Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Как было указано выше, для определения координат местонахождения ИСЗ необходимо, кроме вертикали, иметь и оптические устройства — телескопы, автоматически следящие за двумя звездами. Эти фотоследящие устройства содержат в себе оптическую систему телескопов, направляющих световой поток от звезд на фотоэлементы. Электрические сигналы от фотоэлементов передаются через усилители на инерционные двигатели, которые направляют телескопы на звезды. При отклонении каждого из телескопов от направления на соответствующую звезду такая следящая система автоматически возвращает его обратно.

Вполне очевидно, что выполнять какие бы то ни было построения на глобусе, как это показано было выше, в условиях ИСЗ не представляется возможным.

Эта задача должна решаться автоматически электронным счетно-решающим устройством. На вход этого счетно-решающего устройства поступают сигналы, соответствующие измеренным зенитным расстояниям двух звезд.

Кроме того, перед запуском ИСЗ в счетно-решающее устройство вводятся координаты географических мест светил ( ГМС ). Изменение долготы ГМС осуществляется от часов, которые изменяют долготу на 360° в течение звездных суток. На основании измеренных и заданных данных счетно-решающее устройство выполняет математическую операцию, сводящуюся к определению координат точек пересечения двух кругов на сфере. По существу задача сводится к решению двух тригонометрических уравнений с двумя неизвестными — широтой и долготой географического места ИСЗ.

Полученные в результате автоматической работы счетно-решающего устройства координаты ИСЗ поступают на соответствующие приборы, а также могут быть переданы по телеканалам связи на Землю.

В процессе движения искусственного спутника по орбите вполне возможна потеря видимости одной или обеих звезд вследствие того, что Земля может оказаться между искусственным спутником и наблюдаемыми звездами. Следовательно, астроориентатор должен автоматически переключаться на другие видимые и удобные для навигации звезды. Но для выполнения этого необходимо вводить в счетнорешающее устройство координаты географического места этих звезд. С этой целью в счетно-решающем механизме должно быть предусмотрено устройство для задания программы перехода с одних звезд на другие, а координаты ГМС звезд, входящих в программу, должны задаваться перед запуском ИСЗ. Выбор удобных для навигации звезд производится с учетом того, чтобы в процессе движения ИСЗ по орбите между очередными наблюдаемыми звездами была разность азимутов [33]около 90°, а зенитные расстояния не были бы малы. Удовлетворение этих условий дает возможность повысить точность определения широты и долготы ИСЗ. Поясним эти два важных требования.

Как было указано выше, географическое место искусственного спутника Земли определялось как точка пересечения двух кругов равных высот звезд. Угол Δ А между касательными к кругам равных высот в их точке пересечения как раз и есть разность азимутов.

Разность азимутов может быть наглядно представлена на рис. 51, где h 1и h 2— высота светил (звезд), Δ А — разность азимутов. Из рис. 51 видно, что если значения h 1и h 2близки к нулю, то звезды близки к горизонту.

Если угол между касательными мал (см. рис. 52), то определение положения точки пересечения кругов равных высот становится затруднительным.

Наиболее точное определение точки пересечения кругов равных высот получается в том случае, когда разность азимутов близка к 90° (рис. 53).

Величина зенитного расстояния определяет радиус круга равных высот. Если зенитное расстояние мало (рис. 54), то две точки пересечения кругов равных высот (точка С и точка D ) могут быть близки друг к другу, и счетно-решающее устройство может не различить разницы между координатами этих двух точек, что приведет к неправильному определению местоположения искусственного спутника Земли.

Из приведенных примеров видно, какое важное значение имеет выбор удобных для астронавигации звезд. Этот выбор для различных вариантов запуска ИСЗ может быть произведен астронавтами заблаговременно.

К устройству, осуществляющему астроориентировку ИСЗ, предъявляются весьма высокие требования в отношении точностей. Например, ошибка в определении вертикали в 1° приводит к появлению ошибки в определении координат ИСЗ до 111 км на земной поверхности.

Следует заметить, что описанное выше устройство, состоящее из оптического построителя вертикали и фотоэлектронного следящего устройства за звездами, которое обычно называется астроориентатором, может также измерять и третью координату — высоту полета ИСЗ.

Измерение высоты осуществляется вертикалью астроориентатора.

Как видно из рис. 55, треугольник AO 1 O , образованный одной из граней AO 1и осью OO 1оптической пирамиды, содержит одну известную сторону ОА , равную радиусу ( R ) Земли, и измеренный угол α.

Так как треугольник AOO 1является прямоугольным, то сторона его OO 1легко определяется. Отсюда следует, что высота полета Н получается путем вычитания из стороны OO 1треугольника отрезка ОВ , равного радиусу Земли. Эта геометрическая задача решается также счетно-решающим устройством астроориентатора, находящегося на спутнике.