С принципами навигации при помощи искусственных спутников Земли читатели «Катеров и яхт» могли познакомиться в №66. Тогда — восемь лет назад — применение дорогостоящих, громоздких и потреблявших много электроэнергии устройств казалось невозможным даже для яхт средних размерений. В 1980 г. на выставке катеров и яхт в Лондоне можно было на пальцах перечесть малые суда с установленными приемоиндикаторами (ПИ) американской системы спутниковой навигации «Транзит», хотя к концу того же года около 16 тыс. транспортных судов были оборудованы ПИ «Магнавокс» или других типов.
Однако очень скоро ПИ стали доступными и для малых судов. Используя новейшие достижения микроэлектроники, фирма «Магнавокс» выпустила три образца малогабаритных ПИ типа MX 3102, 4102 и 5102. Первый из них при массе 9 кг и габаритах 295X257X145 мм работает от бортовой сети переменного тока или аккумуляторных батарей напряжением 12—24 В, потребляя 15 Вт электроэнергии. Второй ПИ имеет несколько иную компоновку — с удлиненной лицевой панелью — и отличается меньшей высотой.
Создавая эти приборы, фирмы, выпускающие оборудование для спутниковой навигации, стремятся расширить рынок сбыта за счет яхт, прогулочных катеров и других малых судов некоммерческого назначения. Ведь, если общее число судов транспортного и рыболовного флотов всего мира измеряется десятками тысяч единиц, то численность прогулочного флота, плавающего в океанах и морях, только, например в США, оценивается сотнями тысяч судов. Кроме уменьшения массы и габаритов, изготовители снизили и стоимость аппаратуры (ранее она достигала 10—15 тыс. долл.). Это стало возможно благодаря общему уменьшению стоимости микропроцессоров, изготовление которых сейчас практически автоматизировано.
Кроме ПИ, на судне устанавливается антенное устройство, включающее приемную антенну с набором отражателей и предварительный усилитель. Благодаря небольшим размерам (антенна MX 3102 имеет длину 872 мм и весит всего 1,25 кг) такие приборы могут быть установлены в любой точке надстройки судна, где обеспечивается обзор верхней полусферы.
С выпуском ПИ началось широкое внедрение спутниковой навигации на морских и океанских крейсерских яхтах. На сегодня ими оснащено уже более 6 тыс. яхт. Во всех случаях, когда яхта выходит за пределы действия радиомаяков или радионавигационных систем типа «Декка», судовладельцы желают установить ПИ спутниковой навигационной системы, обеспечивающие надежное и точное определение места яхты в море независимо от погоды и времени суток.
Любой судоводитель, даже не имеющий специальной подготовки, может научиться обращаться с ПИ в течение одного-двух часов. Процесс решения задачи определения места судна полностью автоматизирован и не требует вмешательства оператора. При наличии на яхте лага и коль» паса с дистанционной передачей ПИ может вести счисление пути с непрерывной выдачей на цифровой дисплей счислимых координат места.
ПИ и антенна, устанавливаемые на судне, — это лишь часть спутниковой навигационной системы (GHG). Основными ее элементами и навигационными ориентирами являются навигационные искусственные спутники Земли (НИСЗ). В системе «Транзит» таких спутников шесть. Они вращаются по орбитам, плоскости которых проходят через полюса, — вблизи земной оси. Номинальная высота НИСЗ над поверхностью Земли — 1073 км, период обращения — 107 мин. Перемещаясь в межпланетном пространстве вместе с Землей, вращающейся вокруг оси, орбиты НИСЗ образуют своеобразную координатную решетку, относительно которой определяются координаты судна на данный момент времени. С НИСЗ непрерывно ведется передача параметров, характеризующих пространственное положение НИСЗ, отметок времени, сигналов опознавания.
Наземный комплекс системы состоит из четырех станций слежения за НИСЗ, двух станций ввода информации на НИСЗ, вычислительного центра и морской обсерватории, дающей отсчеты точного времени. В наземном комплексе обрабатывается информация, поступающая со спутников и из обсерватории, вычисляются координаты каждого НИСЗ на последующие 16 часов, которые затем передаются на спутник и записываются в его запоминающем устройстве. Эти данные хранятся в «памяти» спутника в течение 16 ч и передаются потребителям каждые 2 мин. В разрабатываемых сейчас конструкциях спутников память рассчитана уже на 10 сут.
Установленный на яхте ПИ принимает всю информацию с НИСЗ в тот период, когда пролетающий над районом плавания яхты спутник находится в пределах радиовидимости (практически — с момента, когда спутник поднимается над горизонтом, до момента, пока не скроется за ним, т. е. пока спутник проходит дугу от 10 до 75° над горизонтом). Этот период длится от 10 до 18 мин. Вместе с параметрами орбиты и сигналами точного времени НИСЗ излучают сигналы фиксированной частоты (НИСЗ «Транзит» — 400 МГц).
Сигналы фиксированной частоты необходимы для ввода в ПИ параметров относительного движения НИСЗ и судна. Для этого используется эффект Доплера, состоящий в том, что при взаимном перемещении источника и приемника излучения частота принимаемых колебаний отличается от излучаемых — происходит сдвиг частот, который пропорционален относительной скорости перемещения. Получая ряд последовательных (с интервалом 2 мин) сигналов с изменяющимся сдвигом частот, ПИ определяет положение судна относительно НИСЗ и в конечном счете выдает на дисплей координаты местонахождения судна — широту и долготу.
Спутник проносится по орбите со скоростью 14,3 тыс. уз; за период радиовидимости он проходит 1600—4300 миль. Это достаточная база, чтобы получить обсервованное место судна, т. е. полученное непосредственным навигационным измерением, с высокой степенью точности. Погрешность в определении составляет 125—500 м.
Как уже говорилось выше, обсервованное место удается получить через 107 мин, когда НИСЗ появляется в пределах радиовидимости. В промежутках изменение координат можно определить по счислению, введя в ПИ данные о курсе и скорости судна. Программы работы ПИ позволяют учесть дрейф судна, наличие течения и решить другие задачи — плавание по дуге большого круга или по генеральному курсу до определенной точки, выбор оптимального курса при лавировке яхты и т. п.
Постоянный рост числа судов, использующих СНС (по предварительным данным на конец 1984 г. их число достигнет уже 45 тыс.!) и совершенствование технологии производства радиоэлектроники позволяют говорить о перспективности применения спутниковых систем навигации для морских и океанских яхт.