Во время новогодних каникул мне пришло сразу несколько вопросов, касающихся полетов в полярной области на заре авиации, а именно – почему летать можно было только по меридианам, не отклоняясь в сторону? Один из читателей, представившийся судоводителем, начал меня высмеивать, дескать, какая чушь, лететь можно было как угодно, в любую сторону, никакой проблемы это не представляло. Чисто физически, оно конечно, кто же запретит свободной металлической птице расправить свои элероны в желательном направлении? Тем более, что и меридианов никаких в природе не существует, это же чистая абстракция, придуманные линии. Однако свободный полет вне меридианов неизбежно закончился бы одним – самолет не долетел бы куда направлялся, а потом, скорее всего, сгинул бы в диких льдах, потеряв ориентировку. Несмотря на прямые уверения судоводителя: «Невязка (ошибка счисления), даже при отсутствии обсерваций на всём маршруте, не будет существенно отличаться как при прямом полёте "туда-обратно", так и при нескольких изгибах. Она может быть большой, но она будет не настолько отличаться, чтобы самолёт не нашёл аэродрома». (Насчет легкого нахождения аэродромов – это немного смешно, ниже я расскажу об этом подробней)
Не помню, писал ли я здесь о том почему летали по меридианам, не отклонялись, какими приборами пользовались, и как именно? Но этой статьи нет, поэтому я проведу разбор навигационных сложностей, а потом опишу к каким последствиям всё это привело в 1937 году.
Итак, сначала главный постулат:
В 1937 году, если требовалось долететь из одной точки околополярной области до другой вне пределов прямой видимости, то сделать это можно было только одним способом – от первой точки вдоль меридиана пройти до полюса, над ним повернуть на другой нужный меридиан, и по нему спуститься до цели. Никаким другим способом выполнить задачу было практически невозможно, вариант «лететь прямо» исключался. За исключением некоторых нюансов, которые опишу ниже.
Невозможность ориентироваться при движении вне одного меридиана определялось целым клубком теоретических и практических причин. Прежде всего – в полярной области нет никаких видимых ориентиров на поверхности. Лететь можно было только по приборам, картам и вычисляя маршрут. Это первая сложность, но далеко не последняя.
Классический навигационный инструмент – магнитный компас - в районе географического полюса был практически бесполезен. Причина – близость магнитного полюса. Стрелка компаса всегда стремится развернуться по силовым линиям магнитного поля. Но вблизи от магнитного полюса горизонтальная составляющая поля мала, а высока вертикальная, которая давит сверху вниз. В результате стрелка либо клинится в одном положении, либо беспорядочно мечется. (Несмотря на уверения моего критического судоводителя, что компасы у полюса работали достойно, с ним несогласны все участники событий).
Вторая проблема – это несовпадение магнитного и географического полюсов. Если бы магнитный компас вдруг заработал, то указывать он стал бы в направлении канадских островов. Где при этом находится географический полюс, то есть север, определить может быть затруднительно, вплоть до того, впереди он маршруту, или позади. Напористый судоводитель тут начал буквально фонтанировать иронией: «Расхождение между направлением на северный (южный) полюс и магнитный полюс - это магнитное склонение, оно измерено либо рассчитано для любого района Земли, как рассчитано его изменение во времени. Любой штурман в секунды определит эту поправку». (Его оценки глубины моего невежества я опущу, как несущественные).
Проблема с магнитными склонениями у полюса на 1937 год состояла в том, что их никто не измерял. К началу 1937 года из всех жителей планеты Земля благополучно у Северного полюса побывали только члены экспедиции дирижабля «Норвегия» в 1925 году, пролетев по линии от Шпицбергена до Аляски. Еще один дирижабль – «Италия», достиг полюса в 1928 году, но разбился на обратном пути. И все, больше никто из землян к Северному полюсу близко не приближался. Экспедиция Роберта Пири оказалась фальсифицирована (это выяснилось позже). Возможно где-то у полюса мог быть Фредерик Кук, но его результаты и доказательства оказались уничтожены, и не осталось ничего, кроме его рассказов. Соответственно, никаких измерений магнитных склонений быть не могло, несмотря на уверенность эрудированного «судоводителя». Кстати, его должность можно брать в кавычки, так как в переписке от несколько раз так грубо прокололся, что сомнений в его квалификации у меня не осталось. Но не будем отвлекаться от проблем с магнитными компасами.
Вишенкой является то, что магнитное поле у полюса является крайне нестабильным и подверженный сильным колебаниям. Тут я сошлюсь на сторонние авторитеты, процитирую книгу Черного и Кораблина «Самолетовождение», не все же мне самому отдуваться: «Особенностями являются… большая величина магнитного склонения и резкое его изменение на небольших расстояниях, наличие магнитных аномалий и магнитных бурь. В районе Арктики магнитное склонение достигает больших значений и довольно резко изменяется на сравнительно небольших расстояниях как по причине близости полюсов, так и вследствие наличия магнитных аномалий. В полярных районах магнитное склонение также изменяется в период магнитных бурь, связанных с солнечной активностью (до 10—20°, а иногда до 50—60°)».
Короче говоря, магнитное склонение, которого не было, даже если бы и появилось, то показывало бы что угодно, но только не направление, во всяком случае полезное. На этом тему «ориентирование по компасу», можно закрывать. Как и половину темы «ориентирование по карте». Вторая половина проблем с картами состояла в том, что в стандартных картографических проекциях все меридианы сходятся в географическом полюсе. При облете «вокруг полюса» долгота меняется крайне быстро, самолет пересекает множество меридианов, требуется постоянный пересчет курса. Другой важной проблемой является большой угол схождения меридианов, т.е. несовпадение линий на карте с настоящим направлением на север. Тоже требуется постоянное маневрирование и расчет курса, при этом желательно определение своего настоящего места, что возможно было только по солнцу, (но об этом позже). В тумане же и в облаках определить положение было никак невозможно, а ошибки вычислений накапливались бы крайне быстро. Проблему с схождением меридианов позднее решили тем, что просто стали использовать новые, условные или квази-меридианы, некие параллельные линии, пересекающие классические широтные параллели. Но к 1937 году об этом еще никто не додумался. Закрывая тему – полярные карты в 1937 году являлись картами весьма относительными.
А как же все-таки ориентировались? Ну, существовали уже новые «продвинутые» приборы. Их было ровно два - гироскопический полукомпас (ГПК) и радиокомпас. ГПК – это гироскопический волчок, способный держать одно направление (основное свойство вращающегося гироскопа). Теоретически с помощью него самолет мог выдерживать прямую линию. Проблема состояла в том, что из-за вращения Земли ГПК каждый час уезжает в сторону на 15 градусов. У современных устройств компенсационная поправка вводится автоматически, в 1937 году это нужно было делать вручную. Во время полета раз в час переставлять на 15°, или каждые 20 мин на 5°, - это выбор экипажа, но в результате траектория пути из прямой превращалась в ломанную, а с течением времени ошибки накапливались. Через какое-то время требовалось определить свое истинное положение.
Еще одним прибором, позволявшим «держать прямую», или определять свое место в пространстве, являлся радиокомпас. Используя его, можно было выйти на передающую радиостанцию, или двигаться по направлению, задаваемым радиомаяком. Радиомаяк в 1937 году в околополярной Арктике был ровно один, смонтированный на острове Рудольфа. Обычно он генерировал узкий луч, направленный от острова Рудольфа к Северному полюсу, ровно по 58 меридиану. Теоретически можно было разворачивать антенну и в других направлениях, но в 1937 году целью являлся полюс, поэтому маяк Рудольфа задавал эту дорогу.
По лучу можно было относительно надежно двигаться в обоих направлениях. Пилот контролировал свое положение на слух. Одна кромка луча передавала «точка-тире» (буква «А» в коде Морзе), другая «тире-точка» (буква «Н»). Если летчик в наушниках слышал оба сигнала в одинаковой громкости, то понимал, что находится на правильном курсе. Если какой-то звук становился громче другого, значит самолет уходил в сторону. Радиомаяк надежно добивал на расстояние 600 км, иногда и дальше, но гарантии не было, а всего до полюса от Рудольфа было около 900. Таким образом две три пути к полюсу самолет мог пройти даже в отсутствии видимости, далее еще треть мог выдерживать по ГПК, но уже с погрешностью. Оставшиеся 300 км – это полтора – два часа полета.
Вопреки существующим легендам, радиостанция дрейфующей станции «СП-1» никогда не использовалась в качестве привода для радиокомпаса. То есть самолетный радиокомпас никак не помогал найти станцию, или определить свое место относительно нее. В 1937 году об этом писали вполне открыто, объясняя несовпадением частот. Кстати, все применяемые радиокомпасы были американского производства.
Как же самолет мог определить свое место в пространстве? Сети GPS тогда, разумеется, не существовало, как и инерциальных навигационных систем. Определиться можно было единственным способом – измерением направлений на звезды или на солнце. В условиях полярного дня – только на солнце. Которое вращалось по небу круглосуточно, и необходимо было понимать, в какое время и на какой высоте светило должно находится. Единственным гарантированно надежным прибором являлся Солнечный Указатель Курса (СУК), он же солнечный компас. Это всего-навсего штырь, отбрасывающий тень, закрепленный на циферблате, вращавшемся синхронно с суточным движением Земли. Благодаря СУКу можно было уверенно двигаться вдоль любого меридиана, точнее, выдерживать географическое направление север-юг. А на полюсе можно было повернуть на нужный угол, и спуститься по другому меридиану. СУК был прибором поистине универсальным и незаменимым, с единственным недостатком – он работал только при ясной погоде и был бесполезен в облаках.
А вот широту места определяли только по высоте солнца. И с этим были огромные проблемы. Дело в том, что высота самого самолета была известна весьма относительно, её в полете вычисляли с помощью барометра, измеряя перепады давления, которые могли плавать сами по себе. Кроме того, самолет во время полета – это не совсем горизонтальная платформа, он может болтаться и крениться. Да еще и углы на солнце ловятся на глаз, да сквозь стекло кабины. В общем, точность была не очень. Но именно так на лету определяли и саму точку полюса.
Подводя итог – двигаясь по меридиану с помощью СУК, можно было быть уверенным хотя бы в одной координате. А летая у полюса вне меридиана, свободно как птица, нельзя было быть уверенным ни в чем. Радиомаяк не слышен, магнитные компасы не действовали, ГПК что-то показывали, но постоянно врали.
Именно поэтому флаг-штурман авиации Балтфлота В. Левченко на предложение Леваневского разработать план облета полюса в случае плохой погоды вроде бы ответил: «В таком случае Леваневскому придется лететь одному, так как нельзя по СУК вести самолет поперек меридиана». (Кстати, я не смог найти первоисточник этой цитаты, может знатоки подскажут, где она впервые появилась).
Подводя итог моего обзора – вот с таким техническим и теоретическим багажом советская авиация приступила к штурму полюса в 1937 г. Во что это вылилось на практике – в нескольких следующих публикациях, ссылки на которые находятся здесь...