Корабли повинуются спутнику

Корабли уходят в море... Пройдут долгие месяцы, иногда годы, прежде чем они вернутся в родной порт.

Выгрузка, погрузка, заправка топливом, ремонт, профилактические осмотры — все это будет производиться в портах, расположенных друг от друга на десятки тысяч километров. Плавание ведется по тщательно разработанной программе. Корабль должен идти строго по маршруту, несмотря на встречный ветер, шторм, морские течения и т. д. Как же удается в безбрежных океанских просторах не только выдерживать заданный маршрут, но в определенное время быть именно там, где этого требует программа?

Заметим сразу, что далеко не всегда удается успешно решить подобную задачу.

Простейшие корабельные навигационные приборы (компас, часы, указатель скорости) не дают всей информации, необходимой для точного определения местоположения корабля и, следовательно, для внесения точных поправок в его курс. Конечно, есть еще Солнце и звезды. Существуют таблицы, в которых указано положение Солнца и звезд относительно горизонта и направление север — юг в зависимости от времени. Зная время и положение светил, можно определить собственные географические координаты. Положение светила или звезды в ясную погоду можно определить с помощью компаса и секстанта.

Однако успешному применению этих средств серьезно мешают естественные помехи: плохие метеорологические условия и недостаточная видимость земных и небесных ориентиров, магнитные аномалии, солнечные возмущения, магнитные бури и т. д.

В настоящее время для определения точного местонахождения чаще всего используют радионавигацию. Направление на радиомаяк определяется, например, по максимуму принимаемого сигнала или с помощью методов, основанных на использовании эффекта Допплера.

Система материковых радионавигационных станций непрерывно усложняется, не обеспечивая глобальной навигации.

В мирное время, правда, удается привести корабль в пункт назначения, последовательно передавая его от одной навигационной системы к другой.

Но во время войны эта ажурная навигационная паутина может быть легко разорвана. Как же водить корабли в этом случае?

Представим себе, что имеется радио- ...спутник передатчик, работающий на частоте 30 Мгц (30 миллионов электромагнитных колебаний в секунду), и соответствующий приемник, расположенный на некотором расстоянии от передатчика.

Если аппараты неподвижны относительно друг Друга, то приемник принимает радиоволны частотой 30 Мгц. Если расстояние между ними уменьшается, принимаемая частота будет несколько больше. Величина сдвига частоты растет с увеличением скорости сближения. При увеличении расстояния между приемником и передатчиком принимаемая частота будет меньше 30 Мгц. В этом и состоит эффект Допплера.

Если передатчик приближается к приемнику, то принимаемая частота сигнала вначале будет больше номинальной (пока приборы не сблизились до кратчайшего расстояния), затем передатчик удаляется — частота приема уменьшится и станет меньше номинальной. В момент сближения на кратчайшее расстояние скорость изменения расстояния равна нулю — в этот момент приемник фиксирует номинальную частоту.

Предположим, что приемник установлен на корабле, находящемся в открытом море (рис. 7), а передатчик — на спутнике, пролетающем в этом же районе в пределах видимого горизонта. Если в каждый момент времени известно положение спутника на орбите, то легко определить, когда и над какими точками Земли проходит спутник.

Когда спутник появляется над горизонтом, корабельный приемник начинает принимать частоту, превышающую номинальную. Спутник сближается с кораблем на кратчайшее расстояние — в этот момент принимается номинальная частота. Время приема запоминается на корабле. На географической карте с нанесенной трассой спутника отыскивается эта отметка времени, и в этом месте трассы к ней проводится перпендикуляр. Местоположение корабля на этом перпендикуляре определяется по скорости изменения частоты: чем больше скорость изменения частоты, тем ближе корабль к трассе.

Первая попытка запуска навигационного спутника в США относится к 1959 г. Спутник — полосатый пластмассовый шар весом 120 кг — назывался «Транзит-1А». Запуск был неудачным: отказала первая ступень носителя.

Через полгода навигационный спутник был все же запущен на орбиту, и его передатчик излучал довольно стабильный по частоте сигнал.

Система работала следующим образом. Сеть наземных станций рассчитывала орбиту спутника на несколько суток вперед и полученные данные передавала на корабль с помощью самого спутника, являвшегося одновременно активным ретранслятором. Данные о местонахождении спутника вместе с кривыми допплеровского сдвига служили исходными для определения местоположения корабля.

Система четырех спутников позволяет кораблю определить свое местоположение с точностью до 180 м.

Подобная навигационная система после значительных доработок может быть использована в будущем для навигации военно-морских судов, авианосцев и подводных лодок. Для повышения качества работы системы необходимо, в частности, обеспечить точное прогнозирование орбит, значительно повысить надежность бортового оборудования и установить контроль за его работой. Для объектов, движущихся с большими скоростями, например самолетов, использование системы в ее настоящем виде затруднительно. Дело в том, что в системе «Транзит» на определение местоположения уходит значительное время. Если объект движется с большой скоростью, то определение его местоположения вышеописанным методом теряет смысл.

Более подробно о навигационных спутниках можно узнать, например, из книги Г. Д. Смирнова «Навигационные спутники», Воениздат, 1963 г.