Прошлая наша беседа была о  том, как ориентироваться в незнакомой местности. Сегодня мы поговорим о приборе, который в последние годы стал привычным предметом в арсенале путешественника. Это спутниковый определитель координат, именуемый также GPS-навигатором, который западная пресса справедливо окрестила “маленькой мечтой Магеллана”.

Вспоминается фильм конца восьмидесятых, где в перерывах между перестрелками и любовными похождениями главный герой ездил в автомобиле с непонятным устройством на приборной панели. На экране отображалась карта местности, по которой двигалась точка – эта самая машина. Помню скептические замечания зрителей в том духе, что кино – оно и есть кино, фантастика это. Сегодня же достаточно взглянуть на витрину в магазине, чтобы убедится – будущее уже наступило. Фантастическая аппаратура суперменов Голливуда доступна и нам.

Загадочная аббревиатура GPS в переводе на русский язык значит “глобальная система позиционирования”. С помощью карманного прибора можно определить своё местоположение в любой точке Земного шара. Система всепогодна, работает круглосуточно. Сервис абсолютно бесплатный, надо лишь купить сам навигатор.

Как многие другие высокотехнологичные изобретения современности, система GPS доступна нам благодаря разработкам военно-промышленного комплекса. Система принадлежит и обслуживается специальным ведомством при министерстве обороны США,  и предназначалась изначально для сугубо военных нужд. Первый спутник был запущен в 1978 году. На полную мощность система заработала лишь в 1993 г., получив гордое имя NAVSTAR. Справедливости ради заметим, что одновременно с американцами аналогичные разработки вели и советские учёные, наш навигационный комплекс успешно работал и назывался ГЛОНАСС. В настоящее время из-за недостатка финансирования отечественная система находится на грани краха.

В 1983 году после катастрофы авиалайнера над Курилами общественность стала требовать, чтобы система стала доступна и гражданским пользователям. Военные пошли навстречу, разрешив пользоваться сервисом и искусственно ограничив точность определения значением +-100 метров. В те времена считалось, с одной стороны, что для большинства гражданских пользователей этого вполне достаточно, с другой – недостаточно для прицельного бомбометания и наведения ракет. Последний барьер был снят 1 мая 2000 года, когда указом президента США ограничение точности определения координат было отменено.

Для простоты понимания систему условно подразделяют на три взаимосвязанных сегмента: наземный, космический и пользовательский. В наземный входят четыре станции слежения, расположенные на тропических островах; и главную станцию контроля, которая находится на авиабазе в Колорадо-Спрингс, где происходит компьютерное моделирование работы всей системы, и откуда через островные станции слежения идут сигналы управления полётом спутников.

Действующих спутников в системе 24 штуки, они летают друг за другом со скоростью три километра в секунду по шести орбитам. Высота орбит около 20 000 километров, благодаря чему период обращения равен двенадцати часам. Есть и запасные, предусмотренные на случай выхода из строя основных.

Под сегментом пользователя понимаются абонентские терминалы, то есть сами приемники, которые и продаются в магазине.

Как же работает всё это хозяйство? Может показаться странным, но лежащие в основе действия системы принципы достаточно просты. GPS-приёмник – устройство пассивное, в том смысле, что он ничего на спутник не передаёт, это именно приёмник. Сигналы передают спутники. Положение спутника известно с большой точностью, за этим следят четыре станции, о которых мы говорили. На каждом спутнике имеются по две пары точнейших часов, атомных и построенных с применением цезиевого стандарта частоты. Часы имеют наносекундную точность, это одно из самых точных устройств отсчёта времени. Каждый спутник имеет свой номер и знает, где именно окажется он и его товарищи в ближайшем будущем. Прогноз местоположения спутников в пространстве называется альманахом, раз в 10-15 минут он передается пользователю.

Итак, что происходит, когда мы хотим определить свои координаты? Летящий над нами спутник передает следующую информацию: альманах, свой номер, свое местоположение, и время, когда передано сообщение. Спутники распределены по орбитам таким способом, что в любой точке планеты нам будут “видны” несколько,  минимум три космических аппарата. Подобную информацию наш приёмник получает от всех видимых спутников. Приёмник имеет “на борту” собственные часы, и сравнивает время отправки сигнала со спутника с временем его получения на Земле. А по разнице можно определить расстояние, ведь скорость распространения радиоволн нам известна! Теперь, получив сигнал еще с двух спутников, можно определить свое местоположение по принципам триангуляции, эти способы известны любому геодезисту. Если спутников будет не три, а четыре, то можно вычислить ещё и высоту. Разумеется, описание весьма упрощено, но для понимания принципов работы этого вполне достаточно.

Какова же точность системы? Достаточно высокая. В зависимости от условий приёма и количества видимых спутников координаты можно определить с точностью до нескольких метров. При использовании дополнительного приёмника, и наличия в данной местности станции дифференциальных поправок, можно добиться сантиметровой точности! Для туризма и навигации в незнакомой местности вполне достаточно бытового GPS-приемника, который доступен теперь каждому желающему.

Сам приёмник представляет собой портативное устройство, сравнимое по размерам с сотовым телефоном. Аппарат имеет жидкокристаллический дисплей, на котором в зависимости от модели отображаются географические координаты, пройденный путь, направление движения, скорость, высота над уровнем моря и масса другой полезной информации. На российском рынке представлены навигаторы фирм GARMIN и MAGELLAN, встречаются и комбинированные устройства, например, совмещённые с телефонным аппаратом и даже наручными часами! Стоимость простой модели менее двухсот долларов, есть и намного более дорогие. Устройство выполнено весьма качественно, имеет водонепроницаемый противоударный корпус, что и понятно – от исправности подобной техники может зависеть человеческая жизнь. Есть и недостатки, а точнее говоря, особенности, которые необходимо учитывать. Это, прежде всего, необходимость в электропитании, если “сядут” батарейки, надеяться придётся лишь на самого себя. Для навигации необходимо чистое небо над головой, в помещении и узком дворе-колодце устройство работать не будет. Также нет гарантии устойчивого определения в глухом сыром лесу в пасмурную погоду. И ещё – министерство обороны США в случае угрозы национальной безопасности страны оставляет за собой право искусственно ухудшать точность определения координат. Предлагаю рассматривать данное чудо техники лишь как очень полезного помощника; но не забывать все ранее приобретённые навыки. Кстати, в большинстве моделей есть лишь математически моделируемый компас, который показывает верное направление лишь в движении. Так что старый добрый магнитный компас выбрасывать пока рано. Удачи вам, и чистого неба над головой!

Дмитрий Песочинский