Навигация в неизвестность

Любопытство и стремление к исследованиям всегда отличали человеческую душу, и с помощью этих порывов человечество нашло в себе смелость преодолеть страх перед неизведанным, реальными опасностями и ужасом воображаемых монстров, населявших коллективный разум. Бесстрашные мореплаватели неизведанного столкнулись с невероятными штормами и бесконечным затишьем, пересекая границы, немыслимые для того времени, когда все считали, что человек должен упасть в пустоту, достигнув края света. Сначала они миновали Геркулесовы столбы, затем пошли все дальше, вплоть до Американского континента и, преодолев тысячу трудностей и опасностей, совершили кругосветное плавание.

Христофор Колумб, Васко да Гама, Бартоломео Диас, Фердинанд Магеллан позволили составить карты совершенно нового мира, а научные знания по-настоящему начали прогрессировать, когда были открыты морские пути, которые соединили бы четыре угла Земли. Фактически прогресс, достигнутый в морском судоходстве, позволил человечеству чрезвычайно расширить знания на нашей планете и распространить представления, культуры и идеи.

У подавляющего большинства людей на Земле сегодня в памяти запечатлена полномасштабная картина нашей планеты. Сегодня мы все знаем, что, когда в Европе восходит солнце, в Соединенных Штатах все еще ночь, а когда здесь лето, в южном полушарии зима. Сегодня мир превратился в глобальную деревню, жители которой день за днем ​​усиливают взаимную зависимость.

Тем не менее, несколько столетий назад это не считалось само собой разумеющимся, и путь к достижению сегодня не был легким.

Древняя навигация

В начале жизни народов море представляло собой преграду, за которой было неизведанное. Однако, движимый любопытством, желанием исследовать, а также голодом, необходимостью размножения, необходимостью находить новые ресурсы, человек столкнулся с неизвестными и опасностями, открывая новые земли и новых народов за пределами моря и устанавливая первые морские перевозки, которые, с прогрессом судостроения все больше расширялась.

В момент гребной флот в закрытых морях процветало преимущественно каботажное судоходство. Гребной флот можно было бы, по сути, назвать «домашним» средством мореплавания. Корабли были привязаны к берегу, имели плохую мореходность и не были приспособлены для дальних морских путешествий. По этим причинам им приходилось плавать прерывисто и в зависимости от погодных условий и длины преодолеваемых расстояний. Таким образом, корабли выходили в море в «хороший сезон», а дневная навигация осуществлялась преимущественно через распознавание особенностей побережья (горы, города, сторожевые башни, заливы и т. д.) и ночная навигация посмотрел на звезды чтобы понять, правильный ли маршрут.

Однако морские коммуникации того времени позволяли распространять знания и разумные объемы перевозок драгоценных и легких товаров, что сильно повлияло на рост морских народов, и не толькоⁱ. Желание познать и исследовать все более отдаленный мир впоследствии позволило разработать методы судостроения, подходящие для борьбы с открытым морем и с большими опасностями, связанными с ним.

Разработка парусный флот, благодаря неутомимому и совершенно свободному способу движения, подобному ветру, положило начало гонке по океанским путям, по которым целыми днями не было видно берегов. Постепенное утверждение парусного спорта, применимого к морским судам, фактически позволило мореплавателям распространиться по всему миру.

Агрегаты имели большую дальность полета и большую грузоподъемность и, учитывая дешевле морской перевозкиЭтот принцип, по существу, действует и сегодня, но это также положило начало реальному процветанию народов континента.

Однако удаленность от берега и отсутствие определенных ориентиров долгое время были проблемой для мореплавателей, которые следовали маршрутам скорее наизусть и инстинктивно, чем с математической уверенностью в своем положении, понимаемом как точная географическая точка, определяемая широта и долгота.

Например, в северном полушарии ночью широту можно было легко узнать, измерив «высота» полярной звезды, т. е. угол, образующийся между направлением морского горизонта и направлением звезды, позволяющий штурману напрямую узнать свою широту. На экваторе фактически высота полярного полюса равна нулю, как ее можно наблюдать на линии горизонта, и увеличивается по мере увеличения широты вплоть до северного полюса, где его высота максимальна и равна 90° ( над нашей головой). Это стало возможным с помощью оптических приборов, пригодных для измерения углов между двумя объектами, которые постепенно эволюционировали вплоть до конца XIX века — секстанта.ⁱⁱ морской. С помощью некоторых зеркал, отражавших свет звезды, и подходящих приборов для считывания угла измерялась высота любого предмета/звезды на горизонте. Однако постоянное движение судна затрудняло наблюдение, а при облачности или тумане провести измерение было практически невозможно.

С другой стороны, вычисление долготы долгое время представляло собой главную морскую проблему, поскольку его нельзя было напрямую вывести из звездных наблюдений, поскольку долгота тесно связана со временем. Поскольку Земля совершает полный оборот на 360 градусов за 24 часа, разница в долготе в 15 градусов означает, что время на один час больше или меньше от контрольной точки. Таким образом, зная разницу во времени, когда одно и то же астрономическое явление происходит в двух разных местах, можно вычислить разницу в долготе. Эта разница во времени, измеряемая в часах, минутах и ​​секундах, фактически эквивалентна долготе и, следовательно, представляет собой разницу в долготе между известной точкой и ее положением..

В целом теоретический дискурс довольно прост, но его практическое применение не обходилось без технических трудностей, учитывая технику того времени. Фактически для точных расчетов необходимо было обеспечить точность времени на борту кораблей, иначе данные не были бы верными.

Порошковые часы (термин «песочные часы» на итальянском языке иногда может также обозначать тип к воде) использовались только для обозначения жизни на борту (смена вахты, питание и т. д.), а карманные часы не годились для расчета долготы, поскольку не обеспечивали необходимой точности.

Таким образом, неопределенность долготы иногда приводила к резкому прекращению навигации с кораблекрушениями из-за того, что фактическое положение не было предполагаемым. Например, 22 октября 1707 года четыре британских военных корабля затонули, поскольку рассчитывали, что они все еще находятся в открытом море, но ночью внезапно оказались на побережье островов Силли, примерно в 45 км к юго-западу от Корнуолла. Авария привела к гибели около двух тысяч моряков..

Точный расчет долготы стал возможен только после того, как англичанин Джон Гаррисон, гений механики, в 1764 году изобрел хронометр, т. е. точные и портативные часы, на которые не влияли, например, изменения температуры или ускорения, вызванные движением корабля. Это стало настоящим поворотным моментом в искусстве мореплавания. Важность точности времени стала настолько велика, что в море была создана часовая служба специально для проверки того, чтобы хронометр всегда работал.

К слову, изобретение Харрисона встретило резкое сопротивление, и лишь через несколько лет ему удалось получить полное признание… и часть солидной премии.

На века, наблюдения за звездами оказались единственным способом вычислить положение в открытом моредаже после появления и быстрого распространения механических двигателей и последующего быстрого технического прогресса. Также там аэронавигация, по сути, использовали по существу те же инструменты для наблюдения и измерения высот звезд, которые использовались на кораблях, через башенку для наблюдений, с добавлением соответствующих поправочных таблиц для высот наблюдения, не принимая во внимание, что собранные данные будут были искажены, и окончательный результат был бы существенно изменен. Вплоть до производства радиоэлектрической навигационной аппаратуры.

Навигация в XNUMX веке

Открытие радио, по сути, было не только новаторским для телекоммуникационного сектора, но также имело важные последствия для морской и воздушной навигации. Фактически, в XX веке были разработаны многочисленные радионавигационные системы, использующие прием радиоэлектрических импульсов, исходящих от различных передающих станций, расположенных в фиксированных и известных положениях. Поэтому, если назвать пару наиболее известных, появились низкочастотные системы Loran (Дальняя навигация) и Декка.

Принцип работы системы «Лоран» был основан на Разница во времени при приеме между сигналами, передаваемыми двумя радиовещательными станциями. На конкретных картах тогда можно было определить точку корабля. Система Decca использовала принцип разность фаз сигналов, излучаемых наземными станциями. В отличие от «Лорана», у которого станции передавали импульсами, в «Декке» станции излучали непрерывные частоты и это, если с одной стороны «Декка» имела меньшую эффективную дальность, чем «Лоран», то с другой это позволяло получить более точное положение.

Также для аэронавигационного ле радиосредства на земле (VOR, NDB, TACAN, ILS, MLS и т. д.) представляли, а некоторые до сих пор представляют собой незаменимый помощник для определения своего местоположения. Некоторые системы предоставляют данные о местоположении в трех измерениях (следовательно, также с данными о высоте), способствуя общей безопасности аэронавигации и предоставляя пилотам более полную информацию об их положении в трехмерном пространстве. Эти системы локализации и радионавигации требуют наличия передающих станций, расположенных на земле, и, следовательно, необходимо иметь их значительное количество для обеспечения глобального покрытия с учетом орографических ограничений и ограничений по мощности излучения.

Учитывая полезность всех этих систем, непрерывный поиск новых способов получения все более точных данных о местоположении привел к созданию систем глобального позиционирования, которые используют сеть с ограниченным количеством спутников на орбите для отправки радиосигналов, которые декодируются небольшое электронное устройство, которое напрямую предоставляет нам графическое представление нашего положения на поверхности Земли, а также данные о широте и долготе, без необходимости выполнения математических расчетов. Он занимается всем электронным оборудованием. Таковы, например, Спутниковая система времени и дальности NAVigation, глобальная система позиционирования (NAVSTAR GPS), который мы все знаем как GPS, изобретенный в США, русскими ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС), китайская система BeiDou или GALILEO, разработанная Европейским Союзом в сотрудничестве с Европейским космическим агентством.

Следующая звездная навигация

Желание исследовать, которое побудило человечество путешествовать, чтобы увидеть, что находится за пределами этих жидких просторов, представленных морями и океанами мира, осталось неизменным. Любопытство и желание знать, которые в прошлом позволяли нам преодолеть атавистические страхи и отправиться в неизведанное, теперь толкают нас к звездам.

Поиск других форм разумной жизни, желание понять механизмы Вселенной или поиск новых миров, где, возможно, в очень отдаленном будущем, можно будет основать человеческие колонии, подобно древним мореплавателям неизведанного, найти экономическую поддержку преимущественно в мотивах тех, кто ищет пространство длязакупка сырья или по вопросам обороны и безопасности. Рано или поздно у человечества появятся технологии, позволяющие совершить эпохальный скачок и отправить экипажи во все более отдаленные космические пункты. Исследовательские и научные путешествия с космонавтами, прообразом которых уже сегодня являются многочисленные научно-фантастические фильмы и сериалы.

С момента появления навигации мы всегда смотрели в небо, чтобы узнать свое положение и, следовательно, узнать, по какому маршруту следовать. Поэтому даже навигации будущих космических каравелл придется получать данные со звезд для решения новых и сложных задач расчета положения, учитывая, что она должна будет быть «универсальной», т. е. основываться на эталоне. система, независимая от Земли или нашей Солнечной системы. Отойдя от всех этих известных и «безопасных» точек, на самом деле расчет позиции добавит к общим оценкам и других сложностей. Прежде всего невозможность приема сигналов от наземных систем позиционирования. Таким образом, дорогой-добрый GPS не сможет помочь будущим «капитанам Киркам» в определении своего положения в глубоком космосе.

Отсюда необходимость поиска альтернативных навигационных систем, способных выполнить задачу определения точного положения космических аппаратов. Как моряки прошлого, которые использовали Полярную звезду в качестве ориентира для пересечения океана, будущие космонавты могли опора на пресс для позиционирования, навигации и синхронизация (ПНТ) в глубоком космосе.

Le пресс Это нейтронные звезды, которые благодаря сочетанию своего вращения и магнитного поля способны излучать вспышки света, интенсивные пульсирующие радиосигналы и другие излучения с чрезвычайно точной частотой. В общем, они как боги. радиомаяки, размещенные во Вселенной. То, что происходит сегодня с приемниками GPS, которые используют сигналы, отправленные спутниками определенной сети позиционирования, для определения их расстояния до указанных спутников и расчета их широты, долготы и высоты, произойдет с приемниками на борту космических аппаратов, которые будут обнаруживать, измерять и использовать регулярные и чрезвычайно точные импульсы, излучаемые пресс каждые несколько миллисекунд, чтобы вычислить свое положение в пространстве.

Астрофизики говорят нам, что пресс Сегодня их известны тысячи, но похоже, что только шесть или семь способны обеспечивать сигналы, достаточно плавные и сильные, чтобы их можно было использовать для кратковременных измерений, что требуется для прецизионных функций PNT. Однако даже такое небольшое количество уже могло бы обеспечить надежную навигацию по космосу в будущем.

На данный момент инструменты для обнаружения выбросов пресс они полагаются на рентгеновские лучи, которые не проникают в атмосферу Земли, что делает их полезными только в космосе. Однако существует вероятность того, что однажды эти рентгеновские сигналы смогут быть преобразованы и переданы на наземные платформы, что позволит использовать их для навигации где угодно, даже на Земле (в качестве резервной копии или для повышения точности GPS-навигации). PNT) или в навигации вокруг Луны, например. С 2017 года работает экспериментальный рентгеновский телескоп под названием Исследователь внутреннего состава нейтронной звезды (NICER), размером со стиральную машину, используется для лучшего понимания свойств нейтронных звезд. Экипажи, которые следовали друг за другом на SSI, объединили NICER с программное обеспечение полет в рамках названной миссии Station Explorer для рентгеновских технологий синхронизации и навигации (SEXTANT), в котором используются наблюдения пресс Рентген для определения точного орбитального положения космической станции. команда Компания SEXTANT успешно завершила первую демонстрацию в ноябре 2018 года. Европейское космическое агентство также оценивает сроки на основе пресс для повышения точности данных, предоставляемых спутниковой сетью Galileo PNT.

выводы

Путешествие в неизведанное – одна из фантазий, щекочущих умы многих, кто с детства мечтает подражать подвигам Колумба, Магеллана… или Армстронга. Исследовав к настоящему времени всю земную поверхность, поход в неизведанное, в глубины окружающей нас вселенной остается самой распространенной фантазией. Это заставляет нас смотреть вверх и мечтать о том, чтобы раздвигать границы знаний все дальше и дальше. На картах древних римлян существовала надпись, обозначающая еще не исследованные, слишком опасные и неизведанные области планеты: Hic Sunt Leones, отсюда и звери. Это был признак того, что был достигнут край известного мира.

Прошли века, но у человечества продолжает оставаться желание плыть к горизонту, преодолевать его, исследовать неизведанное. Горизонт познания, напротив, подобен горизонту моря: он непрерывно движется вперед. Здесь наше желание по-прежнему состоит в том, чтобы исследовать, принося это Hic Sunt Leones в идеале все дальше и дальше, за Луну, за Марс, за пределы Солнечной системы, в межзвездное пространство.

Времена, средства и люди меняются, но стремление к исследованию неизведанного остается прежним, а навигационные системы, даже если они становятся все более совершенными и точными, основаны на довольно общих принципах. Перефразируя цитату, приписываемую Лучио Аннео Сенеке: «...Не существует благоприятного пути для моряка, который не знает, куда идти...», я бы покорно добавил... и, прежде всего, он не знает где он находится... Космонавтам, собственно, и отправляющимся в плавание по научным, коммерческим или военным причинам, им необходимо точно знать, где они находятся, чтобы иметь возможность правильно ориентироваться к месту назначения.

Мы не знаем, сколько времени еще пройдет, прежде чем будет осуществлено первое освоение космоса за пределами Солнечной системы. На данный момент отсутствуют технологии, необходимые для эффективного передвижения на такие большие расстояния. В ожидании подходящих двигателей работа ученых продолжается с целью увеличения количества пресс будут использоваться в качестве галактических часов. Глубоко анализируя их сигналы, можно выбрать те, которые пресс которые в длительных временных масштабах обеспечивают ту же стабильность, что и лабораторные атомные часы, и которые не движутся измеримым образом с помощью имеющихся у нас инструментов. Это позволит будущим мореплавателям в неизведанное точно знать, где они находятся.

Если до сих пор космические путешествия и исследования галактики с помощью искусственных зондов приводили людей к познанию того, что еще столетие назад существовало только в исследованиях и наблюдениях, проведенных с Земли или даже в воображении людей, то весьма вероятно, что будущие космические путешествия в дополнение к научные цели, будут иметь значительные экономические мотивы (поиск или добыча сырья и энергоресурсов), военные или даже (почему бы и нет?) туризм. Не принимая во внимание, что, по всей вероятности, во времена, которые, возможно, даже не заинтересуют наших правнуков, возможно, придется планировать постоянное пребывание вдали от нашей планеты.

Поэтому, чтобы знать, куда идти, необходимо иметь глубокие знания о Вселенной, но, прежде всего, владеть системами, которые позволяют нам точно знать, где мы находимся в космосе, маленькая, но решающая деталь, которая поможет будущим космонавтам ориентироваться в неизведанное, ведя человечество к новым горизонтам.