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Era cuando es difícil perderse

¿Cómo cambió el mundo? ¿Recuerdas la maravillosa novela de Antoine de Saint-Exupery "Vuelo nocturno" en su lirismo? En la historia, el avión postal se perdió debido al ciclón en el espacio, y en la final no está claro si se estrelló o logró hacer un aterrizaje de emergencia, y dónde sucedió. Ahora está creciendo una generación, que se sorprenderá de la posibilidad de perderse, porque los navegadores los han rodeado toda su vida. Y la situación "en algún lugar donde alguien está en problemas y nadie lo sabe" también desaparece gradualmente. Un accidente aéreo se registrará muy rápidamente a través de muchos canales. Un turista prudente traerá consigo un dispositivo del tamaño de un teléfono inteligente y podrá pedir ayuda en caso de problemas. Y en los automóviles, se introducen sistemas que pueden reconocer automáticamente un accidente y llamar a los rescatistas por su cuenta,incluso si el conductor y los pasajeros no pueden hacer esto.


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Menos de diez años después de los eventos del "Vuelo Nocturno", las brújulas de radio comenzaron a aparecer cada vez más en los aviones: una antena en forma de anillo hizo posible averiguar la dirección de la fuente de la señal de radio, una estación especial o incluso una estación de transmisión ordinaria.


Lockheed Electra, la antena de la brújula de radio en forma de anillo es claramente visible desde arriba, foto de Christian Bramkapmp / aitliners.net La

falla del equipo o la calificación insuficiente para trabajar con el equipo podrían convertirse en factores tan dramáticos como en "Vuelo nocturno", la desaparición de la famosa piloto Amelia Earhart - en Howland Island, el objetivo intermedio de un vuelo alrededor del mundo, escuchó su avión y recibió mensajes de radio sobre los intentos de encontrar el atolón y el combustible agotándose. Los restos de Amelia Earhart, el navegante Frederick Noonan y el avión no se han encontrado hasta ahora.

La antena en forma de anillo también tenía una propiedad desagradable: mostraba la dirección hacia la fuente de señal, pero no podía decir si el avión se estaba acercando o, por el contrario, se estaba alejando. Debido a esto, durante la Segunda Guerra Mundial, toda la tripulación del bombardero B-24 "Lady Be Good" murió, volaron un faro y se retiraron al desierto. Cuando el avión se quedó sin combustible, saltaron con un paracaídas e intentaron llegar a la base, sin saber que eran setecientos kilómetros. Irónicamente, el avión planeó e hizo un aterrizaje relativamente suave en la arena. Quince años después, fue encontrado en el desierto. La estación de radio a través de la cual se podía pedir ayuda permaneció intacta.


Bombardero B-24, anillo de antena en una capucha negra en forma de gota en la parte superior

Pero en general, la brújula de radio resultó ser un dispositivo muy útil: podría volar a lo largo de los corredores aéreos entre las balizas, y si hubiera varias balizas en la zona de audición, podría determinar su posición con buena precisión: la intersección de los rodamientos (direcciones a la baliza) de los transmisores indicados en el mapa proporciona El punto en el que se encuentra el avión. A pesar de todos los logros de la navegación por satélite, las balizas todavía se utilizan en la navegación de aeronaves.


Mapa de navegación por radio del área alrededor de San Petersburgo, pueblo Ivanovo.rf

Los corredores fijos sobre balizas fijas son excelentes para la aviación civil, pero los militares deberán actuar en territorio enemigo donde el enemigo no ayudará con las balizas de radio, y el objetivo de los bombarderos puede cambiar todos los días. Ya al ​​comienzo de la Segunda Guerra Mundial, los alemanes usaban sistemas de radio navegación cada vez más sofisticados para dirigir sus bombarderos en Londres.


Sistema Knickebein, los bombarderos vuelan en un haz y lanzan bombas cuando cruzan el segundo, ilustración de Dahnielson / wikimedia.org

Los británicos respondieron con interferencia de radio, interrumpiendo el funcionamiento normal de los sistemas con sus señales. Otra ironía es que Reginald Victor Jones, quien dirigió esta pelea, adoraba las manifestaciones y probablemente disfrutaba el hecho de que recibió los recursos de todo un país para engañar a los pilotos alemanes. Como resultado, la Luftwaffe fue impulsada por la guerra electrónica tanto que perdieron toda fe en los sistemas de radio guía para los bombarderos.

Después de la guerra en la aviación civil de corto alcance, el sistema VOR / DME se convirtió en estándar, lo que le permite determinar la distancia y la dirección de la baliza. Los sistemas militares funcionan según un principio similar: el TACAN occidental y el RSBN soviético / ruso. Un transmisor de avión envía una solicitud que es retransmitida por una estación terrestre. El tiempo de retraso de respuesta determina la distancia entre la aeronave y la estación. Para determinar la dirección de la baliza, se utilizan otras antenas: una gira y su señal corre alrededor del horizonte en un círculo. El otro emite una señal omnidireccional en un momento en que la primera antena emite en dirección norte. Por la diferencia horaria entre la recepción de la primera y la segunda señal en el avión, puede determinar de qué lado está en relación con la estación.


Antena que combina VOR / DME y TACAN,fuente

Para largas distancias, los sistemas OMEGA, LORAN, Seagull y RSDN utilizaron un principio diferente. Supongamos que hay tres transmisores de radio a una gran distancia entre sí, emitiendo una señal sincrónicamente. Debido al hecho de que la velocidad de la luz es finita, las señales no llegarán al avión al mismo tiempo. No conocen la distancia a ninguna estación en el avión, pero saben la diferencia en el momento de recibir la señal y, por lo tanto, la diferencia en las distancias a las estaciones. Conocer la diferencia de distancia entre las dos estaciones da una hipérbole. Tres estaciones le permiten construir dos hipérbolas, cuya intersección da dos puntos posibles en los que puede estar la aeronave. Por ejemplo, si sabemos que está 480 km más cerca de Moscú que de San Petersburgo, entonces podemos estar tanto en el Dnieper (antiguo Dnepropetrovsk) como en Ufa. Y si estamos 50 km más lejos de Moscú que de Omsk, entonces podemos estar en Ufa o Perm.La combinación de condiciones le dará a Ufa, de donde estoy escribiendo este texto.


Ilustración Cosmia Nebula / wikimedia.org

Este principio se llama "navegación hiperbólica" y se utilizó por primera vez en el sistema Gee English para dirigir bombarderos británicos a ciudades alemanas. La principal dificultad es la sincronización de transmisores terrestres que son remotos a largas distancias, pero con la llegada de los relojes atómicos, el problema generalmente se resolvió en la década de 1960. Para garantizar el funcionamiento a largas distancias, se utilizaron ondas largas, por lo que los sistemas de antena eran muy altos.


Antena del sistema OMEGA en Japón, una vez el edificio más alto del país, foto del Ministerio de Tierra, Infraestructura, Transporte y Turismo de Japón / wikimedia.org

El comienzo de la era espacial despertó interés en la navegación por satélite. Los empleados del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, William Guyr y George Weifenbach, recibiendo señales del primer satélite, descubrieron que podían calcular su órbita midiendo el desplazamiento Doppler de su señal. El efecto Doppler, un cambio en la frecuencia de una señal de una fuente en movimiento, cuando el satélite se acercaba al laboratorio, aumentaba, cuando se alejaba, disminuía.



Conociendo la órbita del satélite, fue posible resolver el problema inverso: determinar su posición mediante el desplazamiento Doppler de la señal del satélite. Así nació el sistema de navegación Transit. El primer satélite se intentó poner en órbita en 1959 (sin éxito), el segundo se lanzó en abril de 1960 y en el mismo año se realizaron con éxito las primeras pruebas. El sistema se puso en servicio en 1964.


El satélite Transit 5-A en el Museo Nacional de Aeronáutica y Astronáutica de los Estados Unidos

Cinco satélites en cinco planos en órbitas polares con una altura de 1.100 km dieron cobertura global. Por lo general, en el espacio había diez satélites, uno de repuesto para cada avión. La tarea de determinar la posición de uno no era trivial, requería una gran cantidad de cálculos matemáticos y, para mayor precisión, requería la inmovilidad del transportista. Por ejemplo, para los submarinos estadounidenses era necesario desarrollar una computadora especial AN / UYK-1, sellada y fabricada en un factor de forma tal que pudiera arrastrarse a la escotilla.


Publicidad por computadora del fabricante

Dado que la órbita del satélite cambió con el tiempo, transmitió no solo la hora actual, sino también elementos de su órbita, que se descargaron de las estaciones de comunicación dos veces al día. Las estaciones terrestres cerca de los polos, sabiendo su posición, midieron constantemente las órbitas de los satélites y les enviaron los parámetros de las órbitas, que luego se utilizaron para resolver el problema inverso para los usuarios del sistema.

Pero todas las dificultades valieron la pena con las oportunidades adquiridas: el submarino avanzó la antena durante solo dos minutos, captó señales de satélite y pudo determinar su ubicación con una precisión de 100 metros. Pronto, el sistema de tránsito se puso a disposición para uso civil, y no solo ayudó a muchos marineros, sino que también permitió resolver problemas bastante inusuales, por ejemplo, promediando muchas medidas, se ajustó la altura del Monte Everest.

En la URSS, el sistema de navegación y comunicaciones Cyclone se creó con la versión civil de la cigarra, que funciona con un principio similar y que consta de 6 satélites. Transit dejó de funcionar en 1996, el último satélite del sistema Cyclone entró en órbita en 2010.

Por supuesto, Transit y sus análogos no estaban exentos de inconvenientes: solo cinco satélites significaban que en el área del ecuador el satélite tendría que esperar varias horas, a latitudes medias La expectativa se redujo a 1-2 horas. Y la precisión de 100 metros quería mejorar rápidamente. Ya en 1973, Estados Unidos comenzó el proyecto de un nuevo sistema de navegación GPS, cuyo primer prototipo entró en órbita en 1978. El nuevo sistema utilizó una modificación del enfoque que ya conocía.

¿Recuerdas la navegación hiperbólica? GPS y análogos implementan el mismo principio. Todos los satélites transmiten la hora exacta y los parámetros de su órbita. Debido al hecho de que la velocidad de la luz es finita, las marcas de tiempo no llegan al usuario al mismo tiempo. El usuario no tiene un reloj atómico sincronizado con los satélites, por lo que solo conoce la diferencia entre las lecturas, pero esto es suficiente. La señal de tres satélites le permite construir dos hiperboloides en el espacio, cuya intersección dará una hipérbole que toca la superficie del globo en dos puntos, uno será la ubicación correcta y el segundo será tan incorrecto que será fácil caerlo.


Ilustración de la Universidad Técnica de Munich.

Si agrega un cuarto satélite, los tres hiperboloides se cruzan en un punto y también determinarán la altura sobre la superficie. Y cada satélite adicional dará nuevos hiperboloides, lo que aumentará la precisión. 24 satélites en tres aviones proporcionan disponibilidad del sistema las 24 horas.

Otros sistemas de navegación modernos funcionan con un principio similar: GLONASS ruso, Galileo europeo. El chino Beidou tiene el mismo principio, pero los satélites están ubicados en órbitas de diferentes alturas. Y la historia más dramática es, sin duda, el GLONASS ruso.

El desarrollo del sistema se inició en 1976, y el primer dispositivo entró en órbita en 1982. Primero, se lanzaron pequeñas series: 10, 9, 12 satélites, y desde 1988 el despliegue completo del grupo comenzó en una gran serie en la que se produjeron 56 satélites.


"Cosmonautics News", 1999, N ° 2

A principios de los 90, 12 satélites en funcionamiento ya permitían un uso limitado del sistema, y ​​el despliegue completo se completó en 1995. Por desgracia, en medio de problemas económicos, el grupo comenzó a degradarse. La vida útil relativamente corta de los dispositivos y los raros lanzamientos: después de 1995 hubo un lanzamiento con tres satélites en 1998 y 2000, lo que llevó al hecho de que en 2001 solo había 6 dispositivos operativos. Pero desde el comienzo del cero, comenzó un renacimiento del grupo. En 2003, el primer vehículo de segunda generación, el GLONASS-M, entró en órbita, cuya diferencia más importante fue el aumento de la vida útil.


GLONASS-M, foto de Bin im Garten / wikimedia.org

Las soluciones técnicas aplicadas fueron exitosas, y hoy el más antiguo de los satélites en funcionamiento se lanzó en 2007 y excedió el período de garantía a la mitad. Pero hoy, la constelación se enfrenta a un nuevo desafío. Originalmente se planeó que la segunda generación sea reemplazada por la tercera, "GLONASS-K", que cambiará a una plataforma no presurizada que promete una durabilidad aún mayor. Pero los satélites utilizaron componentes importados, que se volvieron inaccesibles después de la complicación de la situación política en 2014. Y al final, se decidió cambiar a un tipo modificado, "GLONASS-K2", utilizando componentes domésticos. Ahora la constelación está pasando por una etapa dramática, cuando los satélites de segunda generación que están fuera de servicio tendrán que ser reemplazados por los que ya están fabricados y almacenados, y la producción de una nueva modificación se lanzará en paralelo.


GLONASS-K2, imagen URSS BOY / wikimedia.org

Hasta ahora, las cosas van bien, la reserva GLONASS-M casi ha terminado, el penúltimo dispositivo entrará en órbita en marzo, el último de los cuales es más probable este año. "GLONASS-K" tiene 9 en stock, de los cuales uno debe volar en mayo. Y el primer "-K2" se puede lanzar ya en 2021.

Para los usuarios civiles, incluso los peores escenarios no son un problema: cuatro sistemas de navegación globales significan que los navegadores siempre verán satélites y podrán determinar su posición. Y no solo los sistemas de navegación pueden ayudar en una variedad de casos. En Europa desde 2018 y la Federación de Rusia desde 2015, es obligatorio que los automóviles nuevos instalen un sistema que reconozca un accidente y transfiera automáticamente una llamada a los servicios de emergencia: eCall y ERA-GLONASS.

Ambos sistemas son compatibles y funcionan según el mismo principio: los sensores en el automóvil registran el hecho del accidente: el despliegue de bolsas de aire, la deformación del cuerpo, etc., determinan el grado de accidente y las coordenadas del incidente utilizando sistemas de navegación por satélite y envían un mensaje a los servicios de rescate a través de redes celulares. Según la información a fines de 2019, más de 4.6 millones de vehículos estaban equipados con ERA-GLONASS en Rusia, se registraron alrededor de 36 mil llamadas por año, 17 mil de ellas en modo automático. Según los expertos, el sistema ahorra de 3 a 4 mil personas al año.

Así es como se ve el dispositivo ERA-GLONASS fabricado por NPP ITELMA:

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Más del 30% de todos los automóviles rusos están equipados con dispositivos ensamblados en ITELMA. Los sistemas ERA-GLONASS pasan por un ciclo completo en la empresa: creamos arquitectura, desarrollamos software, hacemos un prototipo, lo probamos y después de pruebas exitosas integramos el módulo en el automóvil antes de que salga del transportador de fábrica.

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La Dirección de Telemática es responsable del desarrollo de sistemas de respuesta de emergencia ERA-GLONASS y proyectos basados ​​en IoT en la empresa, ofrece varias vacantes para programadores y desarrolladores .


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Sobre ITELMA
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