Сегодня стоит достать телефон из кармана, открыть карту, и уже через мгновение на экране появится точка, показывающая ваше местоположение. Мы настолько привыкли к этому, что редко задумываемся о том, что еще полвека назад такая возможность казалась фантастикой.
А ведь когда-то человек вообще не знал, как определить свое местоположение. Отправившись в дорогу, путешественник мог рассчитывать только на собственную память, приметы местности, Солнце и звезды. Этого хватало, чтобы не сбиться с направления, но совсем не хватало, чтобы понять, где именно находится путник.
На поиски ответа ушли тысячи лет. Люди пробовали самые разные способы ориентироваться на местности и в открытом море. Одни оказывались слишком неточными, другие работали только при ясной погоде, третьи требовали долгих вычислений. Но каждое новое изобретение делало навигацию немного надежнее и постепенно приближало человека к тому, что сегодня кажется совершенно обычным.
Путеводная звезда
Первым помощником путешественника стало небо. Еще задолго до появления каких-либо приборов люди заметили, что Солнце, Луна и звезды движутся по вполне определенным законам. В северном полушарии особенно ценилась Полярная звезда. В отличие от остальных звезд, которые за ночь словно перемещались по небосводу, она почти не меняла своего положения и всегда указывала на север. Благодаря этому моряки и путешественники могли даже ночью понять, в какую сторону движутся. В южном полушарии ту же роль выполняло созвездие Южный Крест, хотя найти его на небе было сложнее, чем Полярную звезду.
Но способ по звездам был далек от совершенства. Стоило небу затянуться тучами или начаться сильному туману, как все небесные ориентиры исчезали. К тому же звезды помогали далеко не всегда, поэтому люди продолжали искать более надежный способ ориентироваться в пути.
Компас
Такой способ появился в Китае больше тысячи лет назад. Там заметили необычное свойство магнитного камня. Если намагниченную железную иглу положить на дощечку или щепку и пустить плавать в воде, она сама поворачивалась в одном и том же направлении. Так появился один из первых компасов.
Позже иглу закрепили на оси, превратив ее в привычную магнитную стрелку. Теперь определить стороны света можно было не только по Солнцу и звездам, но и ночью, в тумане или под сплошными облаками.
Компас быстро стал незаменимым помощником путешественников, а особенно моряков, которым в открытом море зачастую было просто не на что ориентироваться. Однако и этот прибор не решал главной задачи. Он показывал направление, но по-прежнему не мог подсказать, где именно находится корабль.
Астролябия
Решить эту задачу помогла астролябия. Она появилась еще в античности, а к эпохе Великих географических открытий стала главным навигационным прибором человечества. С ее помощью моряки измеряли высоту Солнца днем или Полярной звезды ночью над горизонтом. Чем выше она оказывалась, тем дальше корабль находился к северу. Это позволяло довольно точно определить свое положение и значительно реже сбиваться с пути.
Однако и здесь была одна серьезная проблема. Астролябия помогала понять, насколько далеко корабль ушел на север или юг, но почти ничего не говорила о том, как далеко он находится к востоку или западу.
Морской хронометр
Ответ оказался неожиданным — положение «восток-запад» можно было определить по времени. Земля постоянно вращается, поэтому пока в одном месте Солнце только поднимается к полудню, в другом полдень уже прошел. Если знать точное время в порту, откуда началось плавание, и сравнить его с местным временем на корабле, можно вычислить, насколько далеко судно ушло на восток или запад.
Именно поэтому в XVIII веке появился морской хронометр — необычайно точные часы, которые не сбивались даже после многих недель качки. Благодаря им моряки впервые смогли точно определять долготу — задачу, над которой безуспешно бились многие поколения мореплавателей.
Секстант
Координаты корабля худо-бедно определять научились. Но оставалась еще одна проблема. На качающемся судне работать с астролябией было очень неудобно. Удержать тяжелый прибор неподвижно и точно совместить его со звездой или Солнцем удавалось далеко не всегда. А ведь даже небольшая ошибка в измерениях приводила к тому, что корабль промахивался мимо острова или входа в гавань на десятки километров.
И вот в XVIII веке на смену астролябии пришел секстант. Благодаря системе зеркал он позволял одновременно видеть горизонт и Солнце или звезду, поэтому измерения стали гораздо быстрее и точнее. В сочетании с морским хронометром секстант помогал капитанам и штурманам гораздо точнее определять и широту, и долготу. Почти двести лет именно эти два прибора оставались главными помощниками моряков.
Первые навигаторы
Но в XX веке началась новая эпоха. Навигация постепенно перестала зависеть от Солнца, звезд и человеческих расчетов. Правда, первые навигаторы были совсем не похожи на современные.
Один из них, выпущенный в 1920-х годах, больше напоминал наручные часы. Вот только вместо экрана внутри находился бумажный рулон с картой маршрута. По мере движения автомобиля карта медленно прокручивалась, показывая следующий участок дороги. В самых первых моделях водитель вращал ее вручную, а позже механизм соединили тросиком со спидометром, и карта двигалась сама — чем быстрее ехала машина, тем быстрее она прокручивалась.
В 1966 году инженеры предложили еще более необычную идею. А что, если научить саму дорогу «разговаривать» с автомобилем? Для этого под асфальтом собрались разместить небольшие магниты, а под днищем машины — специальные датчики. Проезжая над магнитными метками, автомобиль определял свое местоположение. Водитель же заранее вставлял в прибор перфокарту с маршрутом, а система с помощью цветных лампочек и звуковых сигналов подсказывала, когда нужно повернуть. По замыслу разработчиков она даже должна была предупреждать о пробках, авариях и других опасностях на дороге.
Стоит ли говорить, что из-за огромной стоимости такая система оказалась мертворожденной. И пока инженеры пытались сделать «умными» дороги, будущее навигации уже готовилось совсем в другом месте — в космосе.
Спутники
Переломным моментом в истории стал запуск первого искусственного спутника Земли. Когда он летел над Землей, его радиосигнал немного менялся. По этим изменениям ученые научились очень точно определять, где находится сам спутник. А потом возникла мысль: почему бы не использовать этот принцип наоборот? Если координаты спутника известны заранее, значит, по его сигналу можно вычислить координаты человека на Земле.
Именно эта идея и легла в основу спутниковой навигации. Первыми были американцы. В 1978 году они начали развертывать систему GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования). Как это часто бывает с новыми технологиями, сначала она создавалась исключительно для военных. Однако в 2000 году власти США открыли высокоточную навигацию и для гражданских пользователей. С этого момента GPS начала стремительно завоевывать мир — сначала появилась в автомобилях, а затем добралась практически до каждого смартфона.
В СССР ей составила конкуренцию система ГЛОНАСС — Глобальная навигационная спутниковая система. Ее разработка началась почти одновременно с американской, а первые спутники вывели на орбиту в 1982 году. ГЛОНАСС у нас тоже сначала предназначалась только для военных. Однако в 2007 году Россия открыла высокоточный сигнал и для гражданских пользователей. Сегодня обе системы работают по всему миру, а большинство смартфонов одновременно используют и GPS, и ГЛОНАСС, получая более точные координаты.
К ним давно присоединились европейская Galileo, китайская BeiDou и японская QZSS. За право помогать людям находить дорогу сегодня соперничают уже не две, а сразу несколько спутниковых систем.
В истории навигации давно уже идет новая эпоха. Если раньше дорогу искали капитаны с секстантом в руках, то теперь этим занимаются даже роботы-пылесосы. Прощай, Полярная звезда. Прощай, астролябия и секстант. Добро пожаловать в цифровое настоящее. Похоже, скоро оно начнет выбирать дорогу раньше, чем мы успеем об этом подумать.
