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Era quand il est difficile de se perdre

Comment le monde a-t-il changé. Vous souvenez-vous du merveilleux roman d'Antoine de Saint-Exupéry «Night Flight» dans son lyrisme? Dans l'histoire, l'avion postal a été perdu dans l'espace à cause du cyclone, et en finale, il n'est pas clair s'il s'est écrasé ou s'il a réussi à effectuer un atterrissage d'urgence, et où il s'est produit. Maintenant, une génération grandit, qui sera surprise de la possibilité même de se perdre, car les navigateurs les ont entourés toute leur vie. Et la situation «quelque part où quelqu'un est en difficulté, et personne ne le sait» disparaît progressivement aussi. Un accident d'avion sera enregistré très rapidement sur de nombreux canaux. Un touriste prudent apportera un appareil de la taille d'un smartphone et pourra demander de l'aide en cas de problème. Et dans les voitures, des systèmes sont introduits qui sont capables de reconnaître automatiquement un accident et d'appeler les sauveteurs par eux-mêmes,même si le conducteur et les passagers ne sont pas en mesure de le faire.


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Moins de dix ans après les événements du «Vol de nuit», des boussoles radio ont commencé à apparaître de plus en plus sur les avions - une antenne en forme d'anneau a permis de trouver la direction de la source du signal radio - une station spéciale ou même une station de radiodiffusion ordinaire.


Lockheed Electra, l'antenne de la radio-boussole en forme d'anneau est clairement visible d'en haut, photo de Christian Bramkapmp / aitliners.net Une

panne d'équipement ou une qualification insuffisante pour travailler avec de l'équipement pourrait devenir des facteurs aussi dramatiques que dans "Night Flight", la disparition du célèbre pilote Amelia Earhart - sur L'île Howland, cible intermédiaire d'un vol autour du monde, a entendu son avion et a reçu des messages radio sur les tentatives de trouver l'atoll et le carburant qui s'épuisent. Les restes d'Amelia Earhart, du navigateur Frederick Noonan et de l'avion n'ont pas été retrouvés jusqu'à présent.

L'antenne en forme d'anneau avait également une propriété désagréable - elle indiquait la direction de la source du signal, mais ne pouvait pas dire si l'avion s'en approchait ou, au contraire, s'éloignait. Pour cette raison, pendant la Seconde Guerre mondiale, tout l'équipage du bombardier B-24 «Lady Be Good» est décédé - il a piloté une balise et s'est retiré dans le désert. Lorsque l'avion a manqué de carburant, ils ont sauté avec un parachute et ont tenté d'atteindre la base, ne sachant pas que c'était sept cents kilomètres. Ironiquement, l'avion a planifié et effectué un atterrissage relativement doux sur le sable. Quinze ans plus tard, il a été retrouvé dans le désert. La station de radio par laquelle on pouvait appeler à l'aide est restée intacte.


Bombardier B-24, anneau d'antenne dans un capot noir en forme de goutte en haut

Mais en général, la boussole radio s'est avérée être un appareil très utile - vous pouviez voler le long des couloirs aériens entre les balises, et s'il y avait plusieurs balises dans la zone d'audition, vous pouviez déterminer votre position avec une bonne précision - l'intersection des relèvements (directions vers la balise) des émetteurs indiqués sur la carte donne le point où l'avion est situé. Malgré toutes les réalisations de la navigation par satellite, les balises sont toujours utilisées dans la navigation aérienne.


Carte de radionavigation des environs de Saint-Pétersbourg, village Ivanovo.rf

Les couloirs fixes au-dessus des balises fixes sont parfaits pour l'aviation civile, mais l'armée devra agir sur le territoire ennemi où l'ennemi n'aidera pas avec les balises radio, et l'objectif des bombardiers peut changer chaque jour. Déjà au début de la Seconde Guerre mondiale, les Allemands utilisaient des systèmes de radionavigation de plus en plus sophistiqués pour diriger leurs bombardiers à Londres.


Système Knickebein, les bombardiers volent dans un seul faisceau et larguent des bombes lorsqu'ils traversent le second, illustration par Dahnielson / wikimedia.org

Les Britanniques ont répondu par des interférences radio, perturbant le fonctionnement normal des systèmes avec leurs signaux. Une ironie distincte est que Reginald Victor Jones, qui a mené ce combat, a adoré les rassemblements et a probablement apprécié le fait qu'il ait reçu les ressources de tout un pays pour tromper les pilotes allemands. En conséquence, la Luftwaffe a été tellement poussée par la guerre électronique qu'elle a perdu toute confiance dans les systèmes de guidage radio pour les bombardiers.

Après la guerre dans l'aviation civile pour courte portée, le système VOR / DME est devenu standard, vous permettant de déterminer à la fois la distance et la direction de la balise. Les systèmes militaires fonctionnent sur un principe similaire - le TACAN occidental et le RSBN soviétique / russe. Un émetteur d'avion envoie une demande qui est relayée par une station au sol. Le temps de retard de réponse détermine la distance entre l'avion et la station. Pour déterminer la direction de la balise, d'autres antennes sont utilisées: l'une tourne et son signal tourne autour de l'horizon en cercle. L'autre émet un signal omnidirectionnel à un moment où la première antenne émet en direction nord. Par la différence de temps entre la réception des premier et deuxième signaux dans l'avion, vous pouvez déterminer de quel côté il est par rapport à la station.


Antenne combinant VOR / DME et TACAN,la source

Pour les longues distances, les systèmes OMEGA, LORAN, Seagull et RSDN ont utilisé un principe différent. Supposons qu'il y ait trois émetteurs radio à une grande distance les uns des autres, émettant un signal de manière synchrone. Étant donné que la vitesse de la lumière est limitée, les signaux n'atteindront pas l'avion en même temps. Ils ne connaissent la distance par rapport à aucune station de l'avion, mais ils connaissent la différence de temps de réception du signal et, par conséquent, la différence de distance par rapport aux stations. Connaître la différence de distance entre les deux stations donne une hyperbole. Trois stations vous permettent de construire deux hyperboles, dont l'intersection donne deux points possibles où l'avion peut être. Par exemple, si nous savons qu'il est 480 km plus proche de Moscou que de Saint-Pétersbourg, alors nous pouvons être à la fois dans le Dniepr (ancien Dnepropetrovsk) et à Oufa. Et si nous sommes à 50 km plus loin de Moscou que d'Omsk, alors nous pouvons être à Oufa ou à Perm.La combinaison de conditions donnera Ufa, à partir de laquelle j'écris ce texte.


Illustration Cosmia Nebula / wikimedia.org

Ce principe est appelé «navigation hyperbolique» et a été utilisé pour la première fois dans le système anglais Gee pour diriger des bombardiers britanniques vers des villes allemandes. La principale difficulté est la synchronisation des émetteurs au sol qui sont éloignés sur de longues distances, mais avec l'avènement des horloges atomiques, le problème a été généralement résolu dans les années 1960. Pour assurer un fonctionnement sur de longues distances, de longues ondes ont été utilisées, de sorte que les systèmes d'antennes étaient très élevés.


Antenne du système OMEGA au Japon, autrefois le plus haut bâtiment du pays, photo du ministère des Terres, des Infrastructures, des Transports et du Tourisme du Japon / wikimedia.org

Le début de l'ère spatiale a suscité un intérêt pour la navigation par satellite. Les employés du laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins, William Geir et George Weifenbach, recevant les signaux du premier satellite, ont découvert qu'ils pouvaient calculer son orbite en mesurant le décalage Doppler de son signal. L'effet Doppler - un changement de la fréquence d'un signal provenant d'une source en mouvement - lorsque le satellite s'approchait du laboratoire, il augmentait, lorsqu'il s'éloignait - il diminuait.



Connaissant l’orbite du satellite, il a été possible de résoudre le problème inverse - déterminer sa position par le décalage Doppler du signal satellite. Le système de navigation Transit est donc né. Le premier satellite a été mis en orbite en 1959 (sans succès), le second a été lancé en avril 1960 et la même année, les premiers tests ont été effectués avec succès. Le système a été mis en service en 1964.


Le satellite Transit 5-A au Musée national américain de l'aéronautique et de l'astronautique

Cinq satellites sur cinq plans sur des orbites polaires d'une hauteur de 1 100 km ont donné une couverture mondiale. Habituellement, dans l'espace, il y avait dix satellites, un de rechange pour chaque avion. La tâche de déterminer sa position n'était pas anodine, nécessitait un grand nombre de calculs mathématiques et, pour plus de précision, nécessitait l'immobilité du porteur. Par exemple, pour les sous-marins américains, il était nécessaire de développer un ordinateur spécial AN / UYK-1, scellé et fabriqué dans un facteur de forme tel qu'il pouvait être traîné dans l'écoutille.


Publicité informatique du fabricant

Étant donné que l’orbite du satellite a changé au fil du temps, il a transmis non seulement l’heure actuelle, mais également des éléments de son orbite, qui ont été téléchargés deux fois par jour à partir de stations de communication. Les stations au sol près des pôles, connaissant leur position, ont constamment mesuré les orbites des satellites et leur ont envoyé les paramètres des orbites, qui ont ensuite été utilisés pour résoudre le problème inverse pour les utilisateurs du système.

Mais toutes les difficultés ont payé avec les opportunités acquises - le sous-marin n'a avancé l'antenne que pendant deux minutes, a capté les signaux satellites et a pu déterminer son emplacement avec une précision de 100 mètres. Bientôt, le système Transit a été rendu disponible pour un usage civil, et il a non seulement aidé de nombreux marins, mais a également permis de résoudre des problèmes plutôt inhabituels, par exemple, en faisant la moyenne de nombreuses mesures, la hauteur du mont Everest a été ajustée.

En URSS, le système de navigation et de communication Cyclone a été créé avec la version civile de la Cigale, fonctionnant sur un principe similaire et composé de 6 satellites. Transit a cessé de fonctionner en 1996, le dernier satellite du système Cyclone est entré en orbite en 2010.

Bien sûr, Transit et ses analogues n'étaient pas sans inconvénients - seulement cinq satellites signifiaient que dans la zone de l'équateur, le satellite devrait attendre plusieurs heures, aux latitudes moyennes l'attente a été réduite à 1-2 heures. Et la précision de 100 mètres a rapidement voulu s'améliorer. Déjà en 1973, les États-Unis ont commencé le projet d'un nouveau système de navigation GPS, dont le premier prototype est entré en orbite en 1978. Le nouveau système a utilisé une modification de l'approche que vous connaissiez déjà.

Rappelez-vous la navigation hyperbolique? Le GPS et les analogues mettent en œuvre le même principe. Tous les satellites diffusent l'heure et les paramètres exacts de leur orbite. En raison du fait que la vitesse de la lumière est limitée, les horodatages ne parviennent pas à l'utilisateur en même temps. L'utilisateur n'a pas d'horloge atomique synchronisée avec les satellites, il ne connaît donc que la différence entre les lectures, mais cela suffit. Le signal de trois satellites vous permet de construire deux hyperboloïdes dans l'espace, dont l'intersection donnera une hyperbole qui touche la surface du globe en deux points, l'un sera l'emplacement correct et le second sera si incorrect qu'il sera facile de le supprimer.


Illustration de l'Université technique de Munich

Si vous ajoutez un quatrième satellite, les trois hyperboloïdes se coupent en un point et détermineront également la hauteur au-dessus de la surface. Et chaque satellite supplémentaire donnera de nouveaux hyperboloïdes, ce qui augmentera la précision. 24 satellites répartis sur trois plans assurent une disponibilité du système 24h / 24.

D'autres systèmes de navigation modernes fonctionnent sur un principe similaire: le GLONASS russe, le Galileo européen. Le Beidou chinois a le même principe, mais les satellites sont situés sur des orbites de hauteurs différentes. Et l'histoire la plus dramatique est, sans aucun doute, le GLONASS russe.

Le développement du système a commencé en 1976, et le premier appareil est entré en orbite en 1982. Premièrement, de petites séries - 10, 9, 12 satellites ont été lancés, et depuis 1988, le déploiement à part entière de la constellation a commencé dans une grande série, dans laquelle 56 satellites ont été produits.


"Cosmonautics News", 1999, n ° 2

Au début des années 90, 12 satellites en service permettaient déjà une utilisation limitée du système et le déploiement complet a été achevé en 1995. Hélas, au milieu de problèmes économiques, le groupe a commencé à se dégrader. La durée de vie relativement courte des appareils et les lancements rares - après 1995, il y a eu un lancement avec trois satellites en 1998 et 2000, a conduit au fait qu'en 2001, il n'y avait que 6 appareils opérationnels. Mais dès le début du zéro, une renaissance du groupe a commencé. En 2003, le premier véhicule de deuxième génération, le GLONASS-M, est entré en orbite, la différence la plus importante étant l'augmentation de la durée de vie.


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

Les solutions techniques appliquées ont été couronnées de succès et aujourd'hui, le plus ancien des satellites opérationnels a été lancé en 2007 et a dépassé de moitié la période de garantie. Mais aujourd'hui, la constellation fait face à un nouveau défi. Il était initialement prévu que la deuxième génération soit remplacée par la troisième, «GLONASS-K», qui passera à une plate-forme non pressurisée qui promet une durabilité encore plus grande. Mais les satellites ont utilisé des composants importés, qui sont devenus inaccessibles après la complication de la situation politique en 2014. Et à la fin, il a été décidé de passer à un type modifié, «GLONASS-K2», utilisant des composants domestiques. Maintenant, la constellation traverse une étape dramatique, lorsque les satellites de deuxième génération hors service devront être remplacés par ceux déjà fabriqués et stockés, et la production d'une nouvelle modification est lancée en parallèle.


GLONASS-K2, image USSR BOY / wikimedia.org

Jusqu'à présent, les choses vont bien - la réserve GLONASS-M est presque terminée - l'avant-dernier appareil entrera en orbite en mars, le dernier étant très probablement cette année. «GLONASS-K» en a 9 en stock, dont un devrait voler en mai. Et le premier «-K2» peut être lancé dès 2021.

Pour les utilisateurs civils, même les pires scénarios ne posent aucun problème - quatre systèmes de navigation mondiaux signifient que les navigateurs verront toujours les satellites et pourront déterminer leur position. Et non seulement les systèmes de navigation peuvent aider dans une variété de cas. En Europe à partir de 2018 et en Fédération de Russie à partir de 2015, il est obligatoire pour les voitures neuves d'installer un système qui reconnaît un accident et transfère automatiquement un appel aux services d'urgence - eCall et ERA-GLONASS.

Les deux systèmes sont compatibles et fonctionnent sur le même principe: les capteurs de la voiture enregistrent le fait de l'accident - le déploiement des airbags, la déformation du corps, etc., déterminent le degré d'accident et les coordonnées de l'incident à l'aide de systèmes de navigation par satellite et envoient un message aux services de secours via les réseaux cellulaires. Selon les informations fin 2019, plus de 4,6 millions de véhicules étaient équipés d'ERA-GLONASS en Russie, environ 36000 appels ont été enregistrés par an, dont 17000 en mode automatique. Selon les experts, le système permet d'économiser 3 à 4 000 personnes par an.

Voici à quoi ressemble le dispositif ERA-GLONASS fabriqué par NPP ITELMA:

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Plus de 30% de toutes les voitures russes sont équipées d'appareils assemblés dans ITELMA. Les systèmes ERA-GLONASS passent par un cycle complet dans l'entreprise: nous créons l'architecture, développons des logiciels, réalisons un prototype, le testons et après des tests réussis, nous intégrons le module dans la voiture avant qu'il ne quitte le convoyeur d'usine.

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La Direction Télématique est responsable du développement des systèmes d'intervention d'urgence ERA-GLONASS et des projets basés sur l'IoT dans l'entreprise, elle offre plusieurs postes vacants pour les programmeurs et les développeurs .


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À propos d'ITELMA
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