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Era quando é difícil se perder

Como o mundo mudou. Você se lembra do maravilhoso romance de Antoine de Saint-Exupery, "Night Flight", em seu lirismo? Na história, o avião postal foi perdido devido ao ciclone no espaço e, na final, não está claro se ele caiu ou conseguiu fazer um pouso de emergência e onde aconteceu. Agora, uma geração está crescendo, que ficará surpresa com a possibilidade de se perder, porque os navegadores os cercaram a vida toda. E a situação "em algum lugar em que alguém está com problemas e ninguém sabe disso" também desaparece gradualmente. Um acidente de avião será gravado muito rapidamente através de muitos canais. Um turista prudente levará um dispositivo do tamanho de um smartphone e poderá pedir ajuda em caso de problemas. E, nos carros, são introduzidos sistemas capazes de reconhecer automaticamente um acidente e chamar os socorristas por conta própria,mesmo que o motorista e os passageiros não consigam fazer isso.


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Menos de dez anos após os eventos do “Vôo Noturno”, as bússolas de rádio começaram a aparecer cada vez mais nos aviões - uma antena em forma de anel tornou possível descobrir a direção da fonte de sinal de rádio - uma estação especial ou mesmo uma emissora regular.


Lockheed Electra, a antena da bússola de rádio em forma de anel é claramente visível de cima, foto de Christian Bramkapmp / aitliners.net A

falta de equipamento ou a qualificação insuficiente para trabalhar com o equipamento pode se tornar fatores tão dramáticos quanto em "Vôo noturno", o desaparecimento da famosa piloto Amelia Earhart - em A ilha de Howland, o alvo intermediário de um vôo de volta ao mundo, ouviu seu avião e recebeu mensagens de rádio sobre tentativas de encontrar o atol e o combustível acabando. Os restos mortais de Amelia Earhart, o navegador Frederick Noonan e o avião não foram encontrados até o momento.

A antena em forma de anel também tinha uma propriedade desagradável - mostrava a direção da fonte do sinal, mas não sabia dizer se o avião estava se aproximando ou, inversamente, estava se afastando. Por causa disso, durante a Segunda Guerra Mundial, toda a tripulação do bombardeiro B-24 "Lady Be Good" morreu - eles voaram em um farol e se retiraram para o deserto. Quando a aeronave ficou sem combustível, eles pularam de para-quedas e tentaram chegar à base, sem saber que eram setecentos quilômetros. Ironicamente, o avião planejou e fez um pouso relativamente macio na areia. Quinze anos depois, ele foi encontrado no deserto. A estação de rádio através da qual alguém poderia pedir ajuda permaneceu intacta.


Bombardeiro B-24, anel de antena em um capuz preto em forma de gota no topo

Mas, em geral, a bússola do rádio acabou sendo um dispositivo muito útil - você pode voar pelos corredores aéreos entre os faróis e, se houver vários faróis na zona de audição, pode determinar sua posição com boa precisão - a interseção de rolamentos (direções para o farol) dos transmissores indicados no mapa fornece o ponto em que o avião está localizado. Apesar de todas as conquistas da navegação por satélite, os beacons ainda são usados ​​na navegação de aeronaves.


Mapa de navegação por rádio da área em torno de São Petersburgo, vila Ivanovo.rf

Corredores fixos sobre balizas estacionárias são ótimos para a aviação civil, mas os militares terão que agir em território inimigo, onde o inimigo não ajudará com balizas de rádio, e a meta dos bombardeiros pode mudar todos os dias. Já no início da Segunda Guerra Mundial, os alemães usavam sistemas de radionavegação cada vez mais sofisticados para direcionar seus bombardeiros a Londres.


No sistema Knickebein, os bombardeiros voam em um feixe e jogam bombas quando cruzam o segundo, ilustração de Dahnielson / wikimedia.org

Os britânicos reagiram com interferência de rádio, interrompendo o funcionamento normal dos sistemas com seus sinais. Uma ironia separada é que Reginald Victor Jones, que liderou essa luta, adorou os comícios e provavelmente gostou do fato de ter recebido os recursos de um país inteiro para enganar os pilotos alemães. Como resultado, a Luftwaffe foi movida tanto pela guerra eletrônica que perdeu toda a fé em sistemas de orientação por rádio para bombardeiros.

Após a guerra na aviação civil por curto alcance, o sistema VOR / DME tornou-se padrão, permitindo determinar a distância e a direção do farol. Os sistemas militares funcionam com um princípio semelhante - o TACAN ocidental e o RSBN soviético / russo. Um transmissor de avião envia uma solicitação que é retransmitida por uma estação terrestre. O tempo de atraso da resposta determina a distância entre a aeronave e a estação. Para determinar a direção do farol, outras antenas são usadas: uma gira e seu sinal corre em torno do horizonte em um círculo. O outro emite um sinal omnidirecional no momento em que a primeira antena emite na direção norte. Pela diferença horária entre a recepção do primeiro e do segundo sinais no avião, você pode determinar de que lado é relativo à estação.


Antena combinando VOR / DME e TACAN,fonte

Para longas distâncias, os sistemas OMEGA, LORAN, Seagull e RSDN usavam um princípio diferente. Suponha que haja três transmissores de rádio a uma grande distância um do outro, emitindo um sinal de forma síncrona. Devido ao fato de a velocidade da luz ser finita, os sinais não atingirão a aeronave simultaneamente. Eles não sabem a distância de nenhuma estação no avião, mas sabem a diferença na hora de receber o sinal e, portanto, a diferença nas distâncias para as estações. Saber a diferença de distância entre as duas estações dá uma hipérbole. Três estações permitem construir duas hipérboles, cuja interseção fornece dois pontos possíveis nos quais a aeronave pode estar. Por exemplo, se sabemos que são 480 km mais próximos de Moscou do que de São Petersburgo, podemos estar no Dnieper (antigo Dnepropetrovsk) e em Ufa. E se estivermos 50 km a mais de Moscou do que de Omsk, podemos estar em Ufa ou Perm.A combinação de condições dará a Ufa, da qual estou escrevendo este texto.


Ilustração Cosmia Nebula / wikimedia.org

Este princípio é chamado de "navegação hiperbólica" e foi usado pela primeira vez no sistema Gee English para direcionar bombardeiros britânicos para cidades alemãs. A principal dificuldade é a sincronização de transmissores terrestres que são remotos por longas distâncias, mas com o advento dos relógios atômicos, o problema foi resolvido em geral na década de 1960. Para garantir a operação em longas distâncias, ondas longas foram usadas, de modo que os sistemas de antena eram muito altos.


Antena do sistema OMEGA no Japão, outrora o edifício mais alto do país, foto do Ministério da Terra, Infraestrutura, Transporte e Turismo do Japão / wikimedia.org

O início da era espacial despertou interesse na navegação por satélite. Funcionários do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, William Guyr e George Weifenbach, recebendo sinais do primeiro satélite, descobriram que podiam calcular sua órbita medindo o deslocamento Doppler de seu sinal. O efeito Doppler - uma mudança na frequência de um sinal de uma fonte em movimento - quando o satélite se aproximava do laboratório, aumentava quando se afastava - diminuía.



Conhecendo a órbita do satélite, foi possível resolver o problema inverso - determinar sua posição pelo deslocamento Doppler do sinal do satélite. Assim, o sistema de navegação Transit nasceu. O primeiro satélite foi colocado em órbita em 1959 (sem sucesso), o segundo foi lançado em abril de 1960 e no mesmo ano os primeiros testes foram realizados com sucesso. O sistema foi encomendado em 1964.


O satélite Transit 5-A no Museu Nacional de Aeronáutica e Astronáutica dos Estados Unidos

Cinco satélites em cinco planos em órbitas polares com uma altura de 1.100 km deram cobertura global. Geralmente no espaço havia dez satélites, um sobressalente para cada avião. A tarefa de determinar a posição de alguém não era trivial, exigia um grande número de cálculos matemáticos e, para maior precisão, exigia a imobilidade do transportador. Por exemplo, para submarinos americanos, foi necessário desenvolver um computador especial AN / UYK-1, selado e fabricado com um fator de forma que pudesse ser arrastado para a escotilha.


Publicidade por computador do fabricante

Como a órbita do satélite mudou ao longo do tempo, transmitiu não apenas a hora atual, mas também elementos de sua órbita, que foram baixados das estações de comunicação duas vezes por dia. As estações terrestres próximas aos pólos, conhecendo sua posição, mediam constantemente as órbitas dos satélites e enviavam a eles os parâmetros das órbitas, que eram então usadas para resolver o problema inverso dos usuários do sistema.

Mas todas as dificuldades foram recompensadas com as oportunidades adquiridas - o submarino avançou a antena por apenas dois minutos, captou sinais de satélite e conseguiu determinar sua localização com uma precisão de 100 metros. Logo, o sistema Transit foi disponibilizado para uso civil, e não só ajudou muitos marinheiros, mas também tornou possível resolver problemas bastante incomuns, por exemplo, com a média de muitas medições, a altura do Monte Everest foi ajustada.

Na URSS, o sistema de navegação e comunicação Cyclone foi criado com a versão civil da cigarra, operando com um princípio semelhante e consistindo em 6 satélites. O Transit parou de funcionar em 1996, o último satélite do sistema Cyclone entrou em órbita em 2010.

É claro que o Transit e seus análogos não tinham desvantagens - apenas cinco satélites significavam que na área do equador o satélite teria que esperar várias horas, em latitudes médias a expectativa foi reduzida para 1-2 horas. E a precisão de 100 metros rapidamente queria melhorar. Já em 1973, os Estados Unidos começaram o projeto de um novo sistema de navegação GPS, cujo primeiro protótipo entrou em órbita em 1978. O novo sistema usou uma modificação da abordagem que você já conhecia.

Lembra da navegação hiperbólica? GPS e análogos implementam o mesmo princípio. Todos os satélites transmitem a hora exata e os parâmetros de sua órbita. Devido ao fato de a velocidade da luz ser finita, os carimbos de hora não chegam ao usuário ao mesmo tempo. O usuário não possui um relógio atômico sincronizado com os satélites; portanto, ele sabe apenas a diferença entre as leituras, mas isso é suficiente. O sinal de três satélites permite construir dois hiperbolóides no espaço, cuja interseção dará um hipérbole que toca a superfície do globo em dois pontos, um será o local correto e o segundo será tão incorreto que será fácil soltar.


Ilustração da Universidade Técnica de Munique

Se você adicionar um quarto satélite, os três hiperbolóides se cruzam em um ponto e também determinam a altura acima da superfície. E cada satélite adicional dará novos hiperbolóides, o que aumentará a precisão. 24 satélites em três planos fornecem disponibilidade 24 horas por dia.

Outros sistemas de navegação modernos funcionam com um princípio semelhante: o russo GLONASS, o Galileo europeu. O chinês Beidou tem o mesmo princípio, mas os satélites estão localizados em órbitas de diferentes alturas. E a história mais dramática é, sem dúvida, o russo GLONASS.

O desenvolvimento do sistema foi iniciado em 1976 e o ​​primeiro dispositivo entrou em órbita em 1982. Primeiro, pequenas séries - 10, 9, 12 satélites foram lançados e, desde 1988, a implantação completa da constelação começou em uma grande série, na qual 56 satélites foram produzidos.


"Cosmonautics News", 1999, No. 2

No início dos anos 90, 12 satélites em funcionamento já permitiam o uso limitado do sistema e a implantação completa foi concluída em 1995. Infelizmente, em meio a problemas econômicos, o grupo começou a se degradar. A vida útil relativamente curta dos dispositivos e lançamentos raros - após 1995, houve um lançamento com três satélites em 1998 e 2000, levando ao fato de que em 2001 havia apenas 6 dispositivos operacionais. Mas desde o início do zero, um reavivamento do grupo começou. Em 2003, o primeiro veículo de segunda geração, o GLONASS-M, entrou em órbita, cuja diferença mais importante foi o aumento da vida útil.


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

As soluções técnicas aplicadas foram bem-sucedidas e hoje o mais antigo dos satélites em funcionamento foi lançado em 2007 e excedeu o período de garantia pela metade. Mas hoje, a constelação enfrenta um novo desafio. Foi originalmente planejado que a segunda geração fosse substituída pela terceira, "GLONASS-K", que mudará para uma plataforma não pressurizada que promete durabilidade ainda maior. Mas os satélites usaram componentes importados, que se tornaram inacessíveis após a complicação da situação política em 2014. E no final, foi decidido mudar para um tipo modificado, "GLONASS-K2", usando componentes domésticos. Agora a constelação está passando por um estágio dramático, quando os satélites de segunda geração que estiverem fora de ordem precisarão ser substituídos por aqueles já fabricados e armazenados, e a produção de uma nova modificação será lançada em paralelo.


GLONASS-K2, imagem URSS BOY / wikimedia.org

Até agora, as coisas estão indo bem - a reserva do GLONASS-M está quase acabando - o penúltimo dispositivo entrará em órbita em março, o último dos quais provavelmente este ano. "GLONASS-K" possui 9 em estoque, dos quais um deve voar em maio. E o primeiro "-K2" pode ser lançado já em 2021.

Para usuários civis, mesmo os piores cenários não são problema - quatro sistemas de navegação global significam que os navegadores sempre verão satélites e podem determinar sua posição. E não apenas os sistemas de navegação podem ajudar em vários casos. Na Europa a partir de 2018 e na Federação Russa a partir de 2015, é obrigatório que os carros novos instalem um sistema que reconheça um acidente e transfira automaticamente uma chamada para serviços de emergência - eCall e ERA-GLONASS.

Ambos os sistemas são compatíveis e funcionam com o mesmo princípio: os sensores no carro registram o fato do acidente - a implantação de airbags, a deformação do corpo etc., determinam o grau do acidente e as coordenadas do incidente usando sistemas de navegação por satélite e enviam uma mensagem para os serviços de resgate via redes celulares. Segundo informações no final de 2019, mais de 4,6 milhões de veículos estão equipados com ERA-GLONASS na Rússia, foram registradas cerca de 36 mil chamadas para o ano, das quais 17 mil estão no modo automático. Segundo especialistas, o sistema salva de 3 a 4 mil pessoas por ano.

É assim que o dispositivo ERA-GLONASS fabricado pela NPP ITELMA se parece:

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Mais de 30% de todos os carros russos estão equipados com dispositivos montados no ITELMA. Os sistemas ERA-GLONASS passam por um ciclo completo na empresa: criamos arquitetura, desenvolvemos software, fazemos um protótipo, testamos e, após testes bem-sucedidos, integramos o módulo ao carro antes de sair do transportador de fábrica.

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A Diretoria de Telemática é responsável pelo desenvolvimento de sistemas de resposta a emergências ERA-GLONASS e projetos baseados em IoT na empresa, oferecendo várias vagas para programadores e desenvolvedores .


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Sobre o ITELMA
- automotive . 2500 , 650 .

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