Как NASA показало Америке Луну
Шрифт:
Вся навигация основана на пересекающихся ЛП. Этот принцип используется, в частности, системой SATNAV (Satellite Navigation — Спутниковая навигация), разработанной в начале 1960-х годов. Ее бортовой набор состоит из радиоприемника и компьютера. Со спутника, движущегося с высокой скоростью по полярной орбите, порциями передаются данные, которые, кроме всего прочего, содержат сигналы времени и координаты спутника. Приемник сравнительно медленно идущего либо стоящего судна получает эти данные и измеряет сдвиг Доплера в череде порций данных, обусловленных движением приемника относительно спутника. Компьютер производит серию вычислений, чертит математические ЛП, находит их пересечение и выдает местоположение
У всех этих систем есть одно общее свойство — все три ЛП нарисованы на поверхности Земли, что, естественно, не учитывает реального положения объекта в трехмерном пространстве. Даже если вы летите в самолете или плывете в подводной лодке, то ваше положение определяется, образно говоря, на поверхности Земли. Разделение поверхности земли на сушу и водное пространство дает нам дополнительные точки отсчета, а магнитное поле Земли позволяет нам отличать север от юга, и все небесные тела для нас «движутся» в течение дня с востока на запад.
Точность космической навигации, или астронавигации, с использованием секстанта зависит от умения наблюдателя «поймать» наиболее яркие звезды, географическое положение которых легко определить. Навигатор ориентируется, выделяя их из известных созвездий, которые меняются настолько медленно, что в течение жизни заметить их смещение с помощью такого грубого инструмента, как секстант, невозможно.
С помощью секстанта можно «подстрелить» определенную звезду, а затем скорректировать угол с учетом механических и прочих погрешностей. Нас интересует угловое удаление звезды от зенита. Поскольку горизонт расположен под углом 90 град. к зениту, можно вычесть измеренный угол и получить расстояние между «своим» зенитом и зенитом этой звезды. Получаем ЛП, как на рис. 19 слева. Повторение расчета с использованием других звезд дает положение, изображенное на рис. 19 справа.
Навигация NASA
Звезды, входящие в состав одного любого созвездия, как это ни парадоксально, практически не имеют ничего общего между собой — помимо того очевидного факта, что они находятся в одном и том же направлении от Земли, а также принадлежат нашей Галактике. Хотя каждая звезда находится в очень быстром движении по отношению к Солнцу и другим звездам своего созвездия, они настолько удалены от Земли, что кажутся нам неподвижными.
Майкл Коллинз пишет:
«Общая идея навигационной системы Аполлона достаточно проста. Все началось со звезд, чьи положения в инертном космосе хорошо известны и неизменны… Они так далеко, что выглядят одинаково, что с Земли, что с Луны» (7, с. 288).
Во время приготовлений к полетам на Луну он утверждал, что навигация — это его конек:
«Я несколько раз ездил в Массачусетский технологический институт (MIT), расположенный недалеко от Бостона, и прилагал максимум усердия. Эксперты мучили меня «простыми» объяснениями две недели, после чего мне оставалось лишь качать головой» (7, с. 288).
Возможно, он чувствовал, что ему внушают всякую чушь, что-то вроде «Фрамус витигирует на стержне шпиговки, приводя в действие холкроид. Как только он дзильгнет, значит ты на полпути домой». Когда мне попадается нечто подобное, лишенное всякого смысла, у меня всегда возникают проблемы: я не могу это запомнить и не могу с этим работать.
Чтобы получить навигационный пакет, NASA в самом начале проекта обратилось в MIT с просьбой разработать систему, которая позволила бы программе «Аполлон» отправиться на Луну и вернуться обратно. Группа профессоров выдала
Майкл Коллинз был назначен навигатором Аполлона-11. В своей книге он перечисляет 37 навигационных звезд, а также их соответствующие восьмеричные номера, с помощью которых компьютер их идентифицировал. Вот как Майкл описывает навигационный пакет:
«Астронавт, глядя в телескоп либо в секстант, находит одну из заранее подобранных звезд, накладывает на нее «+» и жмет на кнопку в момент идеального совпадения. Затем называет компьютеру номер этой звезды. Аналогичные действия со второй звездой позволяют компьютеру определить направление расположения космического корабля. Но знаем ли мы направление наверх? Не совсем, поскольку «верх» — понятие относительное. На Земле оно означает направление от ее центра, противоположное вектору гравитации, удерживающей нас на поверхности. Но, допустим, мы не можем даже видеть Землю в окно и находимся вне пределов досягаемости земного притяжения. Что делать? Возвращаемся к нашим друзьям-звездам. Мы просто определяем новые понятия «верх-низ» и «лево-право», используя звезды вместо Земли. Все будет хорошо, пока мы играем по одним правилам, пока центр управления с Земли посылает нам указания, используя ту же звездную систему координат. Теперь мы свободны от всех земных условностей и можем корректировать наш курс к Луне и обратно, направляя корабль в нужном направлении и ориентируясь по звездам» (7, с. 289).
Упомянутый Коллинзом «крестик» означает наличие у прибора оптического прицела. Но у секстанта его нет! Из любопытства я перечитал книгу: Коллинз имеет в виду именно секстант. Почти через 100 страниц он продолжает:
«В отличие от Близнецов, Аполлон имеет достаточно мощный компьютер, подключенный к оптике, к которому я обращаюсь за помощью. Он отвечает, размахивая секстантом, пока не укажет туда, где, как ему кажется, находится Менкент. Ага! Вот он, в явном виде, и теперь мне достаточно просто совместить его с крестиком и нажать кнопку в этот момент. Затем я повторяю тот же процесс, используя Нунки, и компьютер меня одобрительно похлопывает по плечу, выдав сообщение, что мои измерения отличаются от его данных всего на 0,01 градуса. Он показывает эту информацию как 00001. На языке MIT идеальное значение 00000 называют «пятью шарами"» (7, с. 373).
Вот! Коллинз открытым текстом говорит, что секстант имеет «крестик». Но этого не может быть! Секстант — это инструмент, который использует зеркала, установленные на откалиброванном подвижном штативе. Принцип его действия заключается в наложении изображения одного объекта на изображение другого и измерении угла между ними. На Земле один из этих объектов, как правило, является горизонтом, но здесь измеряется дуга между двумя звездами. «Прицел» тут не нужен!
По-видимому, Коллинз имел в виду теодолит — телескоп с «крестиком» и большей, чем у секстанта, точностью. Но мне трудно поверить в то, что летчик, ставший астронавтом, не знает разницы между этими приборами.
Измерение угла между двумя звездами могло только помочь астронавтам выровнять корабль. Это делается с помощью азимута и угла возвышения по отношению к измерительному устройству корабля. Для такого грубого инструмента, как теодолит, звезды кажутся неподвижными, поэтому он всего лишь позволяет узнать направление движения корабля с точностью, с которой был сделан «выстрел».
Что касается запрограммированных данных, то они представляют собой угловые расстояния между любыми двумя навигационными звездами. «Пять шаров» — всего лишь красивые слова, скрывающие суть результата наведения. И человек, специально обученный астронавигации в MIT, так этого и не понял.