«Маршрут перестроен. Через пятьдесят метров поверните направо».

Вы стоите в центре Москвы. Поворачивать направо нельзя: там стена дома. Синяя точка на экране некоторое время размышляет, затем прыгает через полгорода и телефон уверенно сообщает, что вы находитесь возле аэропорта. Возможно, это вы недостаточно хорошо знаете, где находитесь?

Ещё недавно такая сцена выглядела бы как катастрофа. Сегодня ненадёжная спутниковая навигация стала привычной частью жизни во многих городах. Таксисты узнают дороги заново, курьеры смотрят на указатели улиц, а человек с устройством, принимающим сигналы сразу нескольких спутниковых группировок, снова спрашивает прохожего: «Извините, а где я?»

Тысячелетиями люди заставляли окружающий мир назвать им координаты. Они расспрашивали звёзды, волны, птиц, часы, радиомаяки и запустили в космос группировки спутников, способных найти вас почти в любой точке планеты, но все равно блуждаем в трех соснах

Меня зовут Иннокентий Солнцев, и это подкаст «До нас дошло». Сегодня мы узнаем, почему Колумб промахнулся целым континентом, как четвёртый спутник исправляет часы в вашем телефоне и при чём тут кусок сала, привязанный к верёвке. Мы проследим путь от звёздной карты в голове полинезийского морехода до космических спутников-шпионов, и разберёмся, почему вершиной развития глобальной навигации снова стал вопрос к прохожему.

Поговорим о том, как человечество научилось сообщать самому себе, где оно находится. А потом перестало верить ответу.

Первые навигационные системы появились задолго до карт, компасов и самого слова «навигация». Человек выходил из дома, запоминал приметное дерево, поворачивал у реки и старался не забыть, с какой стороны теперь находится то самое приметное дерево.

На суше этот способ работал неплохо. Ландшафт был картой, а память — приложением. Горы не меняли положение, реки обычно текли в одну сторону, знакомая тропа приводила к знакомой стоянке. Если перед вами оказывалось незнакомое болото, вы сразу понимали, что маршрут построен неудачно.

Можно это назвать навигацией задним числом. Для людей, которые всю жизнь читали следы, ветры и положение Солнца, никакой отдельной навигации не существовало. Окружающий мир постоянно сообщал, где вы находитесь: мох рос на знакомой стороне дерева, река шумела внизу, птицы возвращались к воде. Оставалось просто понимать его язык. Примерно так же вы сегодня достаете смартфон и, даже не приходя в сознание, открываете приложение с картами.

В море привычный язык менялся. Берег исчезал за горизонтом, река больше никуда не вела, а приметное дерево благоразумно оставалось на суше. Поэтому первые мореходы старались держаться поближе к берегу. Они запоминали форму бухт, мысы, устья рек и особенно выразительные скалы. Такая навигация называется каботажной: пока видишь сушу, примерно понимаешь, где находишься.

В тумане, ночью или при попытке срезать путь через открытую воду этот способ не работал. Морякам приходилось искать другие источники данных.

Днём направление показывало Солнце. Ночью — звёзды. В Северном полушарии особенно полезной оказалась Полярная звезда: она висит почти над Северным полюсом и потому неплохо изображает неподвижную стрелку компаса. Небо стало первой глобальной навигационной системой. Покрытие отличное, абонентская плата отсутствует, облачность временно прекращает обслуживание.

Много информации скрывалось прямо под кораблём. Моряки опускали в воду лот — тяжёлый груз на размеченной верёвке. По длине ушедшей под воду верёвки определяли глубину. В углубление на нижней стороне груза клали сало: к нему прилипали песок, ил, мелкие камни или ракушки со дна.

Получался древний геолокационный пакет: глубина тридцать аршинов, грунт песчаный. Опытный моряк сравнивал эти данные со своей памятью и понимал, приближается ли корабль к знакомому берегу. Спутников ещё не было, поэтому информацию приходилось запрашивать непосредственно у морского дна.

Настоящими специалистами по навигации без приборов стали народы Тихого океана. Полинезийские мореходы проходили тысячи километров между небольшими островами, используя звёзды, положение Солнца, устойчивые океанские волны, ветер, облака и поведение птиц.

Остров можно было обнаружить ещё до того, как он появлялся над горизонтом. Над сушей скапливаются облака. Некоторые птицы утром улетают кормиться в море, а вечером возвращаются. Остров меняет направление волн, и опытный навигатор способен почувствовать эту перемену по движению каноэ.

Представьте, что вы едете в автомобиле с закрытыми глазами и по одной только вибрации кузова понимаете: асфальт здесь стал другим, значит, нужный поворот близко. Примерно так океан сообщал полинезийскому навигатору о невидимой суше. Только ошибочный поворот вёл не к соседнему супермаркету.

Карта этого океана существовала в голове. Навигатор запоминал, где восходят и заходят нужные звёзды, как меняются ветры, откуда приходит зыбь и сколько дней каноэ движется выбранным курсом. Каждый новый сигнал уточнял маршрут. Звезда скрылась — остаются волны. Ветер сменился — можно посмотреть на птиц.

Такая система прекрасно отвечала на практический вопрос: куда плыть, чтобы добраться до острова? С точными координатами дела обстояли хуже. Мореход мог знать, что земля находится за горизонтом слева, но не мог записать своё положение двумя числами и передать его другому кораблю. Он научился расспрашивать звёзды, птиц, волны и даже кусок сала. Оставалось добиться от них внятного адреса.

Пока корабль держался знакомых берегов, приблизительных ответов хватало. Вот этот мыс, вот эта бухта, на дне знакомый песок — значит, мы примерно здесь. Великие географические открытия начались с решения отойти от берега подальше. Вместе с новыми землями моряки открыли новый способ найти неприятности: потеряться посреди океана.

Для положения на карте нужны два числа. Первое — широта, расстояние к северу или югу от экватора. Представьте Землю нарезанной параллельными кольцами. Экватор — нулевое, Северный полюс — девяносто градусов северной широты. Остаётся понять, на каком кольце вы сидите.

В Северном полушарии ответ можно было спросить у Полярной звезды. Если вы стоите на Северном полюсе, она находится почти прямо над головой: её высота над горизонтом составляет около девяноста градусов. На экваторе Полярная висит у самого горизонта. Между этими точками правило почти неприлично простое: высота Полярной звезды в градусах примерно равна вашей широте.

Измерить этот угол на глаз можно, но результат получится соответствующий. Мореплаватели использовали квадрант — четверть круга с угловой шкалой и отвесом. Один край направляли на звезду, а нить с грузиком показывала угол. Астрономы знали подобные приборы ещё в античности, а в морской навигации квадрант применялся уже к середине XV века.

Прибор был простым, однако качка не давала отвесу спокойно висеть. Палуба уходила из-под ног, звезда прыгала перед глазами, ветер раскачивал нить. Измерение координат превращалось в попытку воспользоваться транспортиром верхом на лошади.

Примерно в ту же эпоху появился морской вариант астролябии — тяжёлое металлическое кольцо с поворотной стрелкой. Навигатор подвешивал его вертикально, наводил стрелку на Солнце или Полярную звезду и считывал угол по шкале. К концу XV века морские астролябии уже использовали для определения широты; тяжёлая ажурная конструкция меньше страдала от ветра, хотя качку никто не отменял. Позже моряки обзавелись поперечным жезлом, или градштоком. Один конец рейки подносили к глазу, а поперечную планку двигали до тех пор, пока её нижний край не совпадал с горизонтом, а верхний — со звездой. Положение планки сообщало угол.

Широту можно было получить и днём. Моряк измерял максимальную высоту Солнца около полудня, затем открывал астрономические таблицы и вносил поправку на дату. Солнце меняет своё положение в течение года, поэтому одного угла было недостаточно. Небесный сигнал уже принимался, но без справочника расшифровывать его было бесполезно. У метода был небольшой недостаток: при измерении по Солнцу навигатору приходилось смотреть прямо на Солнце. История навигации вообще щедра на приборы, которые сначала помогают найти дорогу, а потом мешают её увидеть.

К эпохе Колумба мореход располагал компасом, таблицами, квадрантом или астролябией и при ясном небе мог определить широту. Получалось не очень точно, но в целом принцип работал. Корабль мог узнать, насколько далеко он ушёл на север или юг.

Со вторым числом — долготой, положением к востоку или западу, — не помогали ни квадрант, ни астролябия. Можно было прекрасно понимать, на какой параллели находится корабль, и совершенно не представлять, в какой части этой параллели его искать. Земля соглашалась сообщить одну координату и поднимала лапки: «Вторую вычисляйте сами».

Выходом стал метод **исчисления пути** - вы отмечаете последнюю известную точку, определяете курс, оцениваете скорость и каждый день дорисовываете на карте пройденный отрезок. Корабль превращается в курсор, который моряки передвигают вручную.

Скорость измеряли с помощью бревна. За корму бросали небольшой кусок дерева, привязанный к верёвке с узлами на равных расстояниях. Бревно тормозило в воде, корабль уходил вперёд, верёвка разматывалась. Моряки засекали время и считали, сколько узлов успело уйти за борт. Отсюда морской узел как единица скорости. Результаты измерений регулярно записывали в специальную книгу для записи показания бревна — logbook. Первоначально это был буквально журнал скорости движения корабля, а затем словом log стали называть вообще последовательную запись событий. Спустя несколько веков корабль уменьшится до компьютера, а судовой журнал превратился в системный. Когда вы делаете login, система записывает ваш вход в свой журнал: пользователь такой-то поднялся на борт. Когда нажимаете logout — покидаете судно. Верёвка с деревяшкой давно исчезла, а термин продолжает плавать по интернету.

Океан вмешивался в расчёты независимо от качества журнала. Ветер сносил корабль в сторону, течение тащило его ещё куда-нибудь, скорость менялась, волны мешали держать курс. Каждое небольшое отклонение добавлялось ко всем предыдущим.

Получалась первая инерциальная навигация без инерциальной системы. Корабль говорил: «Судя по логам, я прошёл сто миль на запад». Христофор Колумб в 1492 году тоже вёл счёт пройденному пути. Правда, он сильно недооценивал размеры Земли и забыл сделать поправку на течения. Поэтому, плыл-то он в Индию, но оказался на Карибах.

Морякам требовался способ измерять долготу прямо в море. Решение оказалось неожиданным: координату нужно было искать не только в пространстве, но и во времени.

Представьте, что вы отплываете на запад ровно в полдень. Через примерно сутки Солнце оказывается прямо над вами, то есть наступает местный полдень, а часы исходного порта показывают два часа дня. Земля успела повернуться между этими двумя полуднями на два часа.

Полный оборот занимает двадцать четыре часа и соответствует трёмстам шестидесяти градусам. Делим одно на другое: каждый час разницы даёт пятнадцать градусов долготы. Два часа — тридцать градусов. Время внезапно превращается в расстояние.

Оставалась маленькая инженерная деталь: нужно взять с собой часы, которые продолжат точно показывать время исходного порта. Обычные часы XVIII века переносили морское путешествие примерно как кошка переносит ванну. Качка мешала работе маятника. Температура меняла размеры деталей и свойства масла. Влажность портила механизм. Ошибка даже в несколько минут превращалась в десятки километров на карте. Первым задачу постройки достаточно точных для морских путешествий хронометров решил английский часовщик Джон Гаррисон. Его хронометры переживали качку, перепады температуры и многонедельное путешествие, не потеряв точное время.

Самое наглядное объяснение этого метода оставил Жюль Верн. В «Таинственном острове» инженер Сайрес Смит пытается определить координаты острова, куда героев забросило после побега на воздушном шаре. С широтой помогает положение Солнца. А для долготы пригодились часы журналиста Гедеона Спилета, продолжавшие показывать время того места, откуда началось путешествие. Сайрес Смит определяет момент местного полудня и сравнивает его с показаниями часов. Разница во времени превращается в разницу долгот.

Остров ещё не нанесён на карту. Вокруг на тысячи километров океан. Никакой внешней инфраструктуры нет. И все же герои получают координаты благодаря маленькому механизму, который продолжает передавать им сообщение из прошлого: «Там, дома, сейчас столько-то».

Морские хронометры решили проблему долготы, однако навигация не стала автоматической. Моряку по-прежнему требовалось увидеть Солнце или звёзды, правильно измерить угол, свериться с таблицами и произвести вычисления. Облачность могла отключить систему на несколько дней.

В начале XX века в воздух поднялись самолёты. Скорость выросла в несколько раз, времени на размышления стало меньше, а методы навигации почти не изменились. Пилоты смотрели на компас, часы, карту и землю под крылом.

Особенно полезными оказались железные дороги. Рельсы хорошо видны с воздуха, соединяют города и не имеют привычки внезапно уходить в лес по личным делам. Где нет железных дорог - подходят реки, или старые добрые инструменты полинезийских мореплавателей - горы на горизонте, солнце и звезды.

Следующий шаг напрашивался сам собой: заставить окружающий мир начать передавать координаты по радио.

К началу Второй мировой войны навигация разделилась на две ветви. Первая предлагала прислушиваться к окружающему миру. Вторая — перестать ему доверять и считать движение самостоятельно.

Первый путь привёл к радионавигации. Если раньше моряки искали маяк глазами, теперь маяк можно было услышать в радиоприёмнике. Радиоволнам не мешали ночь и облака, а передатчик исправно сообщал о себе: «Я здесь».

В 1937 году это различие стало роковым для Амелии Эрхарт. Вместе со штурманом Фредом Нунаном она совершала кругосветный перелёт и должна была посадить Lockheed Electra на острове Хауленд посреди Тихого океана. Хауленд имеет длину меньше трёх километров. С высоты он выглядит примерно как авианосец, с которого предусмотрительно убрали всё заметное.

Возле острова Эрхарт ждал катер береговой охраны «Итаска». Он передавал радиосигнал, по которому самолёт должен был определить направление. Связь установилась лишь наполовину: радисты на корабле хорошо слышали Эрхарт, сама она принимала не все их сообщения, а и получить надежное направление не смогла. В одном из последних сообщений Эрхарт передала, что самолёт находится на линии 157–337 градусов. Штурман сумел определить линию положения по Солнцу, но не понял, с какой стороны от крошечного острова летит самолёт. Самолёт кружил над океаном, топливо заканчивалось, а радиомаяк продолжал передавать сигнал, который экипаж не мог превратить в направление. 2 июля 1937 года Эрхарт и Нунан исчезли.

Радио умело сказать: «Мы рядом». Навигации требовалось более полезное сообщение: «Летите сюда».

Инженеры попробовали заставить несколько передатчиков работать сообща. В 1940-х появилась система LORAN, дальняя радионавигация. Наземные станции передавали синхронизированные импульсы, а приёмник измерял, насколько один сигнал опоздал относительно другого.

Представьте два колокола в разных концах города. Они бьют одновременно, но первый вы слышите раньше второго. Значит, первый находится ближе. Разница во времени не называет точное расстояние до каждого колокола, зато сообщает, насколько один из них ближе другого.

Все точки с одинаковой разницей расстояний образуют на карте кривую — гиперболу. Приёмник слушает ещё одну пару станций, строит вторую гиперболу и ищет место пересечения. Там и находится корабль или самолёт.

Математика выглядит внушительно, принцип — почти бытовой. Если гром от первой грозы пришёл на две секунды раньше, чем от второй, значит, от первой грозы вы на два звуковых световых… в общем, ближе. Пользователю LORAN оставалось совместить несколько таких опозданий на специальной карте.

Система заработала во время войны и обеспечила радионавигацией значительную часть Атлантического и Тихого океанов. Самолёты и корабли впервые получили возможность определять положение ночью и в плохую погоду, не дожидаясь, пока облака соизволят показать звёзды. У LORAN имелся очевидный нюанс. Сначала нужно построить на земле сеть мощных передатчиков, точно синхронизировать их и нанести зоны покрытия на карты. За пределами этой сети эфир снова пожимал плечами. Вы знаете где находитесь, только пока слышите радиомаяки.

Вторая ветвь навигации решила вообще ничего не спрашивать у внешнего мира.

Представьте закрытый вагон без окон. Вы знаете, где находились в начале поездки. Затем чувствуете, как вагон разгоняется, поворачивает, тормозит и снова набирает скорость. Если непрерывно и достаточно точно измерять все ускорения и повороты, можно вычислить, куда и насколько далеко вы уехали.

Направление измеряют гироскопы. Ускорение — акселерометры. Компьютер берёт начальную координату, добавляет к ней каждое движение и постоянно пересчитывает новое положение. Так работает **инерциальная навигационная система**, или ИНС.

Одним из ранних боевых применений этого принципа стала немецкая ракета V-2. Гироскопы следили, чтобы ракета сохраняла заданное направление, а интегрирующий гироскопический акселерометр измерял ускорение и подавал команду выключить двигатель при достижении нужной скорости. Ракета не принимала навигационных сигналов извне и после старта не нуждалась в подсказках оператора.

Получился автопилот с очень короткой инструкцией: лети вот туда, а когда разгонишься достаточно — выключи двигатель.

Точность V-2 была невысокой, однако принцип оказался чрезвычайно полезным. Такую систему невозможно ослепить облаками, обмануть переставленным дорожным указателем или заглушить помехой. Подводная лодка может неделями идти под водой. Ракета — лететь к цели. Самолёт — пересекать океан, не слыша наземных маяков.

Реальный мир снова принёс одну неприятную деталь. Инерциальная система не знает, где она находится. Она помнит, где находилась, и складывает все движения после этого.

Допустим, акселерометр решил, что вы движетесь на один сантиметр в секунду быстрее, чем в действительности. Через секунду ошибка почти незаметна. Через минуту система уже приписала вам лишнее расстояние. Дальше ошибочная скорость продолжает умножаться на время, а к ней добавляются новые ошибки.

Гироскоп немного ошибся в направлении. Акселерометр слегка соврал об ускорении. Компьютер честно сложил всю эту ложь и выдал координату с шестью знаками после запятой. Чем дольше система работает без внешней проверки, тем дальше её расчётное положение расходится с настоящим. Полная независимость от окружающего мира обернулась полной невозможностью узнать, когда ты начал ошибаться.

Поэтому радионавигация и ИНС не уничтожили друг друга. Они начали работать вместе. Инерциальная система непрерывно считала движение, а радиомаяки, звёзды или наблюдения за рельефом время от времени поправляли её: «Ты думаешь, что находишься здесь. На самом деле ты уже немного левее». Навигация стала похожа на человека, который идёт с закрытыми глазами, считает шаги и иногда приоткрывает один глаз, чтобы не уйти в кусты.

В октябре 1957 года Советский Союз запустил первый искусственный спутник. Он не предлагал навигационных услуг, не передавал координаты и вообще сообщал миру главным образом короткое «бип-бип».

Сигнал услышали физики Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса — Уильям Гайер и Джордж Вейффенбах. Пока Спутник приближался, частота его сигнала повышалась. После пролёта начинала понижаться. Тот же эффект вы слышите, когда мимо проезжает машина с сиреной: сначала звук выше, после проезда — ниже. Это **эффект Доплера**. По характеру изменения частоты Гайер и Вейффенбах научились вычислять орбиту Спутника. Вскоре их коллега Фрэнк Макклюр вывернул задачу наизнанку: если известна орбита спутника, по тому же доплеровскому сдвигу можно вычислить положение приёмника на Земле.

Советский спутник передавал один сигнал, а американцы услышали в нём инструкцию по созданию спутниковой навигации.

Так появилась система **Transit**, разработанная прежде всего для американских подводных лодок. Спутники летали по известным орбитам и передавали сигнал с точной частотой. Приёмник следил, как эта частота меняется во время пролёта, и вычислял своё положение. Transit стала первой действующей спутниковой навигационной системой.

Получение координат занимало время. Нужно было дождаться подходящего спутника и слушать значительную часть его пролёта. Подводная лодка поднималась на перископную глубину, выставляла антенну и примерно пятнадцать минут собирала сигнал. Такой сеанс позволял поправить накопившую ошибку корабельной инерциальной системы.

Для подлодки схема подходила приемлемо. Она могла долго идти автономно, иногда всплывать за поправкой, покурить на свежем воздухе, и снова исчезать в пучине. Самолёт, автомобиль или человек с картой хотели другого: узнать координаты прямо сейчас, а не после встречи со спутником по расписанию.

Гражданские авиалайнеры продолжали пересекать океаны в основном по ИНС, периодически сверяясь с другими средствами. Техника стала гораздо совершеннее, только связь между пилотом и машиной всё ещё могла дать сбой.

Ночью 1 сентября 1983 года Boeing 747 авиакомпании Korean Air Lines выполнял рейс KAL 007 из Анкориджа в Сеул. Вскоре после вылета самолёт начал постепенно отклоняться от заданной трассы и несколько часов сохранял неправильный курс.

Расследование рассматривало две близкие версии. Автопилот мог остаться в режиме удержания магнитного курса вместо перехода к маршруту, загруженному в систему, либо инерционную систему включили, когда самолёт уже отклонился настолько, что система не смогла захватить заданную трассу. Самолёт вошёл в воздушное пространство Советского Союза и был сбит. Погибли все 269 человек на борту.

Через две недели после катастрофы, 16 сентября 1983 года, администрация Рональда Рейгана объявила: Соединённые Штаты уже разрабатывают новую спутниковую навигационную систему, и после ввода в эксплуатацию её стандартный сигнал станет доступен гражданской авиации по всему миру. Речь шла о военном проекте NAVSTAR GPS. Он тогда уже существовал уже десять лет, и первые экспериментальные спутники находились на орбите, однако до полноценной глобальной системы было ещё далеко, но катастрофа KAL 007 заставила американские власти пообещать, что военная технология однажды начнёт отвечать и гражданским самолётам.

Навигации требовалась система, которая работает непрерывно, покрывает всю планету и не заставляет ждать подходящего спутника. Такая система уже строилась. Оставалось понять, как она появилась и каким образом несколько радиосигналов с орбиты вообще могут сообщить вам, где вы находитесь.

GPS не изобрёл один человек за один вечер. К началу семидесятых у американских военных было несколько конкурирующих проектов спутниковой навигации. Военно-морской флот развивал **Timation**. Военно-воздушные силы работали над системой 621B. Военные хотели глобальную навигацию для кораблей, самолётов и ракет. Флот хотел флотскую систему, ВВС — систему ВВС. Межвидовое взаимодействие работало примерно как общий чат жильцов, только участники делили не парковку, а космос.

В 1973 году полковник Брэдфорд Паркинсон возглавил объединённую программу. Из нескольких конкурирующих разработок его команда собрала **NAVSTAR GPS**: точные часы на орбите, кодированные радиосигналы и одновременное измерение расстояний до нескольких спутников. Первый экспериментальный аппарат запустили в 1978 году.

Каждый спутник постоянно передаёт два главных сообщения: «Я нахожусь вот здесь» и «Сигнал отправлен вот в этот момент по моим часам». Приемник ничего не посылает в ответ. Он просто слушает космическую радиостанцию и сравнивает время отправки и получения сигнала. Радиоволна движется со скоростью света, поэтому задержку можно превратить в расстояние. Спутник сообщил, что сигнал вылетел семьдесят миллисекунд назад, — значит, до него около двадцати одной тысячи километров.

Если вы точно знаете время получения сообщения, то сигнал с одного спутника оставляет вам огромную сферу возможных положений. Второй сужает выбор. Третий оставляет обычно две точки, одна из которых оказывается далеко в космосе. Если вы стоите у магазина, её можно отбросить.

Так работает **трилатерация**: положение вычисляется не по направлениям на спутники, а по расстояниям до них. Казалось бы, трёх сигналов достаточно. Нашёл пересечение трёх сфер — получил координаты.

Но вы, наверное, помните из выпуска нашего подкаста про время, что на спутниках стоят атомные часы, а в телефоне — дешёвый кварцевый генератор. Ошибка всего в одну микросекунду превращается примерно в триста метров ошибки на карте. Телефон едва заметно опоздал и немедленно отправил вас в соседний квартал.

Положить атомные часы в каждый смартфон было бы можно. Смартфон получился бы размером с научную лабораторию и стоил примерно столько же. Инженеры поступили изящнее: объявили ошибку часов ещё одной неизвестной. Приёмнику нужно найти координаты X, Y и Z, а заодно вычислить, насколько врут его собственные часы. Четыре неизвестных требуют сигналов минимум от четырёх спутников. Приёмник подбирает такую поправку времени, при которой все измеренные расстояния сходятся в одной точке. Приятный бонус - вы узнаете не только точные координаты, но и точное время.

К концу семидесятых схема была готова. Спутники знали свои орбиты, атомные часы сообщали время, а приёмник превращал сигналы из космоса в координаты.

Оставалась последняя мелочь: сделать этот приёмник достаточно маленьким и дешёвым, чтобы его мог носить обычный человек.

GPS создавали для военных, но радиосигнал невозможно выдать по удостоверению. Спутник вещает сразу на всю Землю и не знает, кто его слушает: авианосец, геодезист или человек, который забыл, где припарковал машину.

Поэтому довольно быстро появились гражданские приёмники. В 1989 году компания Magellan выпустила NAV 1000 — первый коммерческий портативный GPS. Он весил около семисот граммов и помещался в руке, если рука была готова немного пострадать.

Американские военные оставили гражданским один нюанс. В системе работал режим Selective Availability, или «избирательная доступность»: в открытый сигнал намеренно вносили ошибки. Гражданский приёмник мог промахиваться примерно на сотню метров, тогда как военные получали более точные данные.

Вы стоите возле дома, а навигатор показывает соседний двор. Для туриста терпимо. Для геодезиста обидно. Для вражеской ракеты, которая не должна была прилететь точно в цель, недостаточно точно.

Selective Availability продолжала раздражать гражданских пользователей, однако они довольно быстро научились исправлять искусственную ошибку. Для этого в точке с заранее известными координатами ставили неподвижный GPS-приёмник.

Он слушал спутники и возмущался: «Система утверждает, что я нахожусь на сорок метров восточнее. Я много лет стою на этой бетонной тумбе и совершенно с этим не согласен».

Станция передавала величину ошибки другим приёмникам поблизости. Те вычитали её из своих измерений и получали гораздо более точное положение. Так работал **дифференциальный GPS**: один неподвижный пользователь ловил спутник на вранье и предупреждал всех соседей.

Первого мая 2000 года президент Билл Клинтон распорядился отключить Selective Availability. Изменение применили сразу ко всей группировке, и гражданская точность улучшилась примерно со ста до двадцати метров, а в хороших условиях — ещё сильнее. Старые приёмники не пришлось обновлять: однажды ночью они просто стали точнее.

GPS-приемник стал неотъемлемым аксессуаром любого автомобиля. Устройства Garmin, TomTom и их многочисленные родственники прилипли к лобовым стёклам и научили водителей фразе «маршрут перестроен». Оставалась знакомая владельцам старых навигаторов проблема: после включения прибор мог несколько минут смотреть в небо и искать спутники.

Спутник передаёт служебные данные с базовой скоростью пятьдесят бит в секунду. Даже старый телефонный модем на его фоне выглядит оптоволоконной магистралью. Полная передача альманаха, приблизительных сведений обо всей группировке, занимает двенадцать с половиной минут. Если навигатор давно не включали или увезли на большое расстояние, он не знает, какие спутники сейчас должны находиться над горизонтом. Приходится перебирать сигналы и терпеливо ждать свежих данных. Это называется **холодным стартом**. Прибор не сломан — он просто загружает расписание движения спутников со скоростью хромой улитки.

Смартфоны решают эту проблему при помощи режима assisted GPS. Телефон получает примерное время, примерные координаты и сведения о доступных спутниках через сотовую сеть. Вместо того чтобы вслепую обыскивать всё небо, приёмник заранее знает, кого и где слушать. Заодно он сверяется с базовыми станциями, сетями Wi-Fi, акселерометром и гироскопом. Спутники дают абсолютную точку, датчики замечают движение, а карта подсказывает, что автомобиль, скорее всего, едет по дороге, а не сквозь жилой дом.

GPS наконец стал почти незаметным. Отдельный кирпич исчез, приёмник спрятался внутри телефона, а координаты превратились в бесплатный фон для карт, фотографий, такси и доставки еды. Военная система добралась до каждого кармана. Правда, принадлежала она по-прежнему одному государству. Остальные государства посмотрели на американский рубильник и решили запустить собственные.

Советский Союз начал строить **ГЛОНАСС** ещё во время холодной войны. Принцип тот же, что в GPS: спутники с точными часами передают время и параметры орбиты, приёмник измеряет псевдодальности и вычисляет координаты.

Орбиты ГЛОНАСС сильнее наклонены к экватору, чем орбиты GPS. Благодаря этому спутники поднимаются выше над горизонтом в северных широтах. Полярникам всё равно холодно, зато геометрия измерений получается удобнее.

После распада СССР группировка начала редеть. Спутники выходили из строя, замену запускали медленно, и глобальная система постепенно развалилась. В двухтысячных её пришлось практически собирать заново. Следующим участником клуба стала Европа, которая хотела получить собственный источник координат и точного времени, не зависящий от решений американских военных. Проект оказался общеевропейским во всех смыслах: страны долго спорили о финансировании, контрактах и местах размещения наземных центров. Космос был готов принять спутники значительно раньше, чем европейская бюрократия — окончательное решение.

Китай построил систему **BeiDou**. В отличие от GPS, ГЛОНАСС и Galileo, её группировка сочетает спутники на нескольких типах орбит. Часть аппаратов движется вокруг Земли, часть остаётся над одним районом, другие описывают на небе сложные петли. У BeiDou есть ещё одна необычная возможность: некоторые пользователи могут передавать через систему короткие сообщения. Навигационный спутник превращается в пейджер. Если корабль терпит бедствие там, где нет сотовой связи, мало узнать свои координаты — полезно ещё кому-нибудь их сообщить.

GPS, ГЛОНАСС, Galileo и BeiDou обеспечивают глобальное покрытие. Вместе их называют **GNSS** — глобальными навигационными спутниковыми системами. Полную глобальную группировку может позволить себе далеко не каждое государство. Поэтому появились региональные системы. Например, Индия развивает **NavIC**, рассчитанную прежде всего на свою территорию и окружающий регион. Япония строит **QZSS**, дополняющую GPS там, где спутники низко над горизонтом заслоняют горы и высотные здания.

Ваш телефон обычно не выбирает одну группировку из патриотических соображений. Современный приёмник может одновременно слушать американские, российские, европейские, китайские и японские спутники. Неизвестных от этого не становится двадцать или тридцать. Телефон по-прежнему ищет три координаты и ошибку собственных часов, иногда добавляя поправки на рассогласование времени разных систем. Зато измерений становится гораздо больше.

Если один спутник висит низко над горизонтом, его сигнал отражается от домов или проходит через толстый слой атмосферы, приёмник может доверять ему меньше. Чем больше доступных аппаратов, тем проще выбрать удачную геометрию, усреднить ошибки и отбросить подозрительные данные. Так появился почти идеальный навигационный сервис: несколько независимых группировок, десятки видимых спутников и избыточные измерения. Казалось, потеряться теперь можно только намеренно.

Спутниковая навигация кажется надёжной потому, что передатчики находятся на высоте десятков тысяч километров. Одновременно это её главная слабость. Пока сигнал добирается до Земли, он становится настолько слабым, что приёмник извлекает его почти из радиошума. Заглушить такой сигнал сравнительно легко. Достаточно поставить поблизости передатчик на той же частоте и начать говорить громче спутника. Приёмник поднимает лапки: «Ничего не слышу». Это называется **джаммингом**.

Есть способ изящнее — **спуфинг**. Передатчик не забивает эфир шумом, а изображает спутники и посылает убедительные ложные сигналы. Приёмник всё прекрасно слышит, решает уравнения и получает неверные координаты. Разница примерно как между человеком, который кричит вам в ухо, и прохожим, который очень уверенно показывает неправильную дорогу. В первом случае вы понимаете, что навигации нет. Во втором спокойно едете в аэропорт.

Спуфинг опаснее ещё и потому, что подделывает не только положение. Спутники передают точное время, которым пользуются базовые станции связи, энергосети, финансовые системы и промышленное оборудование. Такая система может находиться на одном месте, но начать жить на несколько микросекунд в будущем.

Проблемы с GNSS перестали быть редким курьёзом. В России помехи спутниковой навигации стали частью повседневности. В Москве, некоторых других городах, приграничных районах и рядом с охраняемыми объектами телефон может потерять координаты или перенести владельца на несколько километров. География таких зон меняется, поэтому говорить, что GPS не работает на всей территории страны, было бы преувеличением. Новая норма выглядит иначе: сигнал есть, но доверять ему нельзя.

Приложения вынуждены возвращаться к комбинированной навигации. Телефон смотрит на сотовые вышки и точки Wi-Fi, считает шаги акселерометром, замечает повороты гироскопом и сверяется с картой дорог. Потомки инерциальной системы наведения ракеты V-2 помогают курьеру донести ваш заказ до двери.

История навигации сделала полный круг. Когда-то человек смотрел на звёзды и пытался понять, что они ему сообщают. Затем мы зажгли собственные звёзды, снабдили их атомными часами и заставили говорить координатами.

Теперь эти звезды гаснут, когда это кому-то нужно.

Современный телефон слушает десятки спутников, четыре государства, сотовые вышки и точки Wi-Fi. После всех вычислений он иногда выдаёт самый древний ответ в истории навигации: «Посмотрите вокруг. Кажется, мы где-то не там».

Каждое поколение делало навигацию точнее и одновременно добавляло новый способ ошибиться. Колумб не угадал континент. Инерциальная система V2 честно складывала собственные погрешности и прилетала плюс-минус в нужный город. Мы победили туман, облака и качку, и научились строить спутники, которые перебивают другие спутники.

В следующий раз, когда навигатор предложит вам повернуть в стену, вспомните: он только что выслушал несколько государств, решил систему уравнений и всё равно заблудился.
.

Это был подкаст «До нас дошло». Этот выпуск для вас подготовили Иннокентий Солнцев и звукорежиссёр Алексей Попов.