее известная из которых – американская Garmin.

Но не стоит думать, что GPS поддерживается только в США. Подобная спутниковая система, ГЛОНАС, работает и у нас в России.

Насколько точна система GPS? Для открытого гражданского использования точность составляет 100 метров. Однако на практике этот показатель выше – на уровне 25-30 метров. Вполне достаточно, чтобы не заблудиться.

Первые искусственные спутники Земли

Рубрика: (Истории успеха) | Автор: moderator | Дата: 21-10-2013

Метки: , , , ,

Весной 1946 года, когда в СССР полным ходом уже шли работы по созданию собственной ядерной бомбы, встал вопрос – как эту бомбу доставить на территорию предполагаемого противника. Самым могущественным противником в то время считались Соединённые Штаты Америки, уже обладавшие ядерным арсеналом. Но в Америке основная ставка была сделана на доставку бомбы посредством авиации, тяжёлых высотных бомбардировщиков. Базы в Западной Европе позволяли доставить бомбу в любую точку европейской части СССР. У нашей же страны такой возможности не было. Бомбардировщикам предстояло преодолеть территории враждебных стран и Атлантический океан. О какой-либо оперативности говорить не приходилось. И было принято решение – развернуть работы по созданию ракет, которые могли бы доставить ядерные заряды на большие расстояния.

Да, снова развитие технологий зависело от воли военных и политиков. Снова война стала катализатором технического прогресса. Стремление выжить в противостоянии двух политических систем ценой уничтожения противника – вот чему мы обязаны космическими полётами и исследованиями космоса.

Той же весной 1946 года, в мае, советским руководством было принято постановление о развитии ракетостроения в СССР, в соответствии с которым в советской оккупационной зоне (в Германии) был создан институт Нордхаузен. Здесь под руководством Сергея Павловича Королева (годы жизни 1906-1966), опытного к тому времени строителя ракетопланов, была изучена немецкая ракета «Фау-2» конструкции Вернера фон Брауна (годы жизни 1912-1977), применявшаяся немцами в обстрелах Лондона. На основе этой ракеты был составлен проект аналогичной ракеты «А-4», и подготовлены предложения по созданию ракет с большей дальностью. Кроме того, в Нордхаузене были построены специальные железнодорожные составы со стартовыми платформами, с которых предполагалось запускать первые ракеты до создания стационарного полигона.

Ракета «А-4»

Ракета «А-4», собранная из трофейных деталей, стала первой советской ракетой, успешно прошедшей лётные испытания. Вскоре Королёв с сотрудниками подготовили проект ракеты «Р-1», которая полностью воспроизводила «А-4», но с использованием отечественных технологий и материалов. Затем Сергей Павлович был назначен одним из главных конструкторов НИИ-88, расположенного в подмосковном Калининграде (сегодня город Королёв), одного из множества исследовательских институтов, занимавшегося разработкой военной техники. Позже этот институт был переименован в особое конструкторское бюро – ОКБ-1.

Ракета «Р-1» имела впечатляющую по тем временам дальность полёта – около 300 километров. Но уже в 1948 году группа конструкторов под руководством Королёва создала ракету «Р-2» с дальностью полёта до 600 километров. Эту ракету уже можно было принимать на вооружение (в качестве оружия для решения тактических задач – отсюда и название – тактическая ракета), поскольку она могла достигать военных баз американцев, располагавшихся на территории Западной Европы.

Но первая стратегическая ракета (то есть ракета, которая может применяться для решения стратегических, глобальных военных задач) дальнего действия, имевшая действительно большую дальность полёта – это испытанная 2 февраля 1956 года на полигоне в Семипалатинске ракета «Р-5М». Эта ракета могла пролететь до 1200 километров.

В 1954 году были развёрнуты работы над новым типом ракет – межконтинентальных баллистических «Р-7». Идея состояла в том, что эта ракета поднимается в верхние слои атмосферы, достигает ближнего космоса, где её не смогут достать силы ПВО противника, затем входит в атмосферу и приземляется на территории противника. Этот тип ракет уже мог применяться для доставки ядерного оружия большой мощности… Но у Королёва на «Р-7» были и другие планы. В мае 1954 года он направил министру вооружений Устинову записку, в которой предложил использовать «Р-7» для вывода на орбиту искусственного спутника Земли. Более того, в этом документе Сергей Павлович изложил всю будущую космическую программу освоения космоса, вплоть до полёта на Луну.

Но предложения Королёва у чиновников интереса не вызвали. Их в первую очередь интересовало оружие, а не научные исследования, не имевшие, как казалось тогда, практического значения. И Королёв, не прекращавший свои попытки достучаться до правительства СССР, начал разработку спутника собственными силами. Разрешение было получено только от нового руководителя страны Хрущёва, который в январе посетил ОКБ-1 и был впечатлён работами конструкторов. Было поставлено одно условие – сначала провести успешные испытания межконтинентальной баллистической ракеты, чтобы закончить все работы по её созданию, и только потом заниматься спутником.

Первый спутник должен был весить 1400 килограммов и нести на борту комплекс измерительной аппаратуры для изучения ионосферы и космического излучения. Однако из Америки пришли известия о готовящемся там запуске первого мини-спутника. И Королёв принял решение ускорить работы. Был подготовлен простейший спутник небольших размеров, на борту которого был установлен только радиопередатчик для отслеживания его полёта.

Ракета «Р-7»

21 августа 1957 года испытания «Р-7» были завершены. В этот день состоялся второй успешный запуск баллистической ракеты, о чём спустя шесть дней сообщило телеграфное агентство Советского Союза (ТАСС). А 4 октября 1957 года планету облетела весть – на орбиту Земли выведен первый искусственный спутник, который так и назывался  — «Спутник-1».

Ракета сработала так, как и было задумано. Спустя 314,5 секунд полёта спутник отделился от ракетоносителя и начал орбитальный полёт. Радиолюбители всех стран услышали его «голос» — сигналы, звучавшие как «бип-бип-бип». Это был открытый сигнал, который транслировался всеми радиостанциями планеты. Спутник летел над территорией США, которые только что объявили о создании самой совершенной системы воздушной обороны. Но даже теоретически достать этот спутник тогда никто не мог.

Сам аппарат получился очень простым. Металлическая сфера диметром всего 58 см, составленная из двух полусфер с резиновой прокладкой между ними и стянутая 36 болтами. Вес спутника – 83,6 кг. Две пары антенн длиной 2,4 и 2,9 метра. Разница объясняется тем, что на борту были установлены два автономных радиопередатчика с элементами питания, настроенные на две разные частоты.

Две недели спутник передавал на землю радиосигналы. В этом был и научный смысл – до этого полёта люди могли изучать ионосферу только по отражённым радиосигналам, а о физике прохождения радиоволн извне можно было только догадываться. Но и после истощения батарей спутник продолжал орбитальный полёт. Он закончил своё существование через 92 дня, совершив 1400 витков над Землёй. При этом перигей его орбиты (наименьшая высота над землёй) во время полёта составил 228 километров, а апогей (наибольшая высота) 947 километров.

3 ноября 1957 года на околоземную орбиту был выведен второй советский спутник. На его борту была установлена аппаратура для изучения космического излучения, но, главное, было первое живое существо, совершившее космический полёт – собака Лайка. Полёт длился 10 дней и дал ответы на многие вопросы учёных.

А первый американский искусственный спутник «Эксплорер-1» был запущен только 1 февраля 1958 года (причём, только со второй попытки – первый спутник вместе с ракетой-носителем взорвался при старте). Он весил в десять раз меньше, чем «Спутник-1», и не нёс на борту никакой научной аппаратуры. Гораздо позже, 26 ноября 1965 года, к космическим державам присоединилась и Франция, которая в этот день запустила в космос собственный искусственный спутник Земли.

Так началась космическая эра.

 
По всем вопросам, связанным с работой сайта, обращайтесь по адресу: webmaster@elcode.ru