В августе 1990 года ракетный подводный крейсер стратегического назначения К-424 под командованием капитана 1 ранга Поникаровского Виктора Валентиновича на глубине погружения 220 метров двигался западнее архипелага Шпицберген в сторону Северного Полюса. Экипажу подводного ракетоносца предстояла необычная задача – научные исследования подо льдами Арктики в районе подводного хребта Ломоносова. На борту корабля находились три офицера гидрографа и аппаратура для проведения гравиметрической съемки назначенного района в канадском секторе Арктики.
РПКСН К-424 в 70-ти милях от полюса в полынье
Гравиметрическая съемка – это измерение значений ускорения свободного падения с помощью специальных датчиков — акселерометров. Данная информация крайне необходима для расчета траекторий полета баллистических ракет. Измеренные значения ускорения необходимо было привязать к координатам места и получить карту значений.
Вроде бы задача понятная, однако, не следует забывать, что район для измерений был назначен у самого Северного Полюса, севернее 85-го градуса северной широты. Чтобы обеспечить нужный порядок проведения замеров, корабль должен был двигаться по району правильными галсами параллельно его границам, чтобы обеспечить съемку по всей площади.
Только вот незадача, из-за большой величины угла схождения меридианов вблизи полюса, становится проблематичным задать курс рулевому так, чтобы корабль двигался параллельно границам района.
Постоянный курс – это равный угол пересечения меридианов. Вблизи полюса меридианы сближаются, поэтому при следовании постоянным курсом корабль будет перемещаться по локсодромии – спиралевидной кривой, которая сходится в районе полюса, и, таким образом, обеспечить перемещение корабля заданными галсами становится невозможно.
Еще одно неприятное следствие схождения меридианов, его еще называют «сближение меридианов», – непреодолимые сложности в определении долготы места. При приближении к полюсу плотность меридиональной сетки возрастает настолько, что при перемещении на местности в несколько метров, долгота может изменяться на десятки градусов.
Поэтому о какой бы то ни было точности измерений географических координат в этом районе говорить не приходится. Достаточно понимать, что в точке Северного Полюса такие понятия как географическое направление и долгота вообще теряют смысл и становятся неопределенными. Действительно, находясь на полюсе, в какую-либо сторону ни повернись, везде будет юг.
Тем не менее, задача обеспечения кораблевождения в приполюсных районах остается актуальной, и поэтому потребовалось разработать специальные методы, которые бы позволили решить поставленные задачи, не смотря на все эти особенности.
Причины возникновения описанных выше проблем на самом деле созданы искусственно самим человеком. Эти проблемы – следствие использования картографической проекции Меркатора. Эта широко используемая картографическая проекция была предложена в 1569 г. голландским картографом Герардом Кремером, носившим, кроме того, латинское имя Меркатор. Эта проекция удовлетворяет двум основным требованиям, предъявляемым к проекциям для морских навигационных карт: она равноугольна, т.е. измеренные углы на местности совпадают с углами, проложенными на карте, и, следовательно, локсодромия на проекции изображается прямой линией.
Проекция Меркатора является равноугольной цилиндрической. Почему равноугольной, мы уже определили чуть выше, а цилиндрической ее называют так как ее изображение получается путем проекции поверхности на цилиндр, описанный вокруг Земного шара. Представьте себе, что Земной шар – это воздушный шарик. Вокруг шарика мы обернули плотный картонный лист и получили цилиндр. Теперь начинаем надувать шарик. Он все больше и больше будет прилегать к картонному листу, отпечатывая на нем свою поверхность. Конечно же появляются искажения там где шарик раздувается больше. Чем дальше от экватора, тем искажения больше. Очевидно также, что получить таким образом изображение полюса, скорее всего, не получится – шарик лопнет так и не отпечатав полюс на картоне.
Параллели и меридианы на карте проекции Меркатора пересекаются под прямыми углами. Возникающие при этом искажения приводят к тому, что чем дальше от экватора, тем расстояние между параллелями на карте увеличивается, стремясь на полюсе к бесконечности. Чтобы сохранить параллельность меридианов, приходится «растягивать» поверхность. В этом случае, на карте мы видим, что остров Гренландия, по своим размерам сопоставима с Африкой, хотя на самом деле черный континент по площади во много раз больше.
Таким образом, проблема навигации в приполюсных районах обусловлена принятой системой отсчета географических координат. Ведь при создании своей картографической проекции в 1569 году Герард Крамер справедливо полагал, что никто в здравом уме не будет плавать во льдах Арктики, поэтому совершенно спокойно воспринял существующие ограничения своей проекции.
Выход из этой ситуации напрашивается сам собой. Раз причиной проблемы является принятая система координат, значит нужно использовать другую систему, которая была бы применима для приполюсного района. И такую систему нашли. Картографы предложили развернуть цилиндр, описывающий Земной шар на 90 градусов и получить новую картографическую проекцию.
Такую систему координат называют квазигеографической, а картографическая проекция получила название поперечной проекции Меркатора. При этом Северный полюс переносят в точку пересечения географического экватора с географическим меридианом 180°, географические меридианы 90°Е и 90°W используют в качестве квазиэкватора, а географические меридианы 0 и 180° — в качестве начального квазимеридиана. Положение любой точки на поверхности Земли в такой системе определяется квазиширотой и квазидолготой, а направления в этой точке, например квазикурс, отличаются от направлений в географической системе координат (в данном случае — курса) на угол перехода, определяемый углом между северной частью географического меридиана и квазисеверной частью квазимеридиана точки. Именно этот способ был использован штурманами и гидрографами К-424 для определения координат измерений и нанесения их на карты. Для плавания с использованием квазикоординат издаются специальные карты в этой проекции. В отличие от классических географических координат, в квазисистеме широту не называют ни северной ни южной. Квазиширота может быть положительной или отрицательной. Также поступают и с долготой. Поначалу, после перехода из одной системы в другую было не очень привычно видеть в навигационном журнале запись: широта — 02° 12,6’, долгота + 145° 45,6’. Но потом привыкли.
Для уточнения своего места лодка два раза всплывала в полынье для принятия сигналов спутниковой навигационной системы. Во время одного из таких всплытий была сделана эта фотография.
Для уточнения места при прохождении галсов подо льдами были установлены специальные гидроакустические буи-ответчики. Их координаты были точно определены по сигналам спутниковой навигационной системы во время всплытий. При прохождении галсов под водой по гидроакустическому пеленгу и дистанции до буев уточнялось место корабля в момент замеров.
Лейтенанты Павел Майборода и Андрей Круглов на мостике К-424 в момент всплытия в полынье
За успешное выполнение этой непростой задачи командир экипажа и старший на борту – командир дивизии подводных лодок, — были удостоены государственных наград. Непосредственные же исполнители – штурмана, рулевые, механики, гидрографы, словом все, от кого напрямую зависел успех операции, как обычно бывало в те времена, остались неотмеченными.