Навигация NASA

Звезды, входящие в состав одного любого созвездия, как это ни парадоксально, практически не имеют ничего общего между собой — помимо того очевидного факта, что они находятся в одном и том же направлении от Земли, а также принадлежат нашей Галактике. Хотя каждая звезда находится в очень быстром движении по отношению к Солнцу и другим звездам своего созвездия, они настолько удалены от Земли, что кажутся нам неподвижными.

Майкл Коллинз пишет:

«Общая идея навигационной системы Аполлона достаточно проста. Все началось со звезд, чьи положения в инертном космосе хорошо известны и неизменны… Они так далеко, что выглядят одинаково, что с Земли, что с Луны» (7, с. 288).

Во время приготовлений к полетам на Луну он утверждал, что навигация — это его конек:

«Я несколько раз ездил в Массачусетский технологический институт (MIT), расположенный недалеко от Бостона, и прилагал максимум усердия. Эксперты мучили меня «простыми» объяснениями две недели, после чего мне оставалось лишь качать головой» (7, с. 288).

Возможно, он чувствовал, что ему внушают всякую чушь, что-то вроде «Фрамус витигирует на стержне шпиговки, приводя в действие холкроид. Как только он дзильгнет, значит ты на полпути домой». Когда мне попадается нечто подобное, лишенное всякого смысла, у меня всегда возникают проблемы: я не могу это запомнить и не могу с этим работать.

Чтобы получить навигационный пакет, NASA в самом начале проекта обратилось в MIT с просьбой разработать систему, которая позволила бы программе «Аполлон» отправиться на Луну и вернуться обратно. Группа профессоров выдала такой пакет вовремя — редчайший случай, когда кто-то умудрился уложиться в расписание NASA.

Майкл Коллинз был назначен навигатором Аполлона-11. В своей книге он перечисляет 37 навигационных звезд, а также их соответствующие восьмеричные номера, с помощью которых компьютер их идентифицировал. Вот как Майкл описывает навигационный пакет:

«Астронавт, глядя в телескоп либо в секстант, находит одну из заранее подобранных звезд, накладывает на нее «+» и жмет на кнопку в момент идеального совпадения. Затем называет компьютеру номер этой звезды. Аналогичные действия со второй звездой позволяют компьютеру определить направление расположения космического корабля. Но знаем ли мы направление наверх? Не совсем, поскольку «верх» — понятие относительное. На Земле оно означает направление от ее центра, противоположное вектору гравитации, удерживающей нас на поверхности. Но, допустим, мы не можем даже видеть Землю в окно и находимся вне пределов досягаемости земного притяжения. Что делать? Возвращаемся к нашим друзьям-звездам. Мы просто определяем новые понятия «верх-низ» и «лево-право», используя звезды вместо Земли. Все будет хорошо, пока мы играем по одним правилам, пока центр управления с Земли посылает нам указания, используя ту же звездную систему координат. Теперь мы свободны от всех земных условностей и можем корректировать наш курс к Луне и обратно, направляя корабль в нужном направлении и ориентируясь по звездам» (7, с. 289).

Упомянутый Коллинзом «крестик» означает наличие у прибора оптического прицела. Но у секстанта его нет! Из любопытства я перечитал книгу: Коллинз имеет в виду именно секстант. Почти через 100 страниц он продолжает:

«В отличие от Близнецов, Аполлон имеет достаточно мощный компьютер, подключенный к оптике, к которому я обращаюсь за помощью. Он отвечает, размахивая секстантом, пока не укажет туда, где, как ему кажется, находится Менкент. Ага! Вот он, в явном виде, и теперь мне достаточно просто совместить его с крестиком и нажать кнопку в этот момент. Затем я повторяю тот же процесс, используя Нунки, и компьютер меня одобрительно похлопывает по плечу, выдав сообщение, что мои измерения отличаются от его данных всего на 0,01 градуса. Он показывает эту информацию как 00001. На языке MIT идеальное значение 00000 называют «пятью шарами"» (7, с. 373).

Вот! Коллинз открытым текстом говорит, что секстант имеет «крестик». Но этого не может быть! Секстант — это инструмент, который использует зеркала, установленные на откалиброванном подвижном штативе. Принцип его действия заключается в наложении изображения одного объекта на изображение другого и измерении угла между ними. На Земле один из этих объектов, как правило, является горизонтом, но здесь измеряется дуга между двумя звездами. «Прицел» тут не нужен!

По-видимому, Коллинз имел в виду теодолит — телескоп с «крестиком» и большей, чем у секстанта, точностью. Но мне трудно поверить в то, что летчик, ставший астронавтом, не знает разницы между этими приборами.

Измерение угла между двумя звездами могло только помочь астронавтам выровнять корабль. Это делается с помощью азимута и угла возвышения по отношению к измерительному устройству корабля. Для такого грубого инструмента, как теодолит, звезды кажутся неподвижными, поэтому он всего лишь позволяет узнать направление движения корабля с точностью, с которой был сделан «выстрел».

Что касается запрограммированных данных, то они представляют собой угловые расстояния между любыми двумя навигационными звездами. «Пять шаров» — всего лишь красивые слова, скрывающие суть результата наведения. И человек, специально обученный астронавигации в MIT, так этого и не понял.

Представьте, что ваш корабль находится на очень высокой околоземной орбите. И что точно в центре корабля имеется прицел. Вы направляете корабль на одну конкретную звезду и титаническими усилиями его выравниваете, чтобы эта звезда продолжала оставаться «под прицелом». Сделав один виток и выйдя из-за Земли, вы ищете звезду. Разве вас удивит, что «крестик» по-прежнему на нее наложен? И что звезда будет оставаться под прицелом день за днем, независимо от количества пройденного времени? Спустя полгода Земля утащит вас на пол-оборота вокруг Солнца, но корабль все еще будет направлен на эту звезду. Более того, она будет годами висеть, зафиксированная в прицеле.

Майкл Коллинз говорил, что звезды неизменны. Настолько неизменны, что к сегодняшнему дню мы можем измерить расстояние до десяти тысяч звезд из миллиардов, что нас окружают. Это измерение может быть проведено только из-за разницы в видимом положении звезды по отношению к другим звездам, которые хоть и кажутся близкими, но гораздо более удалены от Земли. Только после того, как Земля пройдет расстояние в 300 миллионов километров и окажется по другую сторону Солнца, это движение может быть измерено.

Такое угловое смещение называется параллаксом звезды. Оно настолько мизерно, что его невозможно измерить ни одним прибором, механически разбивающим окружность, таким как секстант или теодолит. Его также невозможно зафиксировать и невооруженным глазом. Параллакс измеряется только фотографическим методом. Измерение проводится путем оптического увеличения фотографий, сделанных телескопом в крайних точках орбиты. Фотографии затем сравниваются. Если звезда сместилась, это смещение измеряется и сравнивается с известным угловым расстоянием соседних звезд, которые на той же фотографии остались на месте. Чем сильнее смещение, тем ближе звезда. Ее реальное удаление вычисляется при помощи обычных тригонометрических формул, в которые подставляется (как базовое) расстояние, которое проходит Земля в течение шести месяцев, и угол смещения, измеренный по фотографиям.

Альфа Центавра, которая для невооруженного глаза кажется одной звездой, на самом деле является тройной звездной системой. Находясь на расстоянии всего в 4,3 светового года от Земли, она имеет самый большой параллакс из всех звезд — 0,74 секунды при измерении на базе 300 миллионов километров, которые Земля проходит за половину своей орбиты.

Если бы мы использовали расстояние до Луны (384 000 км) как базовое, то угол был бы в 389 раз меньше и составлял 0,0019 секунд. На странице 248 «Мирового Альманаха» 1993 года указан параллакс почти 100 ближайших к нам звезд, наименьший из них составляет 0,01 секунды. Поэтому Коллинз никак не смог бы измерить эти углы секстантом с «крестиком». И невозможно было бы вести корабль, используя механическое разделение окружности, чтобы отследить перемещение даже ближайших к нам звезд.

Коллинз был горд, получив от компьютера «пять шаров», но это означает точность лишь в 0,01 град. — результат отнюдь не выдающийся по сегодняшним меркам. В одном градусе 60 морских миль, и 0,01 град. составляет 0,6 морской мили. Многие капитаны маленьких баркасов вполне могли бы повторить это достижение. А система SATNAV с ее 50-метровой точностью превращает эти 0,6 морской мили в любительщину.

Но Коллинз, видимо, искренне верил в точность своих измерений:

«Например, меня учили вести корабль обратно от Луны с использованием секстанта для измерения углов пяти выбранных звезд и горизонта Земли; однако совершенно невозможно оказалось определить наше местоположение с той же точностью, с какой это делают гигантские наземные радары…» (16, с. 151)

Далее он справедливо замечает:

«Наши возможности вести корабль независимо от Хьюстона являются очень ограниченными, когда мы находимся близко к Луне. Поэтому для определения своего местоположения мы зависим от Земли» (7, с. 288).

А в своей новой книге «Взлет» Коллинз признается:

«Сравнивая положение звезд с таблицами и подмечая углы поворота, можно вычислить ориентацию корабля. Эта процедура определяла не местоположение космического корабля, а лишь его ориентацию» (16, с. 151).

Далее он рассказывает, что местоположение было получено из показаний акселерометров, которые улавливают движение и показывают положение путем компьютерных вычислений. Однако он отмечает:

«На самом деле вектор состояния загружался в компьютер модуля управления еще на стартовой площадке и в полете периодически обновлялся с учетом информации, получаемой с Земли» (16, с. 132).

Читая про принципы лунной навигации NASA, я стал задумываться о том, как бы я вел корабль к Луне. Мне понадобилось примерно три дня, чтобы понять их методы, и еще три дня напряженной работы ума, чтобы создать свой собственный. Я погружался в эти дебри все глубже, пока меня не осенило: нужно всего лишь направить корабль на видимую цель. Это же так просто! В космосе нет туманов и штормов, которые могли бы повлиять на видимость. Что бы астронавты ни говорили, а в один из иллюминаторов всегда можно увидеть Солнце, звезды, планеты. Зачем же самим себе усложнять жизнь?