Про GPS

Тут меня спросили по прошлому посту на ФБ: «А что, GPS — это система Минобороны США?»

Да, это военная система, сделанная кровавой американской военщиной. Чтоб лучше убивать мирных тружеников и бомбить детские больницы, солдатам НАТО нихуево бы знать, где они вообще находятся. А юзать бумажные контурные карты, да ещё посреди пустыни и в бурю — это такое себе развлечение.

Намного проще посмотреть на экранчик небольшого девайса, за секунду узнать свои точные координаты и вызвать вертолеты для позорного бегства, или ракетно-бомбовый удар по ближайшим позициям борцов за свободу и суверенную внешнюю политику, правда ведь? Да.

Поэтому система GPS и была разработана по заказу военных, и до сих пор им принадлежит. И получилось-то система охуенная прям!

Как и всё гениальное, система GPS проста до визга в своей теории, но крайне сложна и ювелирно исполнена на практике. Потому как на практике лучше не вижжать.

Фактически, спутник GPS делает то же самое, что и Первый искусственный спутник Земли, запущенный СССР в 1957 году. Он летает по орбите и пищит на определённой частоте. Ну, не просто пищит, а передаёт цифровые пакеты, в которых содержится его радиальная позиция на орбите и точное время передачи сигнала. А чтоб сигналы разных спутников не путались, ещё и псевдослучайный код, сгенерированный по заранее установленному зерну (не забивайте себе голову этой криптохуйней, читайте дальше).

На Земле же находится приёмник, который эти писки с орбиты принимает, что характерно. Но так как спутники летают высоко, а радиосигнал распространяется вовсе не мгновенно, а с конечной скоростью света, то от разных спутников (а их аж 32 штуки) сигналы приходят с разной задержкой. Из этих задержек можно вычислить длину лучей до каждого из пойманных спутников. А зная их орбиты, по переданной радиальной позиции на этой орбите, можно вычислить ещё и углы этих лучей. Далее задача вычисления географической позиции приёмника сводится уже к банальной геометрической триангуляции (правда, обратной).

Сигналов от трёх спутников в целом достаточно для определения координат нормали к геоиду, а если сигналов больше (4-6), то и высоты над поверхностью геоида тоже. Поэтому для качественного позиционирования нехудо бы стабильно словить 6 спутников, а ещё и аналитически отсечь искажения. Всё-таки у Земли есть ионосфера и атмосфера, которая вносит помехи и отражения в сигналы.

Вот! Очень просто, да!

Не совсем. Во-первых, нам нужны охуенно точные атомные часы на спутнике, потому что скорость света хоть и конечна, но крайне высока, а точность позиционирования мы хотим в несколько метров. Поэтому нам придётся ковыряться в далеких знаках после запятой, и хотелось бы, чтоб эти знаки были достаточно точными.

Ну, ничо! Мы научились делать очень точные атомные часы, которым категорически похуй на всё: на вакуум, на перепады температур, на внешнюю радиацию. Стоят они дохуя, факт, но что ж тут поделаешь? Суем их в спутник.

Во-вторых, нам нужно пиздец как точно знать положение каждого спутника на орбите. И вот тут уже начинается реальный замес.

Космические орбиты вокруг Земли — это вовсе не окружности, как некоторые обыватели себе представляют, а очень даже эллипсы. Дядя Кепплер это с блеском доказал в своё время. А окружность — это лишь частных случай эллипса, когда у него полуоси равны. То есть, произвольная орбита спутника к окружности вовсе не стремится, а как раз даже наоборот — норовит стать эллипсом, что ебано усложняет вычисления позиции приёмника. И что самое подлое, стремится стать не каким-то постоянным эллипсом, а ещё и менять свои полуоси со временем.

Как я уже много раз говорил: Земля — это почти идеальный шар. И если уменьшить Землю до размеров бильярдного шара, то даже самый чувствительный слепой не нащупает на ней ни Гималаев, ни Марианской впадины, ни сплюснутость с полюсов. И да! Земля НЕ имеет форму геоида!!! Забудьте эту хуйню навсегда. Это геоид имеет форму Земли. Таково его словарное определение. Однако же Земля действительно нихуя не шар.

Но геометрическая форма Земли ещё и не совпадает с формой её гравитационного поля. Только вот бляць не надо постить эти кривулины, где Земля похожа на сухофрукт. Не совпадает она совсем чуточку. Земля просто неоднородна, в ней есть более плотные и менее плотные области. А потому сила притяжения над Землей не везде постоянна и эквипотенциальная поверхность гравитационного поля Земли не совпадает ни с идеальной сферой, ни с материальным геоидом.

Кароч, все эти трагические обстоятельства и отвратительные несовершенства превращают космические орбиты над Землей не в идеально ровные автобаны с зеркальной поверхностью, а добавляют в эту картину легкие колдоебины. Помимо Земли, на спутник влияют ещё и другие тела, например Солнце и Луна. Но вообще-то все космические тела Вселенной сразу, потому что вот такова природа гравитации.

А также на орбиту спутника влияет солнечный ветер. Ведь спутник всегда повернут к Солнцу своими фотопанелями, как парусом (кроме как во время прохода через тень Земли). Ну хуле, иначе не будет на спутнике электричества, и работать он перестанет.

Все эти факторы на длинном промежутке времени искривляют орбиту любого аппарата и потихонечку роняют его обратно на Землю. Он теряет скорость движения по орбите, его потенциальная энергия воруется Землей, солнечными частицами и другими гравитирующих массами, и по всем понятиям ньютоновской механики он медленно падает обратно на поверхность. Центр тяжести системы «спутник-Земля» драматически дрейфует к центру Земли. Дайте лишь срок, вся хуйня, что мы напуляли по орбитам вокруг нашей планеты, упадёт обратно на её поверхность. Кроме той, что мы запулили со второй космической скоростью и выше (но и у неё есть ненулевые шансы, кстати).

Спутники GPS летают по круговым орбитам на высоте в 20200 км от поверхности Земли. Вовсе не на геостационаре, как некоторые думают. Потому что геостационарные орбиты возможны только строго над экватором. А потому геопозиционирование будет тогда точнее всего на экваторе, но чем дальше от него, тем хуже. А так уж вышло, что на земном экваторе живет не так-то и много народу. Вообще в целом суши на экваторе так-то очень маловато, если вы внимательно посмотрите на карту мира.

Да и все войны ведутся в основном севернее экватора, поэтому спутники GPS запиздярили с наклонением в 55 градусов, чтоб уверенно покрыть все страны, где хуево с демократией. Надо отметить, что и выше 55 параллели GPS тоже нормально ловит и позиционирует, проблемы начинаются только ближе к полюсам. Но в той зоне воевать не с кем, там только колониальная Россия, которая хоть и бесит порой, но в целом лояльна и вторжения НАТО не требует.

Ну так вот: поддержание стабильной орбиты и точная телеметрия движения спутников GPS по небесной сфере — это и есть самая охуевшая проблема, которая делает систему реально дорогой. Это намного дороже и сложнее сраных атомных часов.

Поэтому у каждого спутника GPS есть гидразиновая двигательная установка, с помощью которой он периодически корректирует орбиту. Но опять же, периодически. Постоянно поддерживать идеально круговую орбиту с высотой в 20200км невозможно, а потому есть наземные базовые станции GPS, которым спутник сообщает, насколько он проебался от идеального круга в данный конкретный момент, и потом эти станции вносят коррективы в работу промышленных GPS-приемников через интернет. Нет, не в ваших мобильных телефонах, а во взрослых геодезических GPS-теодолитах.

Собственно, срок службы спутников GPS пропорционален запасу гидразина в баках. Ну, а также ещё и деградации солнечных панелей и электроники из-за солнечной же радиации, но гидразин кончается быстрее. Ведь нужно оставить ещё запас дельта-V на погребальные импульсы, чтоб вывести старый спутник из группировки, понизить его перигей, чтоб он затормозился об атмосферу и планово уебался в океан.

Да, спутники GPS большие и тяжелые, порядка 4 тонн. Они сгорают в атмосфере, но не целиком. В них есть некоторые твёрдые и острые хуевины, которые потенциально могут уебать внахуй отдельных жителей Земли, ведь втыкаются они в Землю на порядок быстрее любой ебучей пули за счёт своего высокого аэродинамического качества. Поэтому их топят в Тихом океане несколько восточнее Острова Рождества, где запчасти ебашат разве что зазевавшихся и очень невезучих тунцов.

Срок службы спутников GPS ранее был 5 лет, а теперь уже 15 лет. Почему же в них используют гидразин?

Да бляць, потому что это идеальное ракетное топливо для небольших периодических корректировок орбит. Оно жидкое и однокомпонентное, то есть — не требует окислителя, типа всякого противного жидкого кислорода, который так и норовит выкипеть в космосе. Гидразин плюётся через катализатор, превращается в относительно горячий газ и даёт реактивную струю, хуле надо ещё? И может храниться в баке тупо годами. А вот как раз длительное хранение топлива — это и есть одна из серьезнейших проблем дальней космонавтики, в том числе и полётов на Марс. Криогенное топливо (то бишь, охлажденные газы — кислород, водород, метан) ебано выкипают со временем. А гидразину же похуй (но не совсем). Другое дело, что гидразин охуенно ядовитый, и ронять его в земную атмосферу на голову избирателям тоже как бы не стоит.

Бывший глава Роскосмоса — Владимир Поповкин — помер, надышавшись парами гидразина на месте аварии ракеты «Протон-М». В ужасных мучениях, между прочим. Постарайтесь не дышать гидразином никогда.

Итак, мы тут уже битый час пиздим про передатчики сигнала геопозиционирования. А что же приемники? А вооооооот бляць! В этом же и кроется гениальность системы. Спутники-передатчики и наземная инфраструктура управления и корректировки берут на себя 99.999999% работы, а приёмник может быть ебано тупой, как пень в иркутской тайге.

Ему нужно хранить очень небольшую базу данных (фазовые углы конкретных орбит, зерно псевдорандома) и уметь решать примитивную систему линейных уравнений, не более! Для этого не нужен полноценный математической процессор, достаточно ASIC. Примерно такого же, что считает хеши для блокчейна биткоина, но даже значительно проще архитектурно. Короче, это просто маленький и довольно дохленький чип с антеннкой и АЦП. И жрет он совсем мало, а потому его можно даже с довольно уебищной пальчиковой батарейкой смело брать в бой.

Приёмник сигнала GPS совершенно нихуя не передаёт и не требует подключения к интернету (в бытовой версии). Поэтому и жрет минимум мощности. Сигнал спутников GPS распространяется широковещательно по всей бляць ебаной Земле. Его нужно лишь поймать и интерпретировать в географические координаты путём несложного преобразования.

Если это не охуенно, то ты мне скажи: а что охуенно-то? А я тебе отвечу: нет, это охуенно, а все твои примеры — говно.

Сырой сигнал GPS даёт нам точность в несколько метров, что для ракетной атаки и стрельбы дальнобойной ствольной артиллерии по отважным воинам свободы и Аллаха в целом норм, но для гражданских целей типа геодезии и сложной инженерии — мало.

Однако, спутниковый сигнал у нас ламинарный, а потому подвержен лоренцову распределению. И развернув не один приёмник, а позиционированный кластер мы можем матстат методами повысить точность позиционирования, а если запросим ещё и корректировки у наземных станций, то выйдем на точность с 1-2см относительно геоида, что пиздец так-то очень круто. Это вполне подходит для строительства супертоннелей и мегамостов, а также их эксплуатации (что важнее) и учета подвижек грунта и конструктива, а также работы демпферных соединений. Без чего ваш мегамост, типа моста через залив Ханчжоувань из Шанхая в Нинбо тупо нахуй развалится за параметрическое время, как говорят криптаны.

Но хитрая американская военная машина пошла ещё дальше!

Вашингтонские ястребы сказали: нахуя нам разрабатывать специальные чипы для военных полевых геолокаторов, если мы можем просто отдать технологию обработки сигнала GPS частникам? И пускай они ебашат GPS-чипы для быдла, ведь быдлу тоже геопозиционирование пригодится, но зато и запилят мегадешевые чипы и для наших отважных ребят из US Marine Corps!

Бляць, и ведь так оно и случилось! За счёт массового спроса, стоимость НИОКР для разработки всего обширного реестра GPS-чипов размазалась на миллиарды изделий, и теперь достаточно толковый чип геопозиционирования стоит пятак за мешок и даже реально продаётся на вес (а не по количеству) на шеньчженьском радиорынке. Более пиздатый и точный стоит несколько долларов. Хотя если бы эти чипы заказывали только военные, они стоили бы как крыло от Боинга каждый.

Более того, чипы под ГЛОНАСС и БейДоу стоят ровно столько же, потому что это точно такие же чипы. Ведь системы эти принципиально по математической логике никак от GPS не отличаются, и требуют лишь расширения базы данных. Геочип так-то и не понимает даже, ловит он GPS, ГЛОНАСС или БейДоу, хуле. У него есть вход, он его интерпретирует, откуда этот вход поймался — не его ума вопрос.

И мерзкие натовцы это делают очень часто: берут военные технологии и закидывают в гражданку, чтоб получить на выходе снижение себестоимости за счёт массового спроса. Самый вопиющий тут пример — это, конечно же, интернет, в котором вы сейчас читаете этот текст. Ведь его основа — система динамической маршрутизации цифровых пакетов, которая при обрыве отдельных линий или уничтожении узлов, должна обеспечивать связь между штабами тактического командования. И она, кстати, обеспечивает, балансирует трафик и переключает маршруты, но вы даже этого и не замечаете. Вот такая охуенная система, высокоразвитая технология, неотличимая от магии почти.

Но чтоб это всё хозяйство заработало и не стоило пиздец дохуя за каждый девайс, нужен массовый потребитель. Нужен Вася, который хочет угорать с Милохина в ТикТоке и гонять на рыбалку по ебеням на своём жыпе с навигатором. Так и где же все эти ваши гениальные инженеры и высокотехнологичные производства без этого Васи? Без восьми миллиардов этих Вась, если быть точным. Да-да, в жопе.

Ну, а если же цена космических технологий так высока, что Вася вынужден срать в дырку в дощатом полу над вонючей ямой, а о продукте может узнать лишь из газет, которыми жопу подтирает, то у вашей хайтек-промышленности нет пути.

Вы проебали на старте, можете не продолжать.