Как NASA показало Америке Луну

Со временем корабли становились надежнее, позволяя человеку отплывать все дальше от берега. Но даже если при хорошей погоде держать курс прямо, судно все равно будет «вилять» под воздействием ветра и океанских течений. Поэтому человек разработал астронавигацию, использующую движение Солнца, Луны и звезд с востока на запад, которые, тем не менее, можно было наблюдать только в условиях хорошей видимости.

На земле, в море или в воздухе есть только один способ добраться до намеченной цели в том случае, если она невидима, — знать свое местоположение в данный момент и координаты заданной цели. Владея этой информацией, надо всего лишь направить средство передвижения в нужном направлении и двигаться вперед, строго придерживаясь выбранного курса.

Древние полинезийцы стали ориентироваться по звездам, обнаружив, что те каждую ночь пересекают небосклон почти по одной и той же траектории. Отклонения от этого курса меняются очень незначительно от ночи к ночи в течение всего года и повторяются из года в год. Нужно было только запомнить, какие звезды находятся над островом в зените, то есть в высшей точке. Поскольку звезда не меняет своего положения в течение многих тысяч лет, она становится сигнальным огнем самого высокого в мире маяка, чье основание находится в конкретной географической точке. Двигаясь на запад от восходящей звезды, полинезийцы могли плыть к цели без компаса и секстанта, безошибочно ориентируясь в огромном Тихом океане. Европейцы же в те времена редко осмеливались покидать пределы зоны видимости берега. Азиатские моряки, видимо, использовали аналогичную астронавигацию, поскольку, по некоторым данным, китайцы сумели достичь западного побережья как Северной, так и Южной Америки.

Постепенно европейские астрономы разработали астрономические таблицы Солнца, показывающие широту его местоположения на каждый день. Поскольку Солнце меняет свою широту менее чем на четверть градуса в день, наблюдатель, измерив высоту расположения светила в полдень, по этим таблицам мог вычислить широту своего местоположения. Требовалось лишь вычесть угол возвышения Солнца в полдень (в наивысшей точке) из 90 град. и прибавить к известной широте Солнца на день расчета. Европа, наконец, начала использовать звезды для навигации, но сначала изобрела точные морские часы и астрономические справочники.

Где я?

Прежде чем мы займемся навигацией в космосе, немного освежим знания в области земной навигации. Угол возвышения первоначально измерялся с помощью веревок с узелками, которые держали в руках, затем стали применять нивелир, октант и, наконец, секстант. Широта — естественный показатель, определяемый экватором и полюсами. Долгота же является величиной искусственной, ее отсчет ведется от произвольно выбранной точки.

Географическое положение (ГП) любого небесного тела — это точка на земной поверхности прямо под этим телом в момент его нахождения в зените (рис. 18).

Рис. 18. Географическое положение тела

Для определения ГП необходим секстант, чтобы измерить угол возвышения небесного тела (Солнца, планет, звезд, Луны) над горизонтом. Кроме того, требуется знать точное время измерения. На основании этих данных с помощью справочника можно вычислить географическое положение тела.

Справочник, или альманах, представляет собой ряд астрономических таблиц, где указаны положения Солнца, Луны, планет и навигационных звезд в каждый час любого дня года. Если наблюдение произведено в дробную часть часа (например, в 7 часов 15 минут), ГП также легко вычисляется.

Электронные навигационные системы тоже основаны на измерении расстояния от известной географической точки до земных передатчиков. Каждая из них задействует измерения от трех различных объектов. Исключение из этого правила — положение Солнца в полдень. Оно само по себе дает нам широту, а если известно время, то и долготу.

Каждая система создает единую круговую линию положения (ЛП), являющуюся окружностью с радиусом, равным расстоянию между объектом и наблюдателем в момент измерения или фиксации радиосигнала. Причем наблюдатель может находиться в любой точке этой окружности.

Предположим, вы находитесь в 35 град. от географического положения передатчика, расположенного в точке с координатами 45 град. северной широты (СШ) и 30 град. западной долготы (ЗД). Расстояние между вами и передатчиком является радиусом окружности с центром-передатчиком. Эта окружность и есть ЛП (рис. 19 слева).

Рис. 19. Определение местоположения объекта с помощью ЛП

Второй передатчик расположен в координатах 30 град. СШ и 30 град. ВД на расстоянии в 15 град. от вас. Мы получаем ЛП-2. Вторая окружность пересекается с ЛП-1 в точках А и В (рис. 19 в центре).