Я уже почти готов вызвать диспетчера, чтобы тот дал мне код установленного на борту транспондера, который поможет выяснить мое местоположение, как вдруг вспоминаю, что на нашей учебной базе есть радиомаяк. Буквально несколько недель назад инструктор показал мне, как с ним обращаться, хотя в программе занятий этого не было. «На всякий пожарный…» – как он выразился. Я вызываю маяк, получаю ответ, выдыхаю – и лечу сквозь коварную мглу по тропинке из электромагнитных импульсов, как Мальчик-с-пальчик по белым камушкам. Закладываю крутой правый вираж, снижаюсь и вскоре вижу огни нашей посадочной полосы. Трудно передать то чувство радости и облегчения, с которым я веду самолет на посадку.
Как летчик понимает, где он? Хороший вопрос, но в последнее время мне его почти не задают. Большинство людей полагают, что все самолеты оборудованы спутниковой системой навигации. Это и так, и не так. На маленьких самолетах вроде того, на котором я летел сквозь туман в Аризоне, GPS нет. Но на больших пассажирских лайнерах GPS часто ставят, даже если навигационная система у самолета уже имеется. Тогда старая система просто прячется под современной, как в растущем организме старый слой нервных клеток скрывается под новым – скрывается, но не отмирает.
Одна из таких старых систем носит название «инерциальной навигационной системы». Она предназначена для того, чтобы самолет нашел дорогу к пункту назначения даже в самую темную и туманную ночь, без спутниковых сигналов, без поддержки авиадиспетчеров и при отключенных радиомаяках.
Представьте себе, что вы с завязанными глазами сидите в неподвижном автомобиле. Потом машина трогается с места, и вы чувствуете, как она разгоняется до обычной скорости на шоссе – шестьдесят миль в час. Час спустя, как нетрудно догадаться, вы будете приблизительно в шестидесяти милях от точки отправления. Если же ваш автомобиль повернет под углом девяносто градусов и продолжит двигаться, то еще через полчаса вы, достроив в голове треугольник, снова сможете догадаться, где вы примерно находитесь. Система инерциальной навигации, подобно нашему вестибулярному аппарату, улавливает ускорение и направление движения.
Ускорение измеряют при помощи довольно нехитрого прибора – акселерометра. Для определения же положения воздушного судна в пространстве инерциальная система использует гироскоп – очень непростую штуку. Первые такие приборы были механическими. Волчок – одна из древнейших игрушек человечества – по сути представляет собой простейший гироскоп. А в современных гироскопах вместо колес и вращающихся дисков – луч света.
Такие гироскопы называются лазерными. Казалось бы, что может быть прямее лазерного луча? Однако кольцевой лазерный гироскоп загоняет этот луч в ловушку. Представьте себе стеклянный куб с просверленным в нем туннелем. Туннель изгибается, образуя внутри куба замкнутую треугольную «трассу». На этой трассе установлен источник лазерных лучей. Отражаемые специальными зеркалами, они движутся в противоположных направлениях по граням треугольника и в конце концов встречаются. Если гироскоп находится в состоянии покоя, то оба луча пройдут заданное расстояние за одно и то же время. Если же изменить положение прибора, один из путешественников немного запоздает.
Представьте себе, что вы стоите за круглым бильярдным столом (кстати, слово «гироскоп» в переводе с древнегреческого и означает «смотрю на круг»), а напротив вас стоит ваш друг. Вы берете два бильярдных шара и пускаете их вдоль кромки стола в противоположных направлениях. Если стол стоит неподвижно, то оба шара докатятся до вашего приятеля одновременно. Но если вы начнете вращать стол, то одному из шаров придется преодолеть большее расстояние, и ваш друг получит его позже.
Исак Динесен как-то заметила, что наш язык «совсем не приспособлен для описания полета, и в будущем нам придется придумывать для этого новые слова». Авиационная терминология бывает довольно неуклюжа. К примеру, тормоза, используемые в полете, мы называем «воздушными тормозами», как будто в воздухе могут быть какие-то другие. Но язык систем инерциальной навигации – это настоящая техническая поэзия, инженерные сонеты Петрарки. Создатели лазерных гироскопов оперируют терминами «стоячая волна», «угловая минута», «дрейф нулевого сигнала», а время они считают не по солнцу, а по движению планеты относительно света множества далеких звезд. А еще инженеры, занимающиеся системами инерциальной навигации, могут рассказать вам много интересного о «методе случайного блуждания», «свободном выбеге», «северном указании» и «сферической гармонической функции».
Есть в инерциальной навигации и еще один чрезвычайно поэтичный момент. Перед каждым взлетом системе требуется несколько минут абсолютного покоя и неподвижности. Именуется такая предполетная медитация (нервным пассажирам советую попробовать) «калибровкой». Чтобы отслеживать движение воздушного судна во время полета, системе нужно, измерив силу гравитации, найти центр Земли и, прислушавшись к вращению планеты, понять, куда указывает нос самолета. Если во время калибровки попробовать сдвинуть самолет с места, на экране высветится что-то вроде: «Стой спокойно! Я еще не готова».
После калибровки система готова к выполнению своих служебных обязанностей. Первая из них – собственно навигация. Как человек, сидящий в машине с завязанными глазами, система улавливает и анализирует изменения скорости и направления движения. Еще одна, часто недооцениваемая функция системы – определять, где верх, а где низ. Летчику жизненно необходимо знать, под каким углом к горизонту находится нос воздушного судна – эта информация постоянно высвечивается на основном пилотажном дисплее. Новичкам, впервые «летающим» на авиасимуляторе, я сразу же объясняю: открывающийся из кабины пилота простенький пейзаж – синее небо да бурая земля – весьма обманчив и не подскажет вам, ни где вы, ни куда движетесь; он сообщит вам, лишь куда указывает нос вашего самолета (а это часто совсем не то же самое, что направление движения). Лайнер, летящий на другой край земли, в месте приземления может оказаться почти перевернутым относительно места взлета. Инерциальная координатная система навигации подскажет пилоту, где будет верх, а где – низ в любой точке планеты.
Инерциальная система должна уметь учитывать множество тонких нюансов. Например, когда воздушное судно набирает высоту, сила гравитации уменьшается. Чем сильнее вы раскрутитесь на карусели, тем больше вас будет «тянуть» прочь от ее центра; для летящего самолета такой каруселью становится Земля, и инерциальная система должна правильно рассчитать действующие на воздушное судно силы. Здесь важно все: и случайный порыв ветра в момент калибровки, и неидеально сферическая форма планеты, и температура самого навигационного прибора. Когда на шахматной доске мы хотим передвинуть ферзя на пять клеток влево и на четыре вперед, фигура окажется там, где нам нужно, независимо от того, в какой последовательности мы выполнили этот маневр. А вот во время управления самолетом в трехмерном пространстве разная последовательность приводит к совершенно разным результатам. Инерциальная система должна уметь тщательно отслеживать все повороты воздушного судна, чтобы не потерять из виду землю.
По точности навигации инерциальные системы уступают спутниковым. Чем дольше длится полет, тем хуже работает такая система, в ее механическом мозгу накапливается все больше и больше мелких ошибок – и вот навигатор уже промахивается на несколько миль. На 747-м установлены целых три инерциальных системы. Мы в любой момент можем вывести показания всех трех на экран компьютера. Позиция, рассчитанная каждой, обозначена на электронной карте символом-звездочкой – мы называем их «снежинками». Я еще ни разу не видел, чтобы все снежинки сошлись в одной точке. Вдобавок, они не стоят на месте – невооруженным глазом можно заметить, как снежинки подрагивают и колеблются на карте.
Но при всех своих досадных привычках дрожать, как осиновый лист, путаться в показаниях и уходить в астрал инерциальная система навигации обладает огромным преимуществом перед спутниковыми. GPS нужна для коррекции ошибок инерциальной системы, но в принципе после настройки инерциальной системе не требуются никакие внешние источники, чтобы определить, где вы находитесь, с какой скоростью летите и куда направляетесь. Она просто это знает – не ориентируясь ни по звездам, ни по спутникам, ни по картам, не посылая никому никаких запросов. К тому же такую систему невозможно сбить с толку внешними воздействиями – что неудивительно, ведь инерциальная навигация разрабатывалась не в последнюю очередь для военных, которым нужны были надежные системы наведения ракет.
