Навигация в переводе с латинского означает «мореплавание, судоходство». Это составная часть комплекса морских наук, которая выделилась из них в процессе развития мореходства. Сюда входит лоция — делающая акцент на навигационных пособиях, морская астрономия — которая изучает методы определения координат судна по небесным светилам; и средства судовождения, с помощью которых ведется счисление пути и определение местоположения судна.

Сама история людей неразрывно связана с морем и мореплаванием. Останки людей, которым более 30 тысяч лет, найдены в Северной и Южной Америке, многие из этих древних людей переплыли океан. Как это им удалось? Тур Хейердал во время своих океанских экспедиций на прообразах старинных судов доказал, что это возможно. Первые корабли нам известны по древнеегипетским записям, — это достаточно совершенные суда, на которых египтяне осуществляли оживленную торговлю по Нилу и по морю. Этим записям более 4-х тысяч лет. С этой древней поры уже и возникла надобность в навигации.

Какие вопросы стояли перед древними мореходами? Да такие же, как и в наше время. Это определение своего местоположения и направление пути. Вначале оживленные морские торговые пути шли вдоль берегов, и навигацию осуществляли по береговым ориентирам. Если же предстояло плыть через океан, то перед глазами древних путешественников был лишь один ориентир – звезды. Направления сторон света определяли по движению солнца. А долго наблюдая ночью за звездами, можно выделить среди них и неподвижные объекты.  Это Полярная звезда в Северном полушарии и звезды в созвездии Южный крест в Южном. Скорее всего, ориентируясь на эти звезды, древние люди осваивали все новые пространства, заселяли материки и острова. Также древние заметили, что хоть звезды и движутся, но расстояния между ними не изменяются. Перед глазами людей стояла ошеломляющая картина движущейся небесной сферы. Это сейчас мы знаем, что двигается Земля и мы вместе с ней. Но эти наблюдения и положили начало астрономии и астронавигации.

Древний финикийский корабль. Изображение на саркофаге

Первые навигационные карты

Чтобы успешно ориентироваться в пространстве, люди стремились построить модель этого пространства, чтобы знать, где они находились и куда все-таки плыть. Некоторые народности пользовались устной традицией, когда в форме рассказов или песнопений передавалась информация о морских путях. Иногда пользовались и узелковой письменностью. Но даже схематичное изображение, план местности был более нагляден. Так стали появляться карты. У полинезийцев, преодолевших огромный Тихий океан, это были плетеные циновки с обозначением островов и рифов. Египтяне рисовали на тростнике. Однако эти карты, несмотря на большую точность в описаниях конкретных местностей и их особенностей, не давали ответа на главный вопрос — в каком именно месте в данный момент находится мореплаватель? Сколько времени ему идти до выбранного порта? Неподвижная точка отсчета уже была – это звезды. Требовалось придумать и решить, как обозначить свое местоположение на карте. Но первоначальные карты были к сожалению неточными, ведь круглую поверхность Земли трудно нанести на плоскость карты без искажений. Тем более что по древним представлениям земля была плоской, что вносило ещё большую неточность. Однако торговля развивалась, особенно сильно в регионе Средиземного моря. Постепенно были накоплены огромные знания по мореходству, астрономии и другим наукам, в дальнейшем они были собраны в античной Греции. Развитие эти науки получили позднее, во времена римской империи. Греки, пользуясь своими наблюдениями и собранной информацией от предшественников, нанесли на карты очертания известных земель. Для обозначения местоположения этих земель и других объектов на карту нанесли сетку координат. Изобретение этой широко нам известной сетки на картах из параллелей и меридианов тоже принадлежит древним грекам. Понятие широты и долготы для определения своего местоположения возникло опять-таки в Греции в результате постоянных наблюдений за положением и высотой Солнца днем и высотой звезд над горизонтом ночью. Мерой измерения было выбрано изменение положения Солнца. Наблюдая за светилами, ещё халдейцы разделили круг на 360 частей, где одной частью — градусом — было перемещение Солнца на небе на величину его диска. Градус разделили на 60 угловых минут, так как этот народ имел шестидесятиричную систему счисления. Эти знания были усвоены и развиты греками. Постепенно в науку вошли такие понятия, как горизонт, эклиптика, небесный экватор. Без этих астрономических понятий невозможно определение точных координат.

Современная трёхмерная карта звездного неба

Уже в третьем веке до н.э. греческий ученый Эратосфен определил не только то, что Земля круглая, но и очень точно вычислил длину окружности и радиус земной сферы. Он применил в своих картах равнопромежуточную цилиндрическую проекцию, что давало большую точность на картах, показывающих небольшие площади земной поверхности. Другой греческий ученый — Гиппарх — в третьем веке до н.э.покрыл всю землю сеткой меридианов и параллелей. Теперь стало понятно, в какой области карты надо находить свои координаты. Немного позднее римский географ Маринус Тирский составляет точные морские карты. Для некоторых областей он очень точно вычисляет долготу и широту и наносит их на сетку из параллелей и меридианов. Его сведениями в дальнейшем пользовался знаменитый ученый Птолемей в своих трудах. Маринус, как и Эратосфен, даже пытался изобразить полную модель Земли — глобус. Его вычисления и карты были настолько точны, что их приняли за основу в 15 веке португальцы.

Труды же более позднего ученого — Птолемея — дали огромный толчок науке географии и мореходства. Птолемей нарисовал карту мира в конической проекции, с параллелями и меридианами, он обозначил сетку координат, исчисляемых в градусах, где широты измерялись от экватора, а долготы — от самой западной точки известного тогда мира. Он опросил огромное количество купцом и моряков и довольно точно описал побережья и страны, даже те, которые не видел. Он описал огромное количество новых мест и дал их координаты. Помимо точных сведений, он записывал на карты и выдумки людей, поэтому в его картах можно найти, например, земли населенные народом песьеголовцев и прочие чудеса. В дальнейшем, после Птолемея, ничего нового в картографии не было придумано, а после крушения римской империи наступили и вовсе темные времена.

Карта Птолемея в современной обработке. На ней достаточно точно указаны известные в то время грекам земли

Древние навигационные инструменты

Самым первым навигационным инструментом были глаза древнего мореплавателя. Но с развитием мореплавания этого стало недостаточно. Для точного определения угла светил над горизонтом потребовались специальные инструменты. Так появился сначала гномон, который представлял из себя высокий столб, по соотношению длин столба и тени от него определяли время и высоту Солнца над горизонтом. Гномон в виде доски с шестом на нем впервые был использован греческим торговцем и мореплавателем Пифеем для определения широты ещё в 4-ом веке до  н.э. Купец нарушил существоваший тогда запрет и вышел за Геркулесовы столбы в открытый Атлантический океан, где провел свои наблюдения. Несмотря на примитивный прибор и волнение, путешественник снял показания с точностью в несколько угловых минут.  Позднее для астронавигационных наблюдений использовали квадрант. Квадрант представлял из себя обычную доску, вытесанную из камня или дерева. На ее поверхности были нанесены вертикальная и горизонтальная линии и объединяющая их дуга в 90°, разделенная на градусы и их части.

В центре дуги помещали линейку, которая могла перемещаться.

Квадрант

Более совершенным инструментом стала астролябия, которой пользовались начиная со второго века до н.э. вплоть до 18-го. Астролябия была по сути моделью небесной сферы с ее важными точками, кругами, полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. Выполнять наблюдения таким прибором было непросто. Наблюдая Солнце, Луну или известные звезды, древний астронавигатор приводил круги сложного инструмента в правильное положение, после чего по градуированным на кругах шкалам вычислял долготу и широту по наблюдаемому светилу. Самый известный дощедший до нас механизм — древнегреческий прибор из 32 шестерен "Антикитера", поднятый со дна моря. По сохранившимся надписям на нем можно сделать вывод, что это астронавигационный прибор.

Механизм мог вычислять конфигурации движения Солнца, Луны, Марса, Юпитера, Сатурна, лунные и солнечные затмения.

Предположительное время изготовления — период между 100 — 150 годами до н.э.

Древний астронавигационный прибор

Ещё один прибор, без которого не могут обходится современные навигаторы — компас — тоже был изобретен в незапамятные времена. Изобретатели компаса — китайцы, если верить записям в их книгах, начали использовать магнитный компас не только для религиозных нужд, но и для мореходства примерно за 300 лет до нашей эры. Однако до нас дошли копии компаса более позднего периода. Он представлял собой подобие намагниченной ложки, черенком показывающий на юг. Китайцы каждой стороне света сопоставляли свой цвет. Например, юг ассоциировался с красным цветом — современные компасы следуют этой традиции.   

Китайский компас

Лоция

Начиная с плаваний египтян и финикийцев, были накоплены огромные массивы информации о береговой линии, портах убежищ, якорных стоянках. Эти знания легли в основу карт и в дальнейшем использовались даже европейцами в средние века. Также древние мореплаватели, выходя в океан, столкнулись с таким явлением, как приливы и отливы. В дальнейшем знания были систематизированы, и уже в древнегреческой лоции, к примеру, писали: «Вся индийская страна имеет очень много рек и очень высокий прилив и отлив, которые в новолуние и полнолуние усиливаются в течение трех дней, а в промежуточные фазы бывают слабее».

Определенную сложность в исторические времена представляло собой точное измерение времени и расстояния. Для измерения времени пользовались водяными или песочными часами, а расстояния измеряли на глаз. В Древней Греции для помощи капитанам, была также принята система маяков. Очень известен Александрийский маяк высотой 120 метров. Многие скульптуры, поставленные на берегу, тоже служили береговыми ориентирами для кораблей. Известная статуя Колосса Родосского высотой 36 метров была видна за многие мили. А вход в большие порты по ночам освещался светом – большими кострами.

Первые школы мореплавателей

С развитием торгового мореплавания, с увеличением количества морских путешествий, возникла необходимость передачи знаний. Упоминаний именно о морских школах глубокой древности не сохранилось, скорее всего знания передавались устно и в тесном кругу. Одной из древних известных школ была школа мореплавания в Полинезии. На острове Райатея, было обнаружено место, откуда исходила экспансия полинезийцев на остальные острова Тихого Океана, и место передачи знаний о морском деле и навигации – это и были первые  мореходные школы. Представители яхтенной школы Центра яхтенной подготовки АМС, побывали в этом сакральном месте на островах Французской Полинезии. В 2012 году мы планируем совершить туда вторую экспедицию.

"Тапу тапу марае" на острове Райатея. Датируется 1-м тысячелетием до н.э. Это сохранившиеся остатки одной из первых школ океанского плавания. Фото Владимира Ватрунина.

Первые учебники для мореплавателей были написаны, наверное, наравне с изобретением письменности. Один из известных нам астрономических учебников мореплавания был составлен Фалесом Милетским ещё за 600 лет до н.э. В Греции преподавание астрономии, в том числе и астрономии для мореплавания, велось в высших учебных заведениях того времени. Известные же нам классические школы мореплавания были созданы гораздо позднее, в средние века.
 

Когда-то люди ориентировались по звездам. Сейчас все гораздо проще — достаточно достать из кармана телефон, вбить в яндекс.карты нужный адрес и они проложат маршрут. Или включить навигатор в авто. Или посмотреть на «умные часы» — способов много. Но знали ли вы, как выглядели первые навигаторы? В посте — краткая история навигаторов: от механического наручного устройства до проекторов в шлеме.

Первые шаги

Первый навигатор появился в 1920 году. В комплекте к устройству Plus Fours Routefinder, похожему на часы, шли карты. Крутить их нужно было вручную.

Нужно было добавить это устройство в Историю умных часов. Ведь пройдет всего 90 лет, и функцию навигатора будут выполнять часы вроде Pebble.

Навигатор следующего поколения, Iter-Auto, появился в 1930-м. Основные его отличия от Plus Fours Routefinder состояли в автоматическом прокручивании карты — при этом скорость, с которой механизм это делал, зависела от скорости автомобиля. Но стоило свернуть с дороги — как водителю приходилось доставать карты, искать нужную, устанавливать её в навигатор и искать своё текущее местоположение.

Реклама Iter-Auto.

General Motors в 1966 году выпустила «Driver Aid Information and Routing». Система была призвана ассистировать водителя и брать на себя часть функций водителя, чтобы он мог сосредоточиться, собственно, на вождении. Среди полезных функций — возможность позвонить по радиотелефону в аварийную или справочную службы. Пресс-релиз от 1 февраля 1967 года. В качестве носителей информации использовались перфорированные карты: по ним навигатор ориентировался и сообщал об ограничении скорости, направлении и других важных факторах.

В космос!

В 1957 году в Советском Союзе отправили в космос первый искусственный спутник Земли, а американские военные узнали, что частота сигнала зависит от приближенности спутника. Поэтому, зная свои координаты, можно выяснить положение и скорость спутника, и, зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты. Технология глобальной спутниковой навигации: какие бывают системы, параметры и функции.

В 1974 году идея спутниковой навигации была реализована, и в США запустили первый из 24 GPS-спутников, необходимых для покрытия всей Земли. Последний из них запустили в 1994 году. На данный момент этих спутников 32. Как видны спутники из одной точки:

Этот спутник не запустили, он в музее в Сан-Диего.

Официально систему ГЛОНАСС начали разрабатывать в СССР в 1976 году, но только в 1984 запустили первые два спутника. На фото — спутник ГЛОНАСС второго поколения. Для полного покрытия Земли также требуется 24 спутника.

Для военных и гражданских

Первый GPS-приёмник, разработанный для вооруженных сил США, был двухместным и с колёсами. Весил около 122 килограммов.

В 1983 году система GPS стала доступна для гражданских, а два года спустя, в 1985, в США уже появляется первый массовый GPS-навигатор — The Etak Navigator. Изображение на дисплее — приятного зелёного цвета. Музыку и фильмы на нем, конечно, смотреть было нельзя, но со своей работой он справлялся в пределах заданных правительством США для массового рынка погрешностей (Только в 2000 загрубление точности было официально отменено США).

В 1991 году The Etak Navigator засветился в фильме «Сплошные неприятности» (Nothing But Trouble). В кадре — собственно, он и нога Деми Мур.

Как ГЛОНАСС, так и GPS изначально разрабатывались для военных целей. На фото — часть приборной панели вертолёта Black Hawk с GPS навигатором, начало 1990-х.

Январь или февраль 1991 года, операция «Буря в пустыне». GPS-навигатор, установленный в Хаммере.

Первый приёмник, рассчитанный на работу и с ГЛОНАСС, и с GPS одновременно, был выпущен в 1995 году компанией Ashtech. Он не был предназначен для массового рынка.

А спустя пять лет на рынке появляется первый смартфон с GPS — это Benefon ESC. Он был доступен массовому потребителю.

Первый смартфон, оборудованный ГЛОНАСС приёмником, поступил в продажу в 2011 году — МТС 945.

Сегодня

На данный момент роль навигатора могут выполнять не только специальные гаджеты, но смартфоны и разнообразные носимые устройства — часы и очки. Например, Google Glass позволяют водителю не отвлекаться от дороги.

Возвращаясь к часам — приложение для Pebble позволяет отображать подсказки о том, куда дальше ехать, прямо на наручных часах. Это один из 10 вариантов применения этого гаджета. Работают они совместно с запущенным на смартфоне приложением.

Штатными навигаторами часто оснащают автомобили прямо на заводе — даже российские производители авто это делают.

Но гораздо интереснее, конечно, устройства, приобретаемые дополнительно. Например, навигатор Garmin HUD оснащен проектором — водитель видит карту на лобовом стекле автомобиля. Устройство синхронизируется со смартфоном на iOS или Android и использует запущенное на нем программное обеспечение. И получает пробки с него через Bluetooth.

Мотоциклисты тоже пользуются навигаторами, что сопряжено с рядом неудобств: во время вождения в шлеме не очень удобно наклонять голову к навигатору — это раз, приходится останавливаться, чтобы вбить адрес — это два. Поэтому среди носимых устройств с навигацией можно отметить мотоциклетный шлем NUVIZ — он нужен для того, чтобы повысить безопасность. Проект уже получил достаточную сумму на Kickstarter.

Программное обеспечение девайса позволит даже объехать непогоду, что для двухколесного транспорта является ощутимым бонусом.

В России подобный проект разрабатывается уже пять лет — это LiveMap для байкеров, мотоциклетный шлем с GPS навигатором. Сейчас можно сделать предзаказ на сайте — за 1500 долларов, а когда он появится в продаже — цена составит уже 2000.

Это интересно:
Подключенный Volvo на MWC 2014
История умных часов
История персональных компьютеров в рекламе. Часть 3: 1990-е

Джи-пи-эс GPS / Глонасс — Кто придумал? | Изобретения и открытия

Наши потомки будут недоумевать: как можно заблудиться на автомобиле?

Уже сейчас существуют приборы размером с мобильный телефон, позволяющие за несколько секунд определить свое местонахождение в любой точке земного шара с точностью до одного-двух метров Они реагируют на электромагнитные волны Системы глобального позиционирования (GPS), спутниковой системы определения местонахождения объектов, созданной министерством обороны США. Она начала действовать в 1978 г, когда вышел на орбиту первый из 24 навигационных спутников

 

Ориентация всегда и везде

Сегодня GPS помогает пилотам держать курс, водителям автомобилей — избегать пробок а капитанам кораблей — благополучно приводить суда в порт. Первая СРНС (Спутниковая радионавигационная система) 1964 г., использовавшая для определения координат наблюдателя различное время передачи радиосигнала между приемником на Земле и несколькими спутниками на орбите, называлась Транзит». Местоположение вычислялось с помощью 5 спутников, посылавших поочередно сигналы двух различных частот, однако координаты объекта определялись таким образом лишь с точностью до 300 м, а сеанс связи занимал около 15 мин. Тем не менее, Транзит» был очень поучительным экспериментом на пути к программе Навстар-GPS», которую Пентагон в 1984 г. разрешил к гражданскому применению. Правда, правительство США распорядилось искусственно снизить качество радиосигнала. В 2000 г. это ограничение было снято, что вызвало по всему миру настоящий бум приборов спутниковой навигации.

1935 г.: Роберт Александр Уотсон Уатт построил первый радар, способный обнаруживать самолеты.

1943 г.: в США создана первая радионавигационная система ЛОРАН, позволяющая с помощью береговых передающих станций определить положение корабля в море.

1972 г.: Советский Союз приступил к разворачиванию Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС).

2005 г.: начал регулярную работу GIOVE-A1 — первый пробный спутник европейской навигационной системы Галилео.

 

15.06.2018