http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=2727e2df-f0b6-4d78-b65e-c6ab3694c28a&print=1© 2024 Российская академия наук
Отечественная навигационная система будет работать так же надежно, как и сверхточные часы, созданные российскими физиками
В мире уже существует полноценно работающая спутниковая система навигации - американская. Любой желающий может купить GPS-приемник и определять собственные координаты в режиме реального времени с точностью до одного метра. Вроде бы зачем тратить большие деньги для создания аналогичной отечественной спутниковой системы?
- Ну а вы представьте американские приемники на российских военных самолетах и ракетах, - говорит заместитель руководителя Отделения квантовой радиофизики ФИАН доктор физико-математических наук Михаил Губин. - В любой момент наши заокеанские партнеры могут “перекрыть кислород”, и что тогда? Нет, такая страна, как наша, конечно же должна иметь собственную независимую систему навигации. Более того, и европейские страны, и весь остальной мир заинтересованы в скорейшем создании конкурентоспособной российской ГЛОНАСС, чтобы не было монополии в этой сфере услуг.
- Напомните, как работает навигационная система?
- Представьте 24 спутника, летающих на околоземных орбитах. Они снабжены высокоточными атомными часами и постоянно обмениваются информацией посредством радиосигналов со специализированными наземными пунктами и между собой. Если время полета сигнала “туда” и “обратно” умножить на скорость света и разделить пополам, то будет известно расстояние до спутника от опорного наземного пункта. В результате координаты всех спутников известны с высокой точностью, а часы на них синхронизированы с земными. После этого легко решается и задача определения координат любого интересующего вас объекта. Следует заметить, что качество работы всей навигационной системы напрямую зависит от точности часов на борту и на наземных пунктах.
- Что собой представляют эти часы?
- Когда Н.Басов и А.Прохоров создали первый мазер, сразу стало ясно, что его можно использовать в качестве атомного эталона времени. Ведь квантовый генератор способен выдавать электромагнитное излучение с высокостабильной частотой. То есть это часы, которые “тикают”, но еще не показывают время. Чтобы мазер стал полноценными часами, нужно уметь хорошо считать все его “тиканья”. Но он работает в радиодиапазоне. Это обычно гигагерцы, то есть миллиарды колебаний в секунду. Если вы при их подсчете потеряете хотя бы одно колебание, относительная погрешность ваших часов будет уже одна миллиардная. По современным требованиям это очень много. Поэтому еще основатели квантовой радиофизики понимали, что будущее за лазерами, которые работают в оптическом диапазоне. А это уже миллионы гигагерц. Соответственно, и точность таких часов будет на несколько порядков выше.
Но как подсчитать число колебаний в световом луче? Еще недавно требовались огромные установки, занимающие площади в сотни квадратных метров, чтобы связать между собой оптический и радио- диапазоны. И только в 2000 году ученым удалось создать удобный механизм деления частоты. А буквально в прошлом году благодаря совместным усилиям ФИАН, Научного центра волоконной оптики и ООО “Авеста” - фирмы, организованной внутри ОКРФ ФИАН - впервые были реализованы компактные фемтосекундные оптические часы, способные после необходимой технической доводки работать на борту искусственного спутника. Эта и другие успешные российские разработки в области времени и частоты могут привести к тому, что к 2011 году ГЛОНАСС достигнет сегодняшнего уровня GPS, если в связи с кризисом не сократят финансирование.
- Какие проблемы вам приходилось решать?
- Тяжелый период для российской науки мы успешно миновали. К сожалению, начиная с 2004 года помимо решения научно-технических задач приходилось отстаивать территорию троицкой площадки ФИАН, которую хотели забрать у нас под жилищное строительство. И только в конце 2007 года благодаря вмешательству высшего руководства страны интересы российской науки были защищены. Сейчас здесь есть все необходимое для создания технопарка: действующие лабораторные макеты и прикладные фундаментальные разработки, которые мы при поддержке государства и РАН можем превратить в востребованные высокотехнологичные приборы.
- Михаил Александрович, есть ли необходимость использовать уравнения теории гравитации Эйнштейна в работе навигационных систем?
- Для орбит спутников такой необходимости нет, они рассчитываются по законам Кеплера, а возмущения связаны в основном с неоднородностями гравитационного поля Земли, давлением солнечного излучения. Тем не менее приходится учитывать гравитационный сдвиг частоты в полном соответствии с общей теорией относительности. В ближайшем будущем, когда точность навигационных систем возрастет, их можно будет использовать помимо основного назначения и в качестве высокоточных физических лабораторий. В том числе и по исследованию различных релятивистских гравитационных эффектов.