LORAN-A

LORAN-A — это радионавигационная система дальнего действия, работающая в диапазоне низких частот (1750—1950 кГц) и предназначенная для определения местоположения морских и воздушных судов по разности времени прихода сигналов от двух или более наземных передающих станций. Система была разработана в США в начале Второй мировой войны и стала первой в мире массово используемой гиперболической радионавигационной системой. LORAN-A (сокращение от Long Range Navigation — «навигация дальнего радиуса действия») эксплуатировалась с 1942 по 1980-е годы, после чего была вытеснена более совершенными системами, включая LORAN-C и спутниковую навигацию.

История

Предпосылки и разработка

Необходимость в создании надёжной системы навигации для кораблей и самолётов, способной работать в условиях плохой видимости и вне зоны действия наземных ориентиров, стала очевидной в межвоенный период. К началу Второй мировой войны существовали радиопеленгаторы и радиомаяки, но их точность и дальность действия были ограничены. В 1940 году в США, в рамках проекта «Радионавигационная лаборатория» (Radiation Laboratory) Массачусетского технологического института (MIT), началась разработка импульсной радионавигационной системы. Руководителем проекта стал Альфред Л. Лум (Alfred L. Loomis), а ключевыми инженерами — Джон А. Пирс (John A. Pierce) и другие.

Первоначально система называлась «LRN» (Long Range Navigation), но вскоре получила аббревиатуру LORAN. Первая экспериментальная цепь станций была развёрнута на восточном побережье США в 1942 году. Уже в 1943 году LORAN-A использовалась для навигации бомбардировщиков, перегоняемых через Атлантику, и для обеспечения высадки союзников в Северной Африке.

Развёртывание в годы войны

К концу Второй мировой войны сеть LORAN-A охватывала значительную часть Атлантического и Тихого океанов. Станции были установлены в Великобритании, Исландии, Гренландии, на Алеутских островах, в Австралии и на островах Тихого океана. Система активно использовалась для противолодочной борьбы, поиска сбитых экипажей и координации конвоев. Точность определения местоположения вблизи станций составляла около 1—3 км, а на пределе дальности (до 2000 км) — 10—20 км.

Послевоенный период и эксплуатация

После войны LORAN-A стала гражданской навигационной системой. В 1950-х годах её сети были расширены в Атлантике, Средиземном море и западной части Тихого океана. В СССР в 1950-х годах была разработана аналогичная система «Чайка» (диапазон 100—200 кГц), которая по принципу действия была близка к LORAN-A, но использовала более низкие частоты. Однако в 1960-х годах на смену LORAN-A начала приходить LORAN-C (100 кГц), обеспечивавшая большую дальность (до 3000 км) и точность (до 500 м). LORAN-A продолжала эксплуатироваться в некоторых регионах (например, в Японии и на Тихом океане) до 1980-х годов. Последние станции LORAN-A были отключены в 1986 году.

Принцип работы

Гиперболический метод

LORAN-A относится к классу гиперболических радионавигационных систем. Определение местоположения основано на измерении разности времени прихода радиоимпульсов от двух синхронизированных передающих станций, расположенных на известном расстоянии друг от друга (базовой линии). Каждая пара станций (ведущая — Master и ведомая — Slave) формирует семейство гипербол на поверхности Земли. Приёмник на борту судна или самолёта измеряет задержку между импульсами от двух станций и по соответствующей гиперболе на карте определяет линию положения. Для получения точки (двумерной координаты) необходимо измерить задержки от двух или трёх пар станций.

Импульсный режим

В отличие от фазовых систем (например, DECCA), LORAN-A использовала импульсный режим излучения. Станция излучала короткие радиоимпульсы длительностью около 40 микросекунд на частоте несущей в диапазоне 1750—1950 кГц. Импульсы излучались сериями с периодом повторения (PRR — Pulse Repetition Rate), зависящим от цепи станций. Приёмник выделял импульсы, измерял временной интервал между ними и отображал его на электронно-лучевой трубке (как на осциллографе). Оператор визуально совмещал метки и считывал задержку.

Синхронизация станций

Ведущая станция (Master) излучала импульсы с фиксированным периодом. Ведомая станция (Slave) принимала сигнал ведущей и излучала свой импульс с заданной задержкой (обычно около 1000 микросекунд). Синхронизация осуществлялась с помощью кварцевых часов и автоматической подстройки. Для работы системы требовалось, чтобы станции были расположены на расстоянии не более 2000 км друг от друга.

Технические характеристики

Диапазон частот

• Рабочий диапазон: 1750—1950 кГц (низкие частоты, короткие волны).
• Длина волны: около 150—170 м.

Дальность действия

• Дневная дальность: до 1000—1500 км (наземная волна).
• Ночная дальность: до 2000—2500 км (за счёт отражения от ионосферы — пространственная волна), но с меньшей точностью из-за ионосферных искажений.

Точность

• Вблизи станций (до 500 км): 1—3 км.
• На пределе дальности (1500—2000 км): 10—20 км.
• Средняя точность: 5—10 км при благоприятных условиях.

Передатчики

• Мощность: от 100 кВт до 1 МВт (импульсная мощность).
• Антенны: мачтовые высотой 100—200 м, часто с ёмкостной нагрузкой.

Применение

Военное применение

• Морская навигация: определение координат кораблей в Атлантике, Тихом океане, Средиземном море.
• Авиация: навигация бомбардировщиков (B-17, B-24, B-29) при перелётах через океан и при бомбардировках.
• Противолодочная оборона: поиск подводных лодок и наведение на них.
• Поисково-спасательные операции: координация поиска сбитых экипажей.

Гражданское применение

• Рыболовные суда: определение мест промысла в открытом океане.
• Торговый флот: навигация в прибрежных зонах и на океанских трассах.
• Гидрография: проведение съёмок и картографирование.
• Научные экспедиции: обеспечение навигации в труднодоступных районах.

Ограничения и недостатки

• Зависимость от ионосферы: ночью точность снижалась из-за многолучевого распространения сигнала.
• Ограниченная зона покрытия: система работала только в радиусе 2000 км от станций.
• Необходимость визуального считывания: оператор должен был вручную совмещать метки на экране, что требовало навыков и внимания.
• Уязвимость к помехам: импульсный сигнал мог быть подавлен радиопомехами или намеренными помехами.
• Отсутствие глобального покрытия: в отличие от спутниковых систем, LORAN-A не охватывала всю планету.

Историческое значение

LORAN-A стала первой в мире широко развёрнутой радионавигационной системой дальнего действия. Она доказала эффективность импульсного метода и заложила основы для последующих систем — LORAN-C, «Чайка» и спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС). Опыт эксплуатации LORAN-A позволил разработать методы коррекции ионосферных ошибок и синхронизации станций. Система сыграла ключевую роль в обеспечении безопасности мореплавания и авиации в середине XX века.

См. также

• LORAN-C
• Радионавигация
• Гиперболическая навигация
• Спутниковая навигация

Источники

• Pierce, J. A. (1946). The LORAN System. Proceedings of the IRE, 34(5), 287—296.
• Blanchard, W. F. (1991). The Genesis of LORAN. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 6(12), 3—7.
• Федеральное агентство морского и речного транспорта РФ. История радионавигации. — М.: Транспорт, 2005.
• The LORAN-A System: Technical Description. U.S. Coast Guard, 1952.
• Radar and Navigation Systems. MIT Radiation Laboratory Series, Vol. 20. — New York: McGraw-Hill, 1948.