Справедливость баллистической теории в радиолокации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Справедливость баллистической теории в радиолокации

С. Семиков

Люди, впервые узнавшие о Баллистической Теории Ритца (БТР) и баллистическом принципе сложения скорости света C со скоростью V его источника (рис. 1), обычно пора-жаются, как можно вместо этого классического правила применять в расчётах нелепый по-стулат специальной теории относительности (СТО) о независимости скорости света? Не до-пуская, что физики могут ошибаться, многие начинают верить, что повседневный опыт под-тверждает СТО. Ведь в наше время высоких технологий и прецизионных измерений, каза-лось бы, нельзя проморгать зависимость скорости света от движения источника. Так, пола-гают, что лазерные дальномеры (лидары), радиолокаторы (радары), работа которых основана на измерении времени движения электромагнитных сигналов, заметно б ошибались, влияй движение источника на скорость света. Но эти приборы работают, точно выдавая расстояния до объектов. Поэтому считают, будто СТО оправдывается, а БТР отвергается. В пример часто ставят глобальную навигационную систему (GPS и её отечественный аналог, ГЛОНАСС), модули для пользования которой ныне встраивают не только в портативные навигаторы, но и в мобильники. Надёжная работа этой системы, основанной на радиолокации и постоянстве скорости света, якобы опровергает баллистическую теорию. На деле же локационные замеры мало того, что не противоречат БТР, они подтверждают эту стройную теорию, отрицая СТО!

Прежде всего, поправки, вносимые зависимостью скорости света от скорости источни-ка, обычно крайне малы. Метод радиолокации основан на измерении времени T движения электромагнитного сигнала от источника к приёмнику (или туда и обратно при отражении сигнала по принципу эхо, откликающегося с задержкой T после ауканья). Зная скорость све-та C, легко найти расстояние до объекта L=CT (или L=CT/2, если сигнал идёт туда и обратно, затрачивая двойное время). Вопреки русской пословице, в СТО считают, что независимо от того, как движется аукающий радиоизлучатель относительно объекта, тот всегда откликается одинаково, спустя время задержки T=L/C. А в БТР, если источник движется к приёмнику и сообщает свою скорость V сигналу, то время задержки снизится, так как скорость света станет C'=C+V, а расстояние найдётся как L'=(C+V)T. Разница значений по БТР и СТО составит Д=L'-L=VT=LV/C. А раз скорость света огромна (C=3*108 м/с), то даже для сверхзвукового самолёта с V~300 м/с на дистанции в 10 км погрешность определения расстояния до земли или другого самолёта будет Д=LV/C=0,01 м=1 см, что на порядки превышает размеры объектов локации и погрешности метода. Поэтому выявить расхождение между БТР и СТО можно лишь в космосе, на астрономических расстояниях L и при космических скоростях V.

Радиолокационные нестыковки и впрямь были открыты, скажем у аппаратов "Пионер", радарные оценки расстояний до которых сильно расходятся с теоретическими. Ряд аварий космических аппаратов, например отечественных "Фобосов", как полагают, тоже вызван ошибками навигации от применения СТО [1]. Подобные нестыковки были обнаружены ещё полвека назад при радиолокации Венеры. Учёные неизменно выявляли расхождения между известными из астрономии положениями Венеры и показаниями радаров. Ошибки носили систематический характер и на порядки превышали погрешность радарных методов. Поскольку отражённый Венерой сигнал добавочно получал скорость планеты (ставшей при переизлучении новым источником), сигнал приходил раньше теоретически ожидаемого в моменты приближения, и позже - в моменты удаления планеты (рис. 2). Но вместо того, чтобы искать причины нестыковок, начальники разрубили гордиев узел, формально сдвинув Венеру на 700 километров вперёд по орбите, не заметив, что нужную поправку внесла бы зависимость скорости радиосигнала от движения Венеры [1]. Ошибки возникали и при замерах радарными станциями, расположенными на разных сторонах Земли. баллистический ритц радар

Расстояния до Венеры, одновременно измеренные станциями в СССР и США, систематически различались, ибо одни станции от суточного вращения Земли двигались к Венере, а расположенные на другом конце Земли - удалялись, сообщая свою скорость радиосигналу (рис. 3). Как показал Брайан Уоллес, эти расхождения между данными станций исчезают, если пользоваться классической формулой сложения скорости света и источника (БТР), отвергнув постулат постоянства скорости света (СТО) [2, 3].

Однако вскоре данные радиолокационных замеров были засекречены, что привело Уоллеса к мысли, что США осознали справедливость баллистического закона (рис. 1), засекретив его с целью дальнейшего применения в "звёздных войнах" [4].

Тут и всплывает тема GPS, поскольку эта Глобальная Позиционная Система, как из-вестно, была разработана военным ведомством США именно для "звёздных войн", но потом нашла мирное применение. Система GPS тоже работает по методу радиолокации с наземных станций слежения и группы искусственных спутников (числом до 24-х, образующих навига-ционную сеть, которая словно клубок опутывает всю Землю, рис. 4). GPS-модуль, встроен-ный в мобильное устройство принимает радиосигналы, посланные несколькими спутниками. В этих сигналах закодирована информация о положении каждого спутника (отслеживаемом станциями), а также время излучения сигнала, заданное сверхточными часами. Вычитая это время из времени приёма сигнала, GPS-приёмник находит время T движения радиоимпульса, а по нему - расстояние L=CT до спутника. Измерив расстояния L1, L2, L3, L4 до трёх-четырёх спутников, и располагая их координатами, микроЭВМ из тригонометрии рассчитывает положение GPS-приёмника на земной поверхности (рис. 5). Также GPS позволяет, последовательно (с интервалом в секунду) измеряя положение приёмника, находить его скорость.

Казалось бы, формула L=CT верна, раз работают GPS-навигаторы, что будто бы отвер-гает теорию Ритца. Но здесь, как и в других опровержениях, авторы голословны и не прово-дят подробного анализа выводов БТР для сравнения их с наблюдениями. Поэтому противни-ки теории Ритца вечно попадают впросак, ибо при строгом рассмотрении приводимые ими аргументы говорят как раз в пользу БТР, а не СТО [3-5]. Найдём же, какие поправки надо внести, если скорость света зависит от скорости источника. Спутники навигационной системы выводят на орбиты радиуса R порядка 26000 км, то есть они летят на высоте около 20000 км над Землёй, имеющей радиус r=6400 км (рис. 6).

На такой орбите скорость V спутников составляет около 4 км/с. Поскольку расстояние до Земли L~20000 км, то полагают, что поправка, вносимая БТР, составляет Д=LV/C?270 м. Эта величина на порядок больше обычных ошибок GPS-навигаторов (хотя у прежних моделей точность составляла как раз сотни метров). Поэтому полагают, что БТР противоречит принципу работы GPS. Однако это не так.

На деле в БТР скорости источника и света складываются не арифметически, а векторно, по классической кинематике. То есть для скорости прихода радиосигнала C'=C-Vr, посланного спутником к приёмнику, важна лишь составляющая Vr скорости V источника вдоль луча зрения (лучевая скорость спутника относительно приёмника O). Тогда поправка расстояния Д=LVr/C. Скорость сигналов C'<C, если спутник удаляется (Vr>0), и C'>C, если приближается (Vr<0). Наконец, C'=C, если скорость V спутника перпендикулярна лучу зрения (Vr=0). А раз спутник летит по высокой круговой орбите, его орбитальная скорость направлена именно поперёк луча зрения, так что Vr<<V. Если спутник расположен в зените Z, то Vr=0, но растёт при уменьшении высоты h спутника над горизонтом по закону Vr=V*sinб*cosh, где sinб=r/R?0,25. То есть по БТР максимальная поправка к расстоянию до спутника Д=LVr/C=67 м, и возникает она лишь в крайнем случае, если спутник виден возле линии горизонта H (но приёмник обычно "ловит" спутники с h>10-15є).

Также приёмник редко лежит в плоскости орбиты спутника, будучи расположен под углом и к ней, и лучевая скорость ещё ниже: Vr= V*sinб*cosh*cosи (рис. 7). Отсюда Д=LVr/C=LV*sinб*cosh*cosи/C. Поскольку cosh и cosи никогда не превосходят единицы, а среднее значение модуля косинуса составляет 0,63, то средняя ошибка Д=27 м. Это значение того же порядка, что и ошибка обычных GPS-навигаторов.

Но и эта средняя ошибка в 27 м относится лишь к расстоянию до одного спутника, а для расчёта координат нужны данные трёх-четырёх спутников (рис. 5). Если учесть, что они дают ошибки разного знака, случайно суммируемых в разных направлениях, то их взаимная компенсация при усреднении ещё снизит ошибку. Но и этот результат учитывает общую по-правку координат, то есть сумму ошибок по высоте и по горизонтали, так что ошибка в оп-ределении проекции точки на земной шар снизится ещё в 1,5 раза. В итоге средняя вносимая БТР поправка к горизонтальным координатам составит всего 5-10 м. Но такой порядок ошибки по горизонтали и заявляют производители навигационных систем GPS и ГЛОНАСС.

Выходит, БТР не только согласуется в пределах ошибок с данными GPS-навигаторов, но и предсказывает порядок этих ошибок. Поэтому возможно, что ошибки вызваны неучтён-ной зависимостью скорости сигналов от скорости излучивших их спутников и могут быть устранены при учёте этой зависимости (как в случае локации Венеры [2]). Обычно считают, что ошибки вызваны иными причинами: распространением радиоволн в ионосфере, меняю-щей скорость сигнала (которая точно не известна), техническими погрешностями (несин-хронностью часов), неточностью координат спутников и т.д. Все эти ошибки, конечно, име-ют место, но роль их невелика, за счёт специфики их легко устранить. Так, толщина ионо-сферы ничтожна в сравнении с дистанцией L и составляет порядка 100 км, а скорость сигна-ла мало отличается от C. Вдобавок эта ошибка устраняется сравнением времён прихода двух сигналов, переданных на разных частотах и имеющих разные скорости в ионосфере.

В том, что источник ошибки скрыт в неучтённом влиянии скорости сигнала от скоро-сти спутника, убеждает не только порядок ошибки, но и её зависимость от высоты h спутни-ка. Так, в приполярных областях Земли, где спутники видны низко над горизонтом, ошибка определения координат Д заметно превышает обычную. Это естественно, ведь при малой высоте cosh?1. Ошибка вряд ли вызвана большим путём в ионосфере при скользящем паде-нии радиолуча, что легко учесть, передавая сигнал на двух частотах. На практике легко про-верить влияние скорости спутников на величину ошибки. Для этого надо провести обычный тест для GPS-навигаторов: положить навигатор на высоком месте и длительное время отмечать выдаваемые им координаты. Обычно они дают разброс точек в пределах круга радиусом порядка десяти метров, что сразу выявляет типичную ошибку навигатора. Если при этом для каждого замера знать положения сигналящих спутников, то можно рассчитать, какие поправки внесло бы влияние их скорости и проверить, соответствуют ли эти поправки векторам смещений точек от центра. Заметная корреляция доказала бы справедливость БТР. Порой от замеров координат сперва по одной группе спутников, а затем по другой, навигаторы выдают немыслимые значения скорости, в черте города превышающие 100 км/ч, хотя спидометр автомобиля не показывал больше 60 км/ч. Такие ошибки на ранних этапах развития GPS нередко приводили к авариям - суда налетали на рифы, люди гибли в горах. И вероятная причина таких аварий на Земле и в космосе - это неучёт баллистического принципа [1].

Не умея устранить ошибку, вносимую влиянием скорости, с ней борются обходными путями, например, увеличивая число спутников и параллельно принимаемых каналов. Так, если над горизонтом видны сразу 6-10 спутников, положение приёмника можно определить гораздо точнее, ведя расчёт по разным группам спутников, комбинируя их по три в разных сочетаниях и для каждой группы находя положение приёмника. Поскольку лучевые скорости спутников имеют разную величину и знак, вызванные ими ошибки компенсируют друг друга, и среднее расчётное положение близко к реальному. Радиолучи, словно дротики, случайно отклонившиеся от центра мишени, после усреднения координат их попаданий, дают в среднем положение близкое к нужному. Или ЭВМ сразу рассчитывает положение приёмника как координаты точки с наименьшим квадратичным отклонением от сфер с радиусами L1, L2, L3, … L10 и центрами на спутниках (рис. 5), что позволяет снизить ошибку в несколько раз.

Другой метод состоит в измерении не абсолютного, а относительного положения при-ёмника, если рядом есть базовая станция с точно известными координатами. По разности координат, рассчитанных GPS-системой для мобильного приёмника и приёмника на станции, можно найти точное положение приёмника относительно станции. Поскольку вносимое движением спутников отклонение одинаково для приёмника и близлежащей станции, то такой дифференциальный метод даёт точность определения координат от одного сантиметра до метра. Лишь дифференциальные, а отнюдь не прямые методы GPS-навигации (где влияние скорости спутников существенно), дают такие рекордные точности. Наконец, возможен и метод компенсации, применённый при радиолокации Венеры [1]: спутник считают смещённым вперёд по орбите на соответствующее расстояние (рис. 2). Тогда время задержки сигнала получится таким же, как в предположении, что скорость радиосигнала не зависит от скорости спутника. Такая компенсация ошибок сведёт погрешность нахождения координат почти к нулю, и может возникать сама, раз станции слежения определяют положение спутника с помощью радиолокации, изначально вносящей ошибку в координаты спутника и маскирующей влияние его скорости. Применяют и ряд других корректирующих программ расчёта, в том числе с привлечением базовых станций и особых геостационарных спутников.

Не исключено, что в корректирующих программах, применяемых американскими во-енными, уже заложена зависимость скорости света от скорости источника. На эту мысль на-водит не только заявление Уоллеса [4], но и то, что военные первыми разработали спутнико-вую навигацию и должны были тщательно изучить все источники ошибок. Особенно стран-но, что у GPS есть два режима работы: точный и приближённый, с погрешностью порядка 50 метров, который может быть включен правительством США в любое время (скажем, в военное), дабы ограничить возможности GPS для гражданских. Не исключено, что эту смену режимов производят, не нарушая работы системы, а просто переходя с новой на старую версию программы, где не учтены зависимости от скорости спутников и корректирующие поправки.

О том, что американские специалисты давно столкнулись с фактами, противоречащими теории относительности, говорят хотя бы работы Рональда Рэя Хатча, основателя компании по космической навигации, специалиста по GPS и радиолокации. Хатч открыто и аргументировано заявил, что данные GPS и космической радиолокации противоречат специальной и общей теории относительности. Тем же, кто приводит GPS в качестве подтверждения СТО, следовало бы послушать Хатча и его коллег, имеющих прямое отношение к этой теме. Аналогичные ошибки (составляющие для околоземных орбит порядка 100 м) выявили и лазерные радары (лидары), меряющие дистанцию по времени задержки не радио-, а светового сигнала, испущенного лазером и отражённого космическими телами или аппаратами. Однако, эти данные, отвергающие СТО, обычно замалчивают, расценивая как случайные ошибки.

Итак, согласно Уоллесу и Хатчу, очень возможно, что успех американской навигаци-онной системы обусловлен отказом от СТО и применением БТР. Не исключено, что и евро-пейский аналог GPS - GALILEO, в согласии с названием использует преобразования Галилея (основателя баллистики), а не Лоренца-Эйнштейна. Может и отечественной космической технике давно пора перевооружиться? Особенно это касается систем космической навигации и ГЛОНАСС, спутниковых лазерных систем, могущих взять на вооружение БТР и баллистический принцип (рис. 1). Впрочем, не исключено, что и в отечественных космических системах незаметно учтён этот принцип. Ведь многие наши инженеры, возглавлявшие космические разработки - К.Э. Циолковский, С.П. Королёв, М.В. Келдыш, М.И. Дуплищев [6, 7], - скептически относились к теории относительности и применяли классическую баллистику, в том числе к свету. Не зря и в физике плазмы давно пользуются баллистической теорией эхо для электромагнитных волн Ван Кампена (вообще эхо обычно иллюстрируют баллистической аналогией - как рикошет пули от стены). Эти незатухающие волны, предсказанные ещё А. Власовым как одно из решений кинетического уравнения, несутся вместе с потоком частиц плазмы, а потому во многом аналогичны световым волнам, переносимым вместе с модулированным потоком частиц-реонов. А ведь плазма - это основная среда космоса.

Если спутниковая навигация наконец подтвердит баллистический принцип, то под со-всем другим углом предстанет деятельность тех, кто на высшем уровне покрывал теорию относительности (якобы из научных соображений), и препятствовал продвижению БТР. Их деятельность оказалась подрывной не только в плане снижения военного потенциала России, но гораздо больше - в плане спада научного. Ведь наука, приняв теорию относительности, к концу XX века окончательно заблудилась в тупиках мистики. Впрочем, науку ещё можно вывести на свет, если вернуться к классической физике, применив баллистическую теорию в качестве навигационного компаса. Не зря именно спутниковые навигационные системы выявляют справедливость БТР. Повторяется космическая история, произошедшая век назад, когда Де Ситтер пытался отвергнуть теорию Ритца из анализа двойных звёзд: при сообщении своей орбитальной скорости испущенному свету звёзды показали бы ряд эффектов (так, звёздные орбиты были бы чаще вытянуты по направлению к Земле). И хотя из-за громадной скорости света эти эффекты малозаметны, их всё же открыли в виде эффекта Барра, вариаций блеска, спектра звёзд, умножения числа изображений и т.д. [5]. Поэтому Де Ситтер и другие релятивисты, повторяющие из книги в книгу опровержение теории Ритца, сами себе роют яму, когда, ссылаясь на пример двойных звёзд, раз за разом расписываются в справедливости БТР и своём незнании астрономических фактов. Так и все иные выпады против БТР (включая анализ GPS) обращаются против самих же релятивистов, оказавшихся побитыми собственным оружием. Перефразируя пословицу из эпиграфа на военный лад, можно выразиться словами Александра Невского: "Кто с мечом к нам придёт - от меча и погибнет!".

Источники

1. Дёмин В.Н., Селезнёв В.П. Мироздание постигая… М.: Молодая Гвардия, 1989.

2. Уоллес Б. Радарные измерения скорости света в космосе // Spectroscopy Letters, 2, 1969.

3. Семиков С. Космические лучи - путь к звёздам // Инженер, №4, 2008.

4. Секерин В.И. Теория относительности - мистификация века. Новосибирск, 1991.

5. Семиков С. Ключ к загадкам космоса // Инженер, №3, 2006.

6. Дуплищева О.В., Шпирка А.М. Наставник инженеров и учёных. Днепропетровск, 2007.

7. Дёмин В.Н. Циолковский. М.: Молодая Гвардия, 2005.

Размещено на Allbest.ru