Google+
БУЛЫЧЁВ МУЛЬТ Анжелина Джоли спорт МИРЫ. MIGHT & MAGIC
Версия для печатиФутурология: Футурология. Спутниковая навигация

Спутники жизни

Спутниковая навигация

— ТЫ СЛУЧАЙНО НЕ СЛЫШАЛ О ЗАЛИВЕ МЭЙНТ?

— Нет, сэр.

— ТАМ СЛАВНОЕ КОРАБЛЕКРУШЕНИЕ.

— Было?

— БУДЕТ. ЕСЛИ Я СУМЕЮ РАЗЫСКАТЬ ЭТО ЧЕРТОВО МЕСТО.

Терри Прэтчетт, «Мор, Ученик Смерти»

В жизни главное — не теряться. Мох растет с северной стороны ствола, Солнце восходит на востоке, южная сторона муравейника имеет пологий скат, а если на вопрос «где я?» местные жители отвечают рифмой, то вы точно в России. Для определения своего местонахождение на карте потребуется компас, хронометр, секстант, калькулятор и чемодан, чтобы носить все это барахло. Но если вы не хотите привлекать нездоровое внимание туземцев с перспективой стать новым Джеймсом Куком, любовь к путешествиям должна идти в ногу с прогрессом. Сегодня достаточно один раз нажать на кнопку, чтобы узнать свое местонахождение с точностью до нескольких метров.

Сейчас, когда вы читаете эту статью, мир переживает невиданный GPS-бум. В 2007 году люди наконец распробовали портативные навигационные устройства и стали покупать их массово. Каждый квартал с прилавков уходит около 8 миллионов штук — вдвое больше, чем в прошлом году. Если у вас еще нет GPS-приемника, то, согласно статистике, вы должны будете купить его в ближайший год-два. А пока давайте взглянем на эти устройства под особым, «мирофантастическим» углом.

На пути к спутникам

Измерять скорость прохождения радиосигналов для определения местоположения кораблей предлагалось еще в конце 19 века, однако задумываться об этом всерьез стали лишь к началу Второй мировой войны. Сперва были созданы наземные станции радионавигации — мощные длинноволновые передатчики системы LORAN (long range navigation) вдоль североатлантического побережья США. Они корректировали курс морских конвоев. Во время войны была разработана система Omega, покрывавшая большую площадь ценой ухудшения точности (разброс в 1,8 морских мили). С нашей стороны аналогичными системами стали «Меридиан», «Альфа» и «Чайка». В модернизированном виде они применяются до сих пор.

Первый навигационный спутник Transit.

В 1957 году СССР запустил Спутник-1. Американцы, завистливо слушавшие «бип-бип» с орбиты, быстро нашли способ высчитывать местоположение аппарата по допплеровскому смещению частоты его радиосигнала. Тут же возникла идея: а почему бы не сделать наоборот? То есть, зная параметры орбиты спутника, вычислять местоположение приемника его сигналов на Земле?

Наземные станции требуют строительства антенных мачт высотой в несколько сотен метров и потребляют до четырех мегаватт энергии. На точность навигации влияет отражение сигналов от ионосферы, их искажение лесами и горами, магнитные бури... Иначе говоря, все то, что совершенно не мешает сигналу со спутника, даже маломощному.

В 1962 на орбите появился первый навигационный спутник Transit, обеспечивавший навигацию подводных лодок. Быстродвижущиеся объекты эта система обслуживать не могла, к тому же определение координат происходило не чаще 1 раза в час. СССР ответил аналогичными проектами «Циклон» и «Цикада». Однако этим «первым ласточкам» недоставало универсальности и точности, особенно для военных задач, поэтому в 1972 году началось создание системы NAVSTAR, известной сегодня как GPS (Global Positioning System), а в 1982 был запущен первый спутник ГЛОНАСС («Космос-1»).

После того как в 1983 году был сбит корейский лайнер, нарушивший границу СССР, американцы пообещали сделать NAVSTAR доступной для гражданского пользования. Семь лет назад аналогичное решение было принято в отношении нашей системы ГЛОНАСС. Развертывание GPS полностью завершилось в 1993 году, а в 2000 было прекращено намеренное искажение сигнала, благодаря чему каждый из нас может в любое время узнать свое местонахождение на планете с точностью до 3 метров (высоту — до 10 метров). Полное покрытие России средствами ГЛОНАСС должно осуществиться в следующем году, а стопроцентный мировой охват — к 2010 году.

Спутник NAVSTAR.

GPS 45-го калибра

Улыбайтесь, снайперы это любят.

Главный принцип снайперов: один выстрел — один труп. Что может быть лучше, чем отстрелить противнику голову? Только стрельба по принципу «один выстрел — один осужденный». В 2002 году на оружейной выставке в Пекине два датских дизайнера представили уникальную модель ID Sniper rifle: снайперскую винтовку, стреляющую GPS-чипами (в снайперский прицел встроена фотокамера, делающая контрольный снимок «жертвы»). Попадание «спутниковой пули» якобы почти безболезненно и напоминает по ощущениям укус комара. Вскоре выяснилось, что это был розыгрыш: существующие GPS-чипы недостаточно компактны, и ни один из них не выдержит ускорения при выстреле. Однако, как говорится, дыма без огня не бывает. Совершенствование этой технологии позволит действительно «отстреливать» мелких правонарушителей и доставлять их в тюрьму прямо из ванной.

Поди туда, не знаю куда

Для научной фантастики GPS стал незваным гостем. За предсказаниями полетов к звездам футурологи проглядели такие заурядные вещи, как компьютерные мыши, mp3-плееры и цифровые фотоаппараты. Более того, фантасты даже не смогли предвидеть массовой популярности фэнтези (люди будущего из их романов бредят космосом, а не сказками), изрядно потеснившего научную фантастику в самом разгаре научного прогресса. Что уж говорить о спутниковой навигации?

Я убедился, что пытаться вообразить себе будущее сейчас — просто глупо.

Уильям Гибсон, интервью для газеты The Observer

Аквариум с навигатором («Дюна»).

Стихия научной фантастики — космос. Для навигации в нем чаще всего используются некие сканеры пространства и разумные компьютеры. Во вселенной Warhammer 40000 варп-прыжки направляются сигналом Астрономикана — маяка, расположенного в Гималаях. Он был построен Императором Человечества и подпитывался его невообразимой психической мощью. После Ереси Хоруса маяк работает на «расходном материале» — десяти тысячах псайкеров, отдающих ему все жизненные силы в течении нескольких месяцев. Дальность луча маяка — 50000 световых лет, что не позволяет ему обслуживать Восточную Окраину галактики. Без Астрономикана связь между мирами Империи прервалась бы, поэтому маяк имеет огромное религиозное значение, а его сигнал называется «Лучом надежды» или «Золотым путем».

«Золотой путь» был и во вселенной «Дюны», однако к космической навигации он имел лишь косвенное отношение. Полеты в гиперпространстве были очень опасными: к месту назначения обычно доходили девять из десяти лайнеров. Вначале Гильдия Навигаторов использовала для прокладки курса суперкомпьютеры, однако после Бутлерианского Джихада мыслящие машины были запрещены, и их место в рубках кораблей заняли Навигаторы Гильдии. Мутанты, дышащие меланжевым газом, могут заглядывать в будущее, предвидеть опасности на пути лайнера и прокладывать оптимальный курс.

Навигационно-боевой робот AMEE (к/ф «Красная планета»).

Когда речь идет о путешествиях, фантасты не любят спускаться с небес на землю и вспоминать о том, что даже в 25-м веке человек легко может заблудиться на незнакомой планете. В фильмах часто можно увидеть, как космонавт достает планшет с фотокартой вроде Google Earth, на которой уже указано его местоположение. Иногда для ориентирования на местности применяются роботы. Ни в том, ни в другом случае принципы навигации не уточняются.

В постапокалиптике также применяются чудесные навигационные устройства (PIPBoy из Fallout), либо, если дела у человечества совсем плохи, ориентирование происходит по звездам («Водный мир», 1995). В любом случае, системам вроде GPS там не место, поскольку спутниковая система требует постоянного обслуживания и замены вышедших из строя аппаратов каждые два-три года.

PipBoy. То ли радар, то ли GPS на радиолампах.

Для киберпанка навигация в Сети гораздо актуальнее навигации в реальном мире. В «Лабиринте отражений» Сергея Лукьяненко существуют специальные вирусы-полиморфы, обнаруживающие местоположение вашего компьютера в реальности, а также вирусы-маркеры, позволяющие следить за людьми в Сети (например, поцелуй специальной губной помадой).

Если вспомнить «Матрицу», то координаты человека в ней определяются не средствами самой системы, как это логично было бы предположить, а по специальному программному «жучку», внедряемому в виртуальное тело. Вместе с тем, машины способны моментально установить местоположение человека-батарейки, выпавшего из Матрицы в реальный мир, и «слить» его в канализацию, а некоторые программы (Архитектор, Пифия) могут следить за людьми, манипулируя структурой Матрицы напрямую.

Улыбнитесь, вас снимает скрытая камера... на орбите (к/ф «Враг государства»).

Единственный жанр, где спутники, без всякого преувеличения, правят бал — детективные триллеры. В фильме «Враг государства» (1998) спутники нового поколения были способны осуществлять визуальное обнаружение любого человека, а в фильме «Дежа вю» (2006) для слежения за людьми в любом месте планеты применялась самая настоящая машина времени.

Свой наручный телеэкран, настроенный на волну телеэкранов родителей, чтобы те всегда могли знать, где он находится, мальчик снял с руки и спрятал под кресло.

Станислав Лем, «Магелланово облако»

Карта мародеров, один из самых точных инструментов позиционирования в фэнтези (к/ф «Гарри Поттер и Узник Азкабана»).

В фэнтези гораздо чаще мечтают о пещерах с золотом, нежели о том, как максимально быстро в них попасть. Вместе с тем, сказочные «навигационные системы» зачастую бывают гораздо эффективнее фантастических. Одну из них мы знаем с детства — это волшебный клубок ниток, катящийся в нужном направлении. По сути, он представляет собой отличный дорожный навигатор с функцией автоматического расчета маршрутов.

Герои Толкина не испытывают затруднений с навигацией: они либо идут наобум, либо знают Средиземье вдоль и поперек едва ли не лучше Илуватара. Своеобразным навигационным «маяком» было Кольцо Всевластья, притягивавшее внимание развоплощенного Саурона и назгулов. С помощью палантиров можно было наблюдать за любой частью света, а также определить местонахождение существа на «другом конце провода».

Мощнейшим навигационным потенциалом обладает Карта мародеров из «Гарри Поттера». «Глобальной» ее не назовешь, поскольку действует она лишь в Хогвартсе и его окрестностях, зато показывает местонахождение любого существа, даже изменившего облик, в любой части Хогвартса (за исключением Выручай-комнаты и Тайной комнаты).

Хорошим примером глобального портативного навигатора служит браслет Анубиса из фильма «Мумия возвращается». Он работал в любой точке земного шара, проецируя небольшой «видеоролик» с описанием маршрута по заранее определенным направляющим к гробнице Царя Скорпионов. Потерять его было невозможно: браслет обхватывал запястье намертво.

Нетрадиционная ориентация

Миниатюрный gps-чип Sirf Star III.

Что мы имеем сегодня? Единственной доступной системой спутниковой навигации остается NAVSTAR. Американцам она влетела в копеечку: на развертывание GPS было израсходовано 15 миллиардов долларов, а на поддержание ее в работоспособном состоянии ежегодно тратится около 750 миллионов. По сути, США занимаются этакой благотворительностью, позволяя гражданским лицам пользоваться военной системой, изначально разрабатываемой лишь ради того, чтобы можно было эффектно загнать ракету верблюду в глаз.

На технологии GPS сейчас живет вся планета. Самолет, уносящий вас в отпуск к морю, летит по сигналам спутников NAVSTAR (GPS часто выступает «глазами» автопилотов). Корабль, на котором вы отправились в круиз, никогда не разобьется о рифы. Автомобиль, взятый напрокат в Германии, будет раздражать вас советами повернуть на следующем перекрестке. Но не следует забывать, что в случае угрозы национальной безопасности бравые ястребы из Пентагона могут вновь включить режим помех либо вообще прекратить трансляцию GPS-сигнала на гражданских частотах.

Garmin Forerunner 305. Ваш персональный тренер + атомные часы.

Во время войны в Персидском заливе американские приемники высокоточных кодированных частот GPS часто барахлили, и солдатам приходилось ориентироваться по обычным гражданским моделям, точность которых в то время была так себе.

Помимо точного определения координат, бытовые GPS-приемники могут показывать высоту над уровнем моря, время восхода и захода Солнца, скорость передвижения, среднюю и максимальную скорость за время поездки, расстояние до отмеченных объектов. Вы также можете получать информацию о пробках на дорогах и измерять точное расстояние между любыми точками планеты, например, между вашим домом и статуей Свободы в Нью-Йорке.

Кроме того, каждый спутник несет на борту высокоточные атомные часы. Они контролируются атомными часами на земле, а вся система непрерывно калибруется по мировому стандарту времени. Таким образом, NAVSTAR можно назвать «атомными часами в небе». Даже самые маленькие наручные GPS-приемники для занятий спортом показывают время лишь с наносекундной погрешностью, недостижимой даже для самых дорогих кварцевых часов.

Точность замера времени при прохождении радиосигнала, идущего со скоростью, близкой к световой, очень важна. Ошибка всего на одну наносекунду дает разброс в 30 метров.

Альтернативы? Китайская навигационная система «Бэйдоу» состоит из геостационарных спутников, обслуживающих лишь Поднебесную и соседние с ней территории. Европейский «Галилей» — коммерческий проект, завершить который планируется не ранее 2012 года. Затраты на его обслуживание будут компенсироваться за счет высокой стоимости приемников, а высокоточные сигналы станут доступны лишь в рамках платных сервисов.

Российский военный приемник 13Ц822 (ГЛОНАСС/GPS). Судя по его размеру, здесь явно не обошлось без нанотехнологий.

Приведение отечественной (в сотрудничестве с Индией) системы ГЛОНАСС в полностью рабочее состояние, несмотря на мощную рекламу в СМИ, пока что не вызывает особого энтузиазма. До недавнего времени в нашей стране все высокоточные карты находились под грифом «секретно» (масштаб 1:50000 засекречен до сих пор), а точность определений координат точек, находящихся выше 30 метров, была незаконной. Именно поэтому ГЛОНАСС изначально проектировался таким образом, чтобы его гражданские частоты давали жуткие погрешности: 28 метров по горизонтали и 60 метров по вертикали.

Одно из многочисленных устройств GPS-слежения, регулярно посылающее SMS со своими координатами.

Что бы вы купили: приемник GPS с точностью около 3 метров, или ГЛОНАСС c точностью «примерно где-то там»? До тех пор, пока ситуация с погрешностью ГЛОНАСС не прояснится (сейчас уже ведется речь о 10 метрах) и не будет достигнута договоренность об унификации режимов частотного разделения ГЛОНАСС и GPS, покупать приемники отечественной системы можно будет разве что из чувства глубокого патриотизма.

Наибольший интерес представляют мультиформатные аппараты, принимающие сигнал всех навигационных систем, каждая из которых должна включать в себя примерно по 30 спутников. Итого, с учетом «Галилея», мультиформатные приемники будут обслуживаться 90-100 спутниками. Это означает, что над головами пользователя всегда найдется как минимум десяток аппаратов, благодаря чему можно увеличить точность определения координат и не сбиваться с пути всякий раз, когда президенту США взбредет в голову начать очередную войну за углеводороды.

Что дальше? Нынешнее поколение глобальных навигационных систем уже устарело. Они имеют одинаковые уязвимые места. Микроволновые сигналы искажаются вспышками на Солнце и магнитными бурями, атмосферные помехи ухудшают точность определения координат по спутникам около горизонта, плотная листва или высокие здания в городе отражают сигналы, сбивая приемники с толку.

Так как излучение спутников очень слабое, в него можно легко внести помехи. Был случай, когда целый морской порт был изолирован от сигналов GPS из-за сбоев в работе простого телевизионного усилителя. Постановка помех — дело нехитрое. В 2002 году хакерский электронный журнал Phrack опубликовал подробную схему изготовления подобного устройства. Наземные аппараты можно отследить и уничтожить, однако если запустить несколько «ложных» спутников, американские войска в самый критический момент ослепнут. Можно предположить, что наше Минобороны уже давно припасло подобный «сюрприз» для заклятых друзей из НАТО.

Новый Garmin eTrex Legend HCx: повышенная чувствительность (принимает сигнал даже сквозь кирпич и бетон).

Наконец, при определенных условиях спутниковая навигация может облегчать орбитальное маневрирование космических аппаратов. Для дальних космических полетов она, увы, малополезна. Корабли идут с большой скоростью, а радиосигнал на таких расстояниях поступает с задержкой, поэтому даже если компьютеры будут делать соответствующие поправки, точность определения координат останется низкой. К тому же для межпланетных путешествий не требуется точность «плюс-минус метр» (если, конечно, речь не идет о сложных маневрах на полпути: стыковках, боях и т. п.). Сейчас, как и раньше, для этого достаточно обычных астронавигационных расчетов и оптических средств коррекции курса.

* * *

GPS-чипы уже встраиваются в коммуникаторы и часы, поэтому очень скоро любой человек сможет точно сказать, где он находится. Прошли те времена, когда первооткрыватели шли по картам, снабженным ценными комментариями вроде «а где-то здесь живут драконы». Вы больше никогда не потеряетесь в лесу и всегда найдете нужную улицу в незнакомом городе. Навигационные компьютеры смогут прокладывать оптимальные маршруты, экономя миллионы рублей на топливе. Наша планета стала меньше, а дальние страны — ближе.

Комментарии к статье
Для написания комментария к статье необходимо зарегистрироваться и авторизоваться на форуме, после чего - перейти на сайт
РАССЫЛКА
Новости МФ
Подписаться
Статьи МФ
Подписаться
Новый номер
В ПРОДАЖЕ С
24 ноября 2015
ноябрь октябрь
МФ Опрос
[последний опрос] Что вы делаете на этом старом сайте?
наши издания

Mobi.ru - экспертный сайт о цифровой технике
www.Mobi.ru

Сайт журнала «Мир фантастики» — крупнейшего периодического издания в России, посвященного фэнтези и фантастике во всех проявлениях.

© 1997-2013 ООО «Игромедиа».
Воспроизведение материалов с данного сайта возможно с разрешения редакции Сайт оптимизирован под разрешение 1024х768.
Поиск Войти Зарегистрироваться