Николай Кондратьев - Ориентировка по звездам

При выборе траектории полета космического корабля необходимо будет учитывать не только его энергетические возможности, но и ряд других важных факторов. Например, траектория полета не должна проходить вблизи Солнца, пересекать орбиты метеорных потоков, проходить в зонах с недопустимой величиной космической радиации.

Рис. 43. Поверхности положения: а — сфера; б — циклида, в — конус

Момент старта космического корабля должен быть рассчитан так, чтобы пересечение его траектории с орбитой планеты назначения произошло тогда, когда в расчетной точке встречи будут находиться и корабль и планета назначения,

Для контроля движения корабля по заданной орбите, маневра и направления орбиты его движения, обеспечения перехода в расчетной точке на траекторию для последующей посадки на небесное тело необходимо знать свое положение в пространстве, т. е. ориентироваться.

Какой же характер ориентировки будет у космонавтов? На каких принципах будет основано определение своего местоположения в космическом полете? Оказывается, и при полете в космическом пространстве астрономическая навигация может служить одним из основных средств определения местоположения летательного аппарата.

Применение автоматических фотоследящих и радиолокационных систем для наблюдения за небесными светилами позволит с достаточной точностью определить местоположение корабля в космическом пространстве. Благодаря возможности заранее и точно вычислить положение небесных светил и автоматически измерить угловые величины между ними, а также угловые величины диаметров Солнца и планет или расстояния до их центров астрономический ориентатор автоматически может выдать координаты космического корабля.

Принцип межпланетной навигации основан на использовании поверхностей положения (геометрических мест точек вероятного местоположения) космического корабля относительно каких-то небесных светил.

Для определения координат космического корабля необходимы как минимум три поверхности положения: две из них в пересечении дают линию положения, а пересечение этой линии с третьей поверхностью дает две точки, одна из которых соответствует местоположению космического корабля. Вопрос о том, в какой из них находится корабль, решается просто, так как всегда известно его приближенное местоположение.

Поверхностями положения могут быть:

1. Поверхность равных диаметров планеты или Солнца и равных расстояний до центра одного из этих светил. Она получается путем измерения углового размера видимого диаметра или расстояния до центра какого-либо из этих небесных тел. По форме это сферическая (шаровая) поверхность (рис. 43, а).

2. Поверхность равных углов между направлениями на центры двух небесных тел солнечной системы. Эта поверхность представляет собой циклиду, получаемую вращением дуги окружности вокруг оси, соединяющей центры небесных тел (рис. 43, б).

3. Поверхность равных углов между направлением на планету или Солнце и звезду. Она получается в результате измерения угла между направлением на звезду и направлением на центр одного из небесных тел солнечной системы. Так как звезды находятся на очень большом расстоянии, то лучи света от них идут практически параллельно, поэтому поверхность положения имеет форму конуса с вершиной в центре планеты или Солнца (рис. 43, в).

Для получения поверхностей положения, помимо указанных величин, необходимо также знать размеры планет и Солнца, их эфемериды (положения на небесной сфере), расстояния между этими небесными телами и угловые координаты звезд.

Измеряя направления на небесные светила, углы между направлениями на центры, угловые размеры диаметров планет (Солнца, Луны) или расстояния до их центров и комбинируя эти методы определения поверхности положения, можно получить несколько способов вычисления координат в межпланетном полете. Например, в результате измерения углового диаметра планеты или Солнца и направления на две звезды, получаются сферическая и две конические поверхности положения с общей вершиной в центре планеты (Солнца). Линии пересечения сферы с конусами являются окружностями, в пересечении которых получаются две точки М 1и М 2. Одна из этих точек и является действительным местоположением космического корабля (рис. 44, а).

Рис. 44. Определение местоположения в точке пересечения трех поверхностей положения: а — пересечением сферы с двумя коническими поверхностями; б — пересечением двух сферических поверхностей с конусом; в — пересечением трех сферических поверхностей

Нетрудно видеть, что этот метод аналогичен рассмотренному выше методу астрономического определения места самолета в полете, основанному на измерении высот двух небесных светил.

В результате измерения диаметров двух планет (или планеты и Солнца) и направления на звезду местоположение космического корабля получается в одной из двух точек пересечения двух сферических поверхностей и поверхности конуса (рис. 44, б).

Измерение диаметров трех небесных светил солнечной системы или расстояний до их центров дает еще один способ определения координат космического корабля. В этом случае получаются три сферические поверхности положения. Одна из двух точек пересечения этих поверхностей определяет координаты космического корабля (рис. 44, в).

Кроме рассмотренных, возможны и другие способы определения местоположения по поверхностям положения. Возможно также использование поверхностей положения какой-либо иной геометрической формы. Но всегда их должно быть не менее трех. Только в этом случае их пересечение дает координаты космического корабля.

Необходимо отметить также, что при астрономических методах навигации весьма важно с большой точностью измерять время. Ошибки, даже небольшие, в определении этого навигационного элемента существенно скажутся на точности определения координат космического корабля.

Применение каждого из методов космической навигации в различных условиях полета имеет свои преимущества и недостатки, касающиеся главным образом точности определения местоположения. Так, для ближней навигации, т. е. для ориентировки вблизи планеты назначения, и для обеспечения последующей посадки на нее космического корабля относительно лучшие результаты дает метод, основанный на измерении угловой величины видимого диаметра до планеты или расстояния до ее центра и на измерении углов между направлениями на центр этой планеты и на две звезды.