На земле с отработкой системы сближения и стыковки «Игла» и «Курс» тоже были сложности. Радиоволна отражалась от корпуса корабля, и антенна иногда принимала сигнал с другой стороны. Эту проблему отлавливали во время испытаний. Однако попытка стыковки корабля «Союз-23» со станцией «Салют-5» не удалась. Система стыковки «Игла» выдавала разные данные. Автоматика показывала, что станция то близко, то далеко. Двигатель при этом тратил топливо то на разгон, то на торможение. Так как в это время космонавты Валерий Рождественский и Вячеслав Зудов станцию не видели, то не смогли обнаружить проблему. Когда проблема была найдена наземными службами по данным с радаров, топлива в корабле осталось мало, и было принято решение прекратить попытки стыковки и вернуть космонавтов на Землю. Сам главный конструктор комплекса «Игла» А. Н. Мнацаканян на одном из заседаний комиссии выдал фразу: «Дальнейшее использование “Иглы” смерти подобно. Надо быстрее внедрять “Курс”». Он хотел таким образом ускорить процесс создания новой системы «Курс». Однако руководители вместо того, чтобы снять с производства «Иглу», сняли с должности Мнацаканяна. Дело в том, что «Игла» уже была заявлена как система сближения и стыковки для следующих десяти кораблей, новой системы на замену нет, а станции, космонавты и научные программы не ждут. Уже другой конструктор, О. Н. Шишкин, продолжил дорабатывать «Иглу». «Курс» появился только через десять лет, в 1986 году.
Радиоволны помогают определять местоположение не только космических аппаратов на орбите. С их помощью люди на Земле тоже могут «найти себя». Этим занимаются спутники навигации. Четыре спутника определяют время, за которое радиоволна пройдет от приемника у пользователя на Земле до аппарата на орбите. Если умножить время на скорость света, получится расстояние. Зная расстояния до спутников, положение которых также известно благодаря обратному исследованию на выбранных опорных пунктах, можно установить координаты.
Хотя ионосфера раньше мешала космическим кораблям, но серьезных проблем не доставляла, то в данном случае она создавала большие трудности. Дело в том, что скорость света очень большая (~300 000 км/с), и если ошибиться во времени даже немного, то ошибка в расстоянии будет огромной. Первые три спутника навигационной системы «Циклон» («Космос-192», «Космос-220», «Космос-292») тестировались в 1969 году, тогда ошибка составляла 3 км. Правда, главной причиной была неверная информация о реальных координатах спутника, которые определяются теми же методами. Чтобы учитывать то влияние, которое оказывает атмосфера и ее слои на прохождение радиосигнала, использовалось и используется минимум два передатчика на разных частотах. Только теперь они нужны не для дублирования, а для расчетов. По разнице в скорости прохождения сигнала и по разнице угла его преломления можно рассчитать параметры атмосферы и внести поправки в координаты.
С определением координат спутника ученые тоже поработали. Новая система учитывает не только положение спутников относительно опорных пунктов, но и положение Земли в пространстве. Земля вращается неравномерно, есть приливы и отливы, есть прецессия и нутация, есть движение полюса и еще с десяток эффектов, меняющих положение планеты в пространстве. Хотя они и слабые, но для повышения точности нужно учитывать их тоже. Тогда на помощь пришла астрономия. В 1960-х годах ученые стали открывать интересные объекты – квазары. Это удаленные на немыслимое расстояние объекты, которые излучают радиоволны. Ближайший находится примерно в 23 084 182 000 000 000 000 000 км. На таком расстоянии, даже если квазар и двигается, на небе Земли это совершенно незаметно. С помощью радиосигналов от этих объектов астрономы определяют точное положение их в пространстве и на их основе создают опорную систему координат. Это увеличило точность навигационных спутников в разы.
Первая американская навигационная система Transit допускала ошибку в 200 метров, однако спутники этой серии использовали не только время прохождения сигнала, но и эффект Доплера. Это эффект изменения длины волны в зависимости от скорости передвижения. Когда источник сигнала и приемник движутся навстречу друг другу, то длина волны этого сигнала уменьшается, а частота увеличивается. Если волна распространяется между удаляющимися объектами, то она как бы растягивается, становится больше. Частота при этом уменьшается. Это легко наблюдать, вернее, слышать, когда гудит поезд. Если он едет на нас, то звук выше, а когда от нас, то ниже. Так как точки на Земле двигаются с разными скоростями, то, определив скорость по эффекту Доплера, можно уточнить координаты местоположения. Метод требовал сложных вычислений, так как надо было понимать, как относительно любой точки на Земле двигается спутник и какая у него должна быть относительная скорость. Тем не менее собранный для этой цели новый компьютер с задачей справлялся. Однако оставалась проблема: если приемник на Земле не стоит, а перемещается, то метод оказывался полностью бесполезен.
Современная российская система ГЛОНАСС точнее, но и она может сбоить. Как, например, в 2018 году из-за аварийного отключения электроэнергии на одном из наземных пунктов. На борт спутника не поступали его координаты, а без них информация о расстоянии бессмысленна.
Следующая после Transit американская навигационная спутниковая система, известная как GPS, эффект Доплера не использует. Изначально GPS использовалась только военными для наведения на цель или определения курса. Однако в 1983 году случилась трагедия, которая все изменила. Самолет Boing 747 летел из города Анкоридж на Аляске в Сеул в направлении, указанном радиомаяком. Экипаж включил автопилот, который стал следовать по магнитному курсу. Однако получившаяся прямая траектория проходила вглубь территории СССР, а у самолета не было разрешения входить в воздушное пространство другого государства помимо Южной Кореи, США и Японии. Система навигации самолета проблем не выдавала. Масла в огонь подлил разведывательный самолет США Boeing RC-135, который на радаре выглядит так же, как пассажирский самолет. Шпион курсировал вдоль границ СССР и пересекся с Boing 747. На радаре это выглядело как две сошедшиеся в одном месте точки, которые затем разошлись. Для перехвата самолета-разведчика, который начал пролетать над базой советских подводных лодок, в воздух был поднят истребитель Су-15. На запросы иностранный самолет не отвечал и с курса не сходил даже после предупредительных выстрелов. Тогда была отдана команда сбить противника. Но только этим противником оказался гражданский самолет. Разразился международный скандал огромного масштаба с обвинениями СССР во всех смертных грехах. И все же финансовая компенсация была востребована не с СССР, а с компании-перевозчика, чьи пилоты доверились технике и не выполнили, согласно официальному расследованию, полетных инструкций. Президент США после этого отдал приказ на внедрение технологий GPS в гражданскую сферу, чтобы координаты определялись точнее и чтобы такие ситуации не повторялись.
Однако военные оставили лазейку и могли при необходимости уменьшить точность для пользователей. Это было сделано на всякий случай, чтобы систему никто не использовал против ее создателей. Лазейкой воспользовались в 1999 году во время событий в Югославии, в 2011 году – в Ливии и в 2008 году – в Южной Осетии.
Когда возник конфликт между Грузией и Южной Осетией, российская система ГЛОНАСС не имела глобального покрытия и не могла функционировать в полной мере. Южная Осетия и союзные войска использовали GPS. Когда ее отключили, вместе с ней стала отключаться и система наведения. По некоторым данным три самолета было сбито из-за проблем с навигацией. Эта ситуация вынудила в ускоренном порядке дорабатывать и вводить в эксплуатацию ГЛОНАСС.
Во время гражданской войны в Ливии руководство страны ввело загрубление данных как раз наоборот – для военных из стран НАТО. Оказалось, что многие солдаты выкладывали в социальные сети фотографии со своих мобильных телефонов, к которым была привязана геолокация. И средства медиа активно освещали ситуацию, тоже показывая координаты GPS. Вероятно, этой открытой информацией вторая сторона конфликта активно пользовалась. Также возможно, что имело место прослушивание радиоканалов сил НАТО. Как со связью, так и с сигналами навигации: если подобрать нужную частоту, к каналам можно подключаться, прослушивать или даже посылать на спутники сбивающие радиосигналы. Для защиты радиолинии используются кодирующие последовательности. Если попытаться встроить в них свой сигнал, не зная шифра, система это заметит. Другое дело – мощный сигнал в виде шума. Например, если два человека разговаривают одновременно на разных языках, то, зная один из них, можно понять говорящего на нем и не слушать второго. Если же второй будет кричать громче, то разобрать не получится ничего. В 2011 году с территории КНДР начал транслироваться сильный радиосигнал. Он заглушил систему GPS, и та перестала работать не только над Северной, но и над Южной Кореей. Почти за два года подобных действий около 16 тысяч самолетов потеряли навигацию. К катастрофам это, к счастью, не привело.
