Кіріспе
Ұшақтарға арналған алғашқы жаһандық радио навигациялық жүйе OMEGA – АҚШ-тың алты әріптес елмен бірлесіп іске қосқан алғашқы жаһандық радионавигациялық жүйе. Бұл гиперболалық навигациялық жүйе кемелер мен ұшақтарға 10–14 кГц жиілік диапазонындағы өте төмен жиілікті (VLF) радиосигналдарды қабылдау арқылы өз орналасқан жерін анықтауға мүмкіндік берді. Жүйе шамамен 1971 жылы қолданысқа енгізілді және 1997 жылы Ғарыштық орналасу жүйесінің (Global Positioning System) пайдасына тоқтатылды.
OMEGA was the first global range radio navigation system, operated by the United States in cooperation with six partner nations. It was a hyperbolic navigation system, enabling ships and aircraft to determine their position by receiving very low frequency (VLF) radio signals in the range 10 to 14 kHz, transmitted by a global network of eight fixed terrestrial radio beacons, using a navigation receiver unit. It became operational around 1971 and was shut down in 1997 in favour of the Global Positioning System.
Бұрынғы жүйелер
Кез келген навигациялық жүйеде "позицияны анықтау" үшін екі өлшемді анықтау қажет. Әдетте, бұл өлшемдер тұрақты нысандарға қатысты алынады, мысалы, көзге көрінетін ландшафттық белгілерге немесе радио тарату мұнараларының белгілі орнына. Екі мұндай нысанға дейінгі бұрышты өлшеу арқылы навигатордың орнын анықтауға болады. Сонымен қатар, бір нысанға немесе екі нысанға дейінгі бұрыш пен қашықтықты өлшеуге болады. 20 ғасырда радио жүйелерінің енгізілуі өлшемдерді жүргізуге болатын қашықтықты күрт арттырды. Мұндай жүйе өлшемдерде әлдеқайда жоғары дәлдікті де талап етеді – бірнеше шақырым қашықтықтағы маякқа позицияны анықтағанда бір градус бұрыш қатесі қабылдана бермейтін болса, 300 шақырым (483 км) қашықтықтағы радиостанцияда қолданғанда тиімсіз болар еді. Салыстырмалы түрде кіші бұрыштық қателіктерді түзету үшін әртүрлі әдістер әзірленді, бірақ тіпті олар көбінесе қысқа қашықтықтағы жүйелер үшін ғана пайдалы болды. Бастапқы радио жүйелерін жұмыс істеуге мүмкіндік берген электроника өте дәл уақыт кешігуін өлшеуді және осылайша өте дәл қашықтықты өлшеуді енгізуге мүмкіндік берді. Мәселе – хабардың қашан жіберілгенін білуде еді. Радарда бұл оңай болды, өйткені хабарды таратушы мен қабылдағыш әдетте бір жерде орналасқан. Сигналды жіберу мен эхоны қабылдау арасындағы кешігуді өлшеу дәл қашықтықты анықтауға мүмкіндік берді. Басқа мақсаттар үшін, мысалы, әуе навигациясы үшін қабылдағыш сигналдың берілген уақытын нақты білуі керек еді. Бұл сол кездегі электрониканы пайдалану арқылы көбінесе мүмкін емес еді. Оның орнына, екі станция белгілі бір кешігумен жіберілген екі сигналдың бірін екінші сигналдың бастауы ретінде пайдаланып синхрондалды. Екі сигналдың арасындағы өлшенген кешігуді белгілі кешігумен салыстыра отырып, ұшақтың орны кеңістікте қисық сызық бойында екені анықталды. Мұндай екі өлшеуді алысқа орналасқан станциялармен жасағанда, алынған сызықтар екі нүктеде қиылысады. Бұл нүктелер әдетте дәстүрлі навигациялық жүйелерге, мысалы, инерциялық навигацияға, дұрыс емес позиция шешімін жоюға мүмкіндік беру үшін жеткілікті қашықтықта болатын. Гиперболалық навигациялық жүйелердің алғашқылары – Ұлыбританияның Gee және Decca жүйелері, содан кейін АҚШ-тың LORAN және LORAN C жүйелері болды. LORAN C жүйесі әлемдегі станциялардың тізбектерін орналастыру арқылы кең аумақты қамтуды ұсынды.
Атомдық сағаттар
Гиперболалық жүйенің жұмыс істеуінің кілті – "басты" сигналды тарату үшін бір таратушыны пайдалану болды, оны "екіншілік" станциялар өздерінің іске қосу сигналы ретінде қолданды. Бұл жүйенің жұмыс істей алатын максималды қашықтығын шектеді. Өте жақын қашықтықта, ондаған шақырымда, іске қосу сигналын сымдар арқылы беруге болады. Ал ұзақ қашықтықта, ауа арқылы сигнал беру тиімдірек болды, бірақ барлық мұндай жүйелердің де қашықтық бойынша белгілі бір шектеулері болды. Ұзақ толқындық технологияларды (төмен жиіліктерді) қолдану арқылы өте ұзақ қашықтықта радиосигнал беруге болады, бұл бүкіл планеталық гиперболалық жүйені құруға мүмкіндік береді. Дегенмен, осындай қашықтықта радиосигналдар тура сызықпен емес, Жердің үстіндегі ионосфера деп аталатын аймақтардан шағылысады. Орта жиіліктерде сигнал көкжиектің артына "бұрылып" немесе сындырылғандай көрінеді. Ал төменгі жиіліктерде, VLF және ELF, сигнал ионосфера мен жер бетінен шағылысып, бірнеше "секіріс" арқылы үлкен қашықтыққа жетеді. Бірақ, мұндай сигналдарды пайдаланып бірнеше станцияны синхрондау өте қиын, себебі сигнал әртүрлі секірістердің соңында әртүрлі бағыттардан бірнеше рет қабылдануы мүмкін. 1950 жылдары атомдық сағаттардың пайда болуымен алыс станцияларды синхрондау мәселесі шешілді, ал 1960 жылдары олар портативті түрде коммерциялық қолжетімділікке ие болды. Сағаттың түріне байланысты, мысалы, рубидий, цезий, сутек, олардың дәлдігі 1010-нан 1 бөліктен 1012-дан артық 1 бөлікке дейін немесе 30 миллион жылда шамамен 1 секундқа дейін ауытқуды құрады. Бұл негізгі/қосалқы станциялар қолданатын уақыт жүйесінен әлдеқайда дәл. Сол кезде Loran C және Decca Navigator жүйелері орташа қашықтықтағы навигацияда басымдыққа ие болды, ал қысқа қашықтықта VOR және DME жақсы қызмет көрсетті. Сағаттардың жоғары құны, қажеттіліктің болмауы және ұзақ толқындық жүйенің шектеулі дәлдігі көптеген жағдайларда мұндай жүйенің қажеттілігін жойды. Алайда, АҚШ Әскери-теңіз күштеріне осындай жүйеге ерекше қажеттілік болды, себебі олар TRANSIT спутниктік навигациялық жүйесін енгізу процесінде болды. TRANSIT планетаның кез келген нүктесінде орналасқан жерді өлшеуге мүмкіндік береді, бұл инерциялық навигациялық жүйе (ИНС) үшін анықтамалық нүкте ретінде қолдануға жеткілікті дәлдікпен қамтамасыз етеді. Периодтық түзетулер ИНС-ті қайта бағдарлайды, содан кейін оны ұзақ уақыт бойы және қашықтықта навигация үшін пайдалануға болады. Көптеген жағдайларда TRANSIT кез келген өлшемдер үшін орбиталық жолдың екі жағында орналасқан екі мүмкін орналасқан жерді анықтайды деп есептелді. Өлшем тасымалдаушы жиіліктің Допплер эффектісіне негізделгендіктен, Жердің айналуы осы айырмашылықты анықтауға жеткілікті. Жер бетінің экватордағы жылдамдығы секундына 460 метрге жетеді, шамамен сағатына 1000 миль.
ОМЕГА
Омега 1968 жылы сегіз таратушымен және позицияны анықтау кезінде 4 миль (6 км) дәлдікке қол жеткізу мүмкіндігімен әзірленді. Әрбір Омега станциясы үш өте төмен жиілікті (VLF) сигналды (10,2 кГц, 13,6 кГц, 11,333 кГц) және сегіз станцияның әрқайсысына тән төртінші жиілікті таратты. Әрбір импульстің ұзақтығы (әр импульс арасындағы 0,9 – 1,2 секунд, 0,2 секунд үзіліспен) белгілі бір үлгіде өзгеретін және он секунд сайын қайталанатын; 10 секундтық үлгі барлық 8 станция үшін ортақ болды және тасымалдаушы фаза бұрышымен синхрондалды, ол өзі атомдық сағатпен синхрондалды. Әрбір 10 секундтық топтағы импульстер сол кездегі Омега басылымдарындағы әліпбидің алғашқы 8 әрпімен белгіленді. Жеке импульстердің амплитудасы қабылдағыштың 10 секундтық үлгідегі ішкі уақытын анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Дегенмен, жіберушіден қабылдаушыға сигналдың өту уақытын анықтау үшін әрбір импульс ішіндегі қабылданған сигналдың фазасы пайдаланылды. Гиперболалық геометрия және радионавигация принциптерін қолдану арқылы, күнінің кез келген уақытында бүкіл әлемде дәлдігі шамамен бір дюйм болатын позицияны анықтау мүмкін болды. Омега гиперболалық радионавигация техникаларын қолданды және тізбек 10 және 14 кГц аралығындағы спектрдің VLF бөлігінде жұмыс істеді. 26 жылдық қызмет мерзімі аяқталғанда, Омега негізінен азаматтық қолдануға арналған жүйеге айналды. Үш станциядан сигналдарды қабылдау арқылы Омега қабылдағышы сигналдардың фазалық салыстыру принципін қолданып, позицияны анықтай алатын. Омега станциялары өте төмен жиілікте (VLF) тарату үшін өте кең антенналарды пайдаланды. Бұл себебі толқын ұзындығы жиілікке кері пропорционал (толқын ұзындығы метрмен = 299,792,458 / жиілік Гц), және антенна ұзындығы толқын ұзындығының 1/4 бөлігінен кем болса, таратушының тиімділігі күрт төмендейді. Олар жерге тірелген немесе оқшауланған тіреу мачталарын шатыр антенналарымен немесе аңғарлар мен фьордтар арқылы созылған сымдарды қолданды. Кейбір Омега антенналары тұрған немесе әлі де тұрған континенттегі ең биік құрылыстардың бірі болды. 1971 жылы сегіз станцияның алтауы жұмыс істей бастағанда, күнделікті операцияларды Аргентина, Норвегия, Либерия және Франциямен серіктестікте АҚШ Жағалау күзеті басқарды. Жапондық және австралиялық станциялар бірнеше жылдан кейін іске қосылды. Жағалау күзетінің қызметкерлері АҚШ-тың екі станциясын басқарды: біреуі ЛаМурде (Солтүстік Дакота), екіншісі Канеохеде (Гавайи, Оаху аралында). Глобалдық позициялау жүйесінің табысымен Омеганың қолданылуы 1990 жылдары азайды, нәтижесінде Омеганы пайдалану шығындары ақталуын тоқтатты. Омега 1997 жылдың 30 қыркүйегінде толығымен тоқтатылды. Біраз уақыттан кейін бірнеше мұнаралар бұзылды. Кейбір станциялар, мысалы, ЛаМур станциясы, қазір су асты байланысы үшін қолданылады.
Сот ісі
1976 жылы Лондонның Decca Navigator компаниясы патенттік құқық бұзушылықтар бойынша АҚШ үкіметін сотқа шақырды, Омега жүйесінің 1954 жылы АҚШ-қа таныстырылған DELRAC, Decca Long Range Area Coverage деп аталған бұрынғы Decca жүйесіне негізделгенін мәлімдеді. Decca компаниясы Омега жүйесінің бастапқыда DELRAC/Omega деп аталғанын көрсететін АҚШ-тың түпнұсқа құжаттарын ұсынды. Decca компаниясы сотты жеңіп, 44 миллион доллар көлемінде өтемақы алды. Decca бұрын 1967 жылы АҚШ үкіметін LORAN C жүйесіне қатысты патенттік құқық бұзушылықтары үшін сотқа берген еді. Decca сол істі де жеңіп алды, бірақ LORAN C навигациялық жүйесі коммерциялық қолданысқа жарамайтын әскери жүйе деп танылғандықтан, АҚШ ешқандай зиян өтемақы төлемеді.
Каноэ Омега хабар таратушысы
Kaneohe Omega Transmitter (C станциясы) – АҚШ Жағаралық күзет қызметі басқаратын екі станцияның бірі. 1943 жылы суасты кемелерімен байланыс үшін Төмен жиілікті (VLF) таратушы ретінде іске қосылды. Антеннасы Хайку аңғары арқылы созылған сымды құрылым болды. 1960 жылдардың соңында ол OMEGA таратушысына түрлендірілді.
Ла Моур Омега таратушысы
Ла-Моур Омега таратушысы (D станциясы) АҚШ-тың Солтүстік Дакота штатындағы Ла-Моур қаласының жанында орналасқан) – АҚШ сақшылық қызметі басқаратын екінші станция. Ол антенна ретінде пайдаланылған, жерден оқшауланған 365,25 метрлік тіреуіш мачтадан тұрды. OMEGA станциясы жабылғаннан кейін, бұл станция NRTF LaMoure болып қайта жарақтандырылды, ол VLF су асты байланыс орталығына айналды.
Chabrier Omega хабар таратушысы
Шабрье Омега таратушысы (станция E) Үнді мұхитындағы Реюньон аралындағы Шабрье қаласының жанында, 428 метрлік жерге тіреулі, сымды мачтаға орнатылған «зонтик» антеннасын пайдаланды. Мачта 1999 жылдың 14 сәуірінде жарылғыш заттармен жойылды.
Омега-трансмитер
F станциясы, Трелев, Аргентина. 1998 жылы қиратылған.
Woodside Omega хабар таратушысы
G станциясы, Вудсайд қаласының жанында, Виктория штаты. 1997 жылы Омега сигналдарын тарату тоқтатылды, кейін суасты байланыс мұнарасы ретінде пайдаланылды және 2015 жылы бұзылып жатыр.
Омега мұнарасы, Цусима
Шуши Ван Омега таратушысы (H станциясы) Цусима аралындағы Шуши Ван жанында орналасқан. Оның антеннасы ретінде жерге оқшауланған 389 метрлік түтікше болат масты пайдаланған. 1973 жылы салынған бұл мачта Жапониядағы ең биік құрылым (немесе ең биік түтікше болат мачта) болды және 1998 жылы кран арқылы бұзылды. Бұрынғы орнында мачтаның негізі (оқшаулағышсыз) және бір бөлігінен тұратын, шамамен 8 метрлік ескерткіш салынды. Ал бұрынғы спиральді ғимараттың орнында қазір ойын алаңы бар.
OMEGA сынақ орындары
Тоғыз жұмыс істейтін Омега мұнараларынан өзге, Нью-Йорк штатындағы Форстпорттағы мұнара жүйенің бастапқы сынағына қолданылды.
Мәдени маңызы
Кейбір OMEGA станцияларының мұнаралары сол елдегі, кейде тіпті сол континенттегі ең биік құрылыстар болды. Неміс ғылыми-фантастикалық романы "Der Komet" (http://www.averdo.de/produkt/72105959/lutz-harald-der-komet/) Жерге шабуылдау қаупі төнген үлкен кометаға қарсы Либериядағы Пайнсвиллдегі тасталған OMEGA тарату орнының аумағындағы 51-аймақта жасалған технологиямен қорғанылады, ол қажетті төмен жиілікті электромагниттік өріспен қамтамасыз етеді. "Нағыз детектив" сериалының 2-маусымының финалы "Омега станциясы" деп аталады. Netflix сериалы "Gamera Rebirth" сериясының 3-бөлімі шартты түрде Цусима OMEGA станциясында өтеді.