В России разрабатывается независимая от спутников система навигации. Для определения координат объекта космическая геолокация в таком случае не используется
Соответственно, точное знание местоположения не связано более с защищённостью от помех или от направленного РЭБ-воздействия, от метеоусловий и магнитных аномалий, нарушающих канал связи и прочее.
Любопытно, что это открытие подтвердил Алексей Абрамов, глава Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт).
Чиновник даже добавил, что такая система не просто должна дополнить отечественный ГЛОНАСС, но может стать незаменима для объектов, находящихся, например, под поверхностью земли (в туннелях) или под водой, где приём сигнала с орбиты, естественно, затруднён.
В целом технология основана на изучении аномалий гравитационного поля Земли и, следовательно, на российском открытии квантовой механики - одного из самых новых разделов физики. В настоящее время российские метрологи занимаются воистину титанической задачей: они снимают показания и вводят в искусственный интеллект гравитационные характеристики каждой точки поверхности.
Такая работа осуществляется по принципу анализа Big Data, то есть сверхбольших массивов данных. В России, да и в мире, число машин, способных справиться с подобной задачей - считанные единицы.
Но одними гравитационными полями новая система определения координат не ограничивается. Важной составляющей исследования является и изучение магнитного поля. В отличие от гравитации это более привычная для наших учёных область знаний. Но практические работы и здесь не проводились уже очень много лет - фактически с восьмидесятых годов прошлого столетия.
Составлением новой карты геомагнитных аномалий и заняты, в том числе, спутники нашей навигационной системы ГЛОНАСС.
В природе магнитное поле планеты используют многие животные. Пернатые ориентируются таким образом в безопорном пространстве, перелетая зачастую на колоссальные расстояния.
Военное применение открытия
Разумеется, применение привязки к местности по изменению гравитационного поля может стать незаменимым для наших подводных лодок и других особых видов техники.
Интерес к открытию диктуется в первую очередь полной помехозащищённостью новой системы навигации. Иными словами, ничто не в состоянии исказить гравитационное поле планеты. Показания, снимаемые при помощи гравиметров и градиентометров, будут всегда чистыми от постороннего воздействия.
Но гравитационная система навигации не годится для гражданского использования. Дело в том, что она основана на подробнейшей карте силы притяжения, воздействующей на любое материальное тело, а также на другом векторе - центробежной силе, связанной с вращением Земли. Вместе эти два разнонаправленных вектора дают нам силу тяжести. Она неравномерна в каждой точке поверхности.
Микроколебания силы тяжести можно картографировать, привязав к конкретному маршруту. Таким образом, высокоточное оружие, например, крылатая ракета, всегда найдёт свой путь даже при отключённой системе определения на местности при помощи спутников.
Для баллистических ракет, определяющих свой путь в верхней точке траектории по карте звездного неба, такой метод может быть вспомогательным. Однако микроизменения силы тяжести в каждой точке поверхности надо постоянно уточнять.
Мы картографируем Луну
Но одной планетой Земля использование такого принципиально нового прикладного открытия не ограничивается. Так, как подтвердили журналистам в пресс-службе Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ), гравитационная карта поможет будущим российским (а возможно, и не только) жителям посёлков на поверхности Луны. Сейчас исследователи института занимаются программно-математическим моделированием, создавая матрицу планетоида.
А что за рубежом?
Проблемой изучения гравитационного поля занимается европейская космонавтика.
Справка: Данные европейским учёным поступали от функционировавшего 4 года, с 2009-го по 2013 г., на полярной орбите GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) - спутника, исследующего гравитационное геополе и океанические течения. Аппарат различал изменение притяжения на уровне одной десятитриллионной. Он оказался способен нанести на карту перепады высот в 1-2 сантиметра на площади 100 километров.
Для того чтобы добиться максимальной точности измерений, спутник был сделан без подвижных частей - все детали внутренних механизмов были намертво закреплены, а для коррекции движения использовалась ионная силовая установка.
Побочным эффектом таких исследований было наблюдение за таянием Антарктиды, изменением течений (меряется высота воды) и за другими важными параметрами. Другим следствием детальных знаний о гравитационных аномалиях было получение новых данных о магматических течениях под корой Земного шара. Такие сведения важны и для вулканологов.
Кстати, именно в результате работы европейского спутника удалось выяснить, что наше небесное тело отнюдь не круглой или овальной формы, а напоминает... неравномерно приплюснутую картофелину.
Изучением гравитации занимаются и в США. Около года назад ракета Falcon доставила на околоземную орбиту очередную пару спутников GRACE-FO для картографирования гравитационных полей. Первые 2 спутника Вашингтон запустил на 500-километровую высоту ещё в 2002 г. Использование сразу двух аппаратов резко повысило точность анализа, так что можно смело утверждать, что после 15 лет непрерывного сбора данных Пентагон обладает отличной навигационной картой по гравитационным перепадам.
Аналогичные работы США провели ещё в 2011-2012 гг. на Луне. Там они использовали спутники GRAIL.
Необъяснимые гравитационные аномалии
Уже сейчас изучение гравитации выделяется в отдельную область научных знаний. Ещё очень многое для учёных здесь остаётся непонятным. Речь, в частности, идёт о так называемых гравитационных аномалиях - таких местах, где сила тяжести не действует на предметы или действует искажённо.
Хрестоматийным случаем таких локальных геоаномалий является так называемая зона Прейзера в штате Калифорния.
Запущенный по наклонной поверхности вниз шар здесь останавливается и катится обратно, вверх по склону. А в центре зоны, в сохранённой на правах музея хижине первооткрывателя, каждый вторник утром сила тяжести пропадает на несколько секунд, что даёт возможность посетителям... левитировать. Лазерный луч от прибора, помещённого в зону, неожиданно самопроизвольно меняет направление и наклоняется в сторону земли.
Точное знание природы гравитации даст возможность продвинуться в области создания не только приборов, но и силовой установки, прототип которой уже разработал отец квантовой механики Владимир Леонов.