Аспарух Камбуров, Минно-геоложки университет „Св. Иван Рилски“
На Марс
„Парашут освободен! Скорост 900 мили/час. Височина 7 мили. 4 минути до Марс„, „Топлинен щит освободен„!
Вълнуващото събитие се отразява пряко по телевизионните канали на НАСА, a в социалната мрежа Twitter най-сетне виждам очакваното от цял свят в продължение на 8 месеца „Успешно кацане на повърхността„. Обзет от интерпланетарен космически оптимизъм, пожелавам успех на малката изследователска машинка в събирането на данни за условията на планета, която е вече твърдо набелязана от ЕКА и НАСА като бъдещ обект с постоянно човешко присъствие.
Първите редове от този очерк се появиха на бял свят точно 1 час след успешното кацане на марсохода Curiosity в кратера Гейл – 6 август 2012 г., 08:31 наше време.
Обратно на Земята
Без съвременни технологии за определяне на местоположение и време светът е вече немислим. Глобалните навигационни спътникови системи (ГНСС) намират място във всевъзможни сфери – от конвенционални приложения като навигация, измерване на координати, следене на движещи се обекти и управление на машини, до по-екзотични като интеграция с инерциални сензори, метеорологични прогнози, синхронизация на време и честота, контрол на въздушните полети, както и в цялата фантастична плеяда от локационни услуги. Доскоро много приложения бяха осъществими единствено в среда на научно-фантастичен роман от Артър Кларк – пример за това са опитите за прогнозиране на земетресения чрез следене на изменението на йоносферата непосредствено преди появата на сеизмична активност, по данни от ГНСС измервания. Нищо обаче не може да се сравни с целите на програмата MARCO POLO (MARtian COnstellation for Precise Object Location) – проект на ЕКА за спътниково навигационно съзвездие около Марс! Но на фона на случващото се на тази планета подобни планове изглеждат все по-реалистични и осъществими.
Стремглавото развитие на технологиите за позициониране е и причината ЕКА да организира ежегоден летен специализиран курс по ГНСС. Той се провежда в различни високотехнологични комплекси и инфраструктури на Стария континент – за тазгодишното седмо издание е избран центъра на европейската авиационна и космическа промишленост – гр. Тулуза, Франция.
В сърцето на Аерокосмическата долина
В исторически план стратегическото разположение – на кръстопътя между Средиземно море, Атлантика, Франция и Пиринейския полуостров, е играло винаги решаваща роля в съдбините на района около гр. Тулуза. Населен в далечното минало предимно с т. нар. катари (едноверци и приемници на прогонените от България богомили), преди 800 години районът е превзет с огън и меч от католическите войски на папа Инокентий III и трайно присъединен към територията на Франция. Мощният град Каркасон – център на катарската защита, е опожарен през 1209 г., защитниците му – избесени и прокудени.
Българската следа е изличена, както се казва, forgood – за добро и завинаги. Само руините на катарските замъци по непристъпни скални зъбери на Пиренейския масив напомнят за някогашното величие и мощ на местните рицари и трубадури.
Било е отдавна, а дали за добро – само времето ще покаже. Факт е, че XXI в. заварва този район в етап на изключително динамично развитие. Тулуза е център на мощна промишлена агломерация, известна под името Аерокосмическа долина. Същата включва научно-производствените комплекси на най-големите европейски производители за авиационната и космическа индустрия – Airbus, Thales Alenia Space, TeSA, Astrium и много други. Да си спомним драматичното успешно кацане на Марс сутринта – то се случи от обратната спрямо Земята страна на планетата. Ето защо, по молба на НАСА намиращият се на орбита там космически апарат „Mars Express“, построен за EKA от Astrium, записваше и ретранслираше в реално време към контролния център излъчваните от апарата телеметрични данни, с цел подсигуряване на действия при евентуален проблем. Агломерацията е дом на общо 523 компании от сектора, 1600 лабораторни комплекса, 8500 учени, 120 000 работни места, много академични звена, и е безспорно водещият индустриален клъстер от този род в света.
Курс по ГНСС на ЕКА
Продължителността на курса по ГНСС е десет дни, разделени на две части с ден почивка помежду им. Обучението включва лекции и лабораторни упражнения, водени от световни учени в областта на авиационните, космически, информационни и комуникационни технологии. Първата част се проведе в периода 16-21 юли в един от студентските комплекси на ISAE (Висш институт по аеронавтика и космонавтика) в Тулуза. „Космическа“ е думата, която описва разликата между тукашната и българската студентски реалии – свръхмодерни лабораторни блокове и лекционни зали, качествена столова база, тихи и чисти общежития с единични стаи.
Фиг.1. Минало и настояще. Вляво – прокуждане на иноверци от Каркасон (фрагмент от Expulsion of Albigensians Grandes Chroniques de France Circa 1415 Cotton Nero E. II part 2 f.20v – Британската библиотека, Лондон), вдясно – сбирка от различни култури в Тулуз а
Мястото се намира на края на града, досами известния CanalduMidi – легендарно, все още действащо хидротехническо съоръжение от XVII в. с дължина от 240 км, свързващо Атлантика и Средиземно море. Спокойната атмосфера, навявана от водата в канала, чинарите наоколо, песните на птиците, стъпките на пешеходците и звънците на велосипедите е в пълен контраст с бойното поле на родния Студентски град, където напоследък се колят и бесят като катари срещу католици…
Откриването на лятното училище беше уважено лично от генералния директор на ЕКА Жан-Жак Дорден, с встъпителна лекция на тема „Бъдещето на Космоса“. Програмата на първата част от обучението включваше още следните лекции*:
- Основи на спътниковата навигация – изнесена от проф. Бернард Хофман-Веленхоф от Техническия университет в Грац, по-известен у нас с преведения на български език учебник „GPS – теория и практика„. Блестящ лектор, професорът представи накратко всички базови компоненти на ГНСС – видове сегменти, понятия за спътникови орбити, сигнали и измервани величини, математически модели за определяне на положение, обработка на измерванията и референтни системи. Презентацията протече в динамичен и живописен стил при висока интерактивност със студентите.
Предвидените между лекциите кафе-паузи са удобен повод за запознанства. Тук е мястото да се отбележи и разнообразният интернационален състав на аудиторията – присъстват студенти от 17 държави, сред които водещи космически сили като Малайзия, Колумбия и Уганда… Шегата настрана, освен екзотични бяха представени и водещи институции като Германския аерокосмически център (DLR), Френската космическа агенция (CNES), Института по геодезия и навигация към Университета на Бундесвера (FAF, Мюнхен), Информационно-аналитичния център към Федералната космическа агенция на Русия и др. Научните интереси са също разнообразни – математици, ядрен физик, инженери по електроника, програмисти, геолози и … само двама геодезисти, другият, освен мен, работещ за огромната шведска ГНСС мрежа SWEPOS. Изобщо – интернационален, интердисциплинарен, интерактивен отбор, даващ възможност за осъществяване на полезни научни интеринституционални контакти, особено на фона на новообявените проекти от 7-ма рамкова програма на ЕС и перспективите на Хоризонт 2020.
- ГНСС сигнали и приемници – изнесена от д-р Крис Хегърти, автор на учебника „Understanding GPS, Principles and Applications„, директор в бостънската корпорация MITRE и експрезидент на ION! Много интересна като съдържание, изключително професионално представена информация относно цифрова обработка на ГНСС сигнали – от начините за тяхното генериране и модулиране в спътниковия хардуер до работа на ниво корелационни канали и проследяващи вериги в потребителските приемници;
- Приложения и пазари за ГНСС – г-н Тиери Шапуи, CNES;
- Позициониране в затворени пространства – г-н Жан-Батист Прост, Pole Star SA, Тулуза – представяне на алтернативни начини за определяне на местоположение, от по-познати като клетките на мобилните оператори (Cell-ID), през методи чрез Wi-Fi и Bluetooth предаватели, инерциални методи, псевдолити и „умни“ ГНСС предаватели, до върхови технологии като позициониране чрез RFID, инфрачервени, светлинни и звукови сензори, разпознаване на изображения и др. Редица от тези методи са с все още неизяснени докрай възможности за приложение, а аз, като представител на Катедрата по маркшайдерство и геодезия към МГУ „Св. Иван Рилски“, се сещам веднага за удачно позициониране на хора и ресурси в подземни минни изработки и всички произтичащи от това бонификации;
- ГНСС за управление на автопаркове и логистични дейности – г-н Джеймс Нютън, Novacom Services, Тулуза.
Така неусетно изминаха три дни. Освен кафе и сладки, паузите между и след лекциите бяха умело уплътнени от организаторите с различни социални дейности – посещение на кметството в Тулуза (където бяхме посрещнати със слово лично от кметицата),
Фиг.2. В Големия салон на Капитолия, кметството на Тулуза, изрисуван от френския художник Пол Жан Жерве (1859-1936)
както и организиран тур в Cité de l’Espace, атракционен космически парк, оборудван с точни копия на ракетата „Ариана 5″ , Космическата станция „Мир“ и модулът „Союз“. В един от следобедните сеанси бе дадено и началото на студентско отборно състезание за представяне на иновация в света на ГНСС. Ръководител на този проект е д-р Джеф Остин от САЩ, а методите му – типични американски тиймбилдинг игри: хвърляхме гумени топки в кръг; научихме неща за себе си и другите чрез психологическия тест на Myers-Briggs; ориентирахме се през нарисувани на пода лабиринти чрез работа в екип… Много полезни занимания, първоначално възприети с лека насмешка, в последствие оценени от цялата група с по халба бира край брега на Гарона.
Фиг.3. Тиймбилдинг
Да, игрите успяха да стопят бързо леда между различните националности и култури, и още втората вечер, седнали на тревата край залязващото в реката слънце, започнахме да се самоорганизиране в състезателни отбори. Попаднах в група с представители от Великобритания, Дания и Гърция, с които набързо скалъпихме план за спасяване на човечеството чрез ГНСС!
Фиг.4. На брега на Гарона
Втората част на курса се проведе в град Монтобан, към който потегляме на 22 юли. Пътьом разглеждаме средновековния град Алби и защитената от UNESCO катедрала Св. Сесилия. Както във всяко населено място в района, и тук витае духът на катарите – в Алби те са известни под името албигойци, а водените срещу им военни действия – Албигойски кръстоносен поход (1209-1229). Смутните времена са оставили отпечатък и върху градската архитектура – датиращата от 1282 г. католическа катедрала прилича по-скоро на мощен пограничен замък, отколкото на духовно средище.
Фиг.5. Катедралата Света Сесилия в Алби
Но еретичният дух на албигойците не отмира с тях и е запазен не само в множеството подобни катедрали. Той е наследен от протестантите (хугенотите), с него и до днес диша цяла югозападна Франция, та не случайно французите я наричат „еретичният квартал на родината“. Духът на противоречие, присъщ на тези области, е видим и от следното. На изток от Каркасон е градецът Тараскон, прочут с добродушния си смешник Тартарен. (Френският превод на БАЙ ГАНЬО е с подзаглавие БЪЛГАРСКИЯТ ТАРТАРЕН!). А на запад, в Пиринеите, израства протестантът Анри дьо Навар (първият Бурбон, с когото чрез княз Фердинанд сме свързани и досега), който надмогва в опустошителните религиозни войни и, шегувайки се, че Париж заслужава една литургия, не нашега влиза в него и се възцарява като Анри IV – първият съвременен владетел на Франция. И още едно показателно противоречие. В Монтобан е роден видният художник от епохата на класицизма Жан Доминик Енгр, чието родно гнездо не видяхме, но пък в съседния Алби посетихме гнездото и музея на постимпресиониста Анри Тулуз-Лотрек – ярък художествен опровержител на класицизма.
Фиг.6. Плакат от кафене „Divan Japonais“ в Париж, худ. Анри Тулуз-Лотрек (1892 г.)
В Монтобан пристигаме вечерта и ни окачва приятна изненада. Освен прекрасен хотел, преди вечеря сме посрещнати с лекция от живата легенда проф. д-р Роналд Хач – световно име в областта на ГНСС още от времената на системата TRANSIT. По-любознателните читатели нека да отворят споменатия вече учебник „GPS – теория и практика“ на раздела с използвана литература и прегледат реферираните публикации от този учен. Въпреки напредналата си възраст професорът е тук за представяне на историческото развитие на ГНСС и съвременните методи за постигане на висока точност. Интересно е да чуем от първа ръка информация относно перспективите пред високоточните ГНСС приложения – според професора единичните и мрежови RTK решения постепенно ще отпаднат за сметка на технологията PPP (Precise Point Positioning), която се прилага към момента в някои услуги на Trimble. В тази връзка е и неговата насока към бъдещите докторанти – „PPP е една богата и все още неизследвана докрай ГНСС материя“.
Освен тази, бяха изнесени още следните лекции:
- Интеграция на ГНСС с инерциални сензори – проф. д-р Бернд Айсфелер от FAF (Мюнхен);
- Йоносферни и тропосферни ефекти върху ГНСС – д-р Бертрам Растбург от ЕКА. Тази лекция беше сред най-интересните във втората част. В частен разговор с учения имах възможност да получа насоки относно изследването на настъпващия в началото на 2013 г. максимум на 24-тия Слънчев цикъл чрез ГНСС. Както е известно, слънчевата активност влияе силно върху йоносферата, което оказва негативно влияние върху ГНСС сигналите – поява на т. нар. амплитудни и фазови флуктуации, които са най-ясно изразени в полюсите и на екватора. Съветът му да търся партньорски институти в района на екватора за осъществяване на съвместни проекти ме отведе право при студента от космическото джудже Уганда – ето и чудесен пример колко полезни могат да бъдат подобни мероприятия;
- Начало на успешен бизнес в сферата на ГНСС – инж. Франк Залцгебер, EKA. Изключително надъхваща лекция от човек с широк поглед върху ГНСС индустрията. Започнал като помощник на Стив Джобс в Apple, в момента Франк (както държи като го наричат) е начело на Програмата за трансфер на технологии на ЕКА, която цели всестранно развитие на космическите приложения в Европа. Програмата осигурява и възможности за инкубиране на млади компании през първите години от развитието им, така че ако някой има идеи за разработване на нов космически продукт – това е човекът.
- Спътникови комуникационните системи – проф. Мишел Буске от ISAE, нашият домакин и преводач.
- Интелектуална собственост и патенти в ГНСС – проф. д-р Рене Остерлинк, Университета в Гент, Белгия;
- EGNOS и глобални SBAS – д-р Дидие Фламен, EKA;
- Перспективи за спътниковата навигация – проф. д-р Гюнтер Хайн, EKA.
Фиг.7. Отляво надясно: проф. Мишел Буске (ISAE, домакин), проф. Гюнтер Хайн (EKA), проф. Бернт Айсфелер (FAF), проф. Роналд Хач (NavCom Technology), проф. Бертрам Растбург (EKA), проф. Хофман-Веленхоф (ТУ, Грац), проф. Рене Остерлинк (Университета в Гент), д-р Джеф Остин (Austin Associates, нашият тиймбилдинг гуру).
Така приключва лекционната програма на летния курс. Показателен е може би фактът, че първата и последната лекции бяха изнесени от геодезисти – проф. Хофман-Веленхоф и проф. Хайн, ръководител на Департамента по развитие на EGNOS и ГНСС към EKA. Дали защото ГНСС започва и свършва с геодезията? Със сигурност не! Сами сравнете данните от последния доклад на Европейската ГНСС агенция (GSA) за пазарните тенденции в ГНСС, с които бяхме запознати в рамките на една от лекциите (Фиг. 8).
Фиг.8. Световно дялово разпределение на продажбите на ГНСС устройства
Източник: GSA GNSS Market Report, брой 2, 2012
Очевидно сферата на локационните услуги се развива стремглаво. Това е причината почти всички проекти от студентското състезание да бъдат ориентирани в тази насока. Работата по проектите течеше по време на целия курс, при това с небивал ентусиазъм. Безброй часове преди и след вечеря, в кафе паузите и даже нощем, бяха отделени в опити да впечатлим журито от EKA с нашите фундаментални идеи. Нашата група от четирима – G4G (от GNSS for GMES), навлезе в разработване на нов метод за предупреждаване на населението по време на бедствие. Култовото нововъведение (според нас) е в осигуряване на информация, карти и мобилна 3D навигация за населението в засегнатите райони, с достъп чрез смартфони. Продуктът гордо нарекохме 3DforLIFE. Откривам част от тайната – използваните в него платформи ще бъдат отворени (Open Street Map), стандартизирани на базата на 3DWMS и GeoSMS стандартите на OGC, и т. н. В интерес на истината се наложи да подпишем съвсем официална декларация за неразпространение на чутото и видяното по време на презентациите на студентските проекти, затова ще спра дотук. Само мога да допълня, че всяка група е напълно уверена в успеха на своя проект.
Денят на истината и раздялата
Настъпи и последният ден от мероприятието – ден за представяне на студентските проекти и връчване на награди. Започваме рано. Отборите са седем. На подиума са вече първите участници, представящи проект за автоматично принудително изключване на телефони в опери, театри и др. чрез Wi-Fi. Вторите участници са голямата ни конкуренция – обединените сили на Китай, Русия и Турция, които представят интересен проект за прогнозиране и ранна намеса при земетресения. Идва и нашият ред – нареждаме се пред журито, съставено от петима из лекторите. Елефтериас Мамаис (гръцкият член на G4G) не трепва пред височайшата комисия и изнася блестящо презентацията ни, подготвяна и репетирана до късна нощ. След нас се изреждат и останалите, но бледнеят. Накрая всички треперим в очакване на резултатите…
Идва и часът на истината. Награди се раздават на първите четири отбора – книги, списания, първите ще вземат и автомобилни навигации GARMIN. Започват – четвърто място за проекта с театрите, трето взима проект за проследяване на багаж по летищата в случай на изгубване, второ – удостоверяване на кредитни карти чрез ГНСС. И така, първо място на студентската надпревара през 2012 година взима…
…проекта DragonFly за усъвършенстване на SBAS системи в Китай. Добър е, но не е наш. Утешаваме се с принципите на олимпизма, отписваме се от хотела и като вдигаме прощални наздравици, разделяме се за различни части на света.
Фиг.9. С проф. Хофман-Веленхоф и колегата Елефтериас Мамаис по време на прощалния обяд
2001: Космическа одисея
Отново сме на Марс. От години обстановката наподобява декори от легендарния филм „Зов за завръщане“ – планетата е дом на лаборатории, научно-изследователски центрове, фабрики, цели градове… човешката еволюция и технология са усвоили успешно и устойчиво това пространство.
Прибираме се доволни от работа по терена – обхватът на МНСС спътниците дори в градския каньон е отличен. Влизаме в Twitter за събитието на деня: кацане върху поредната чужда планета – ред е на Юпитеровия спътник Европа. Текат съобщения от типа:
„Спътникова навигация включена! Инерциални и навигационни прибори в норма“…
„Кацане успешно„!
* Пълният текст на доклада на GSA и всички лекции от програмата на курса могат да бъде изтеглени свободно от раздела Научете/Теория в сайта на Българска геоинформационна компания – www.trimbul.com. В текста са използвани снимки от личен архив на автора и чужди източници. Благодарности на проф. Любен Тотев – Ректор на МГУ „Св. Иван Рилски“, доц. Станислав Топалов – Ръководител катедра „Маркшайдерство и геодезия“, и на баща ми.
