Автоматика в космической навигации

космический корабль

Весь комплекс проблем, возникающих при космическом полете — от управления кораблем до организации бесперебойной радиосвязи с Землей, от поддержания постоянного уровня температуры в кабине до осуществления разнообразнейших научных исследований,— разрешается с помощью автоматических устройств. Сама природа космических полетов, требующая решения тех или иных задач в кратчайшие доли секунды, даже не ощутимые человеком, исключает возможность ручного управления многими процессами на корабле. И чем сложнее будут проблемы, которые предстоит решать космонавтике, тем более ответственна и серьезна будет роль, отведенная в космосе автоматике. К числу таких проблем, где значение автоматических устройств будет возрастать с каждым следующим полетом, относятся и многие вопросы космической навигации.

Система инерциальной навигации представляет собой, как известно, платформу, гироскопически стабилизированную в земном пространстве. Термин «земное пространство» для нас пока что еще непривычен, но со временем это понятие станет таким же будничным и обыденным, как широта и долгота в географических координатах. Гироскопическая система позволяет ориентироваться в околоземном пространстве при условии, что автоматические корректирующие устройства заставляют гироскопы «дрейфовать», или, как говорят специалисты, прецессировать со скоростью, соответствующей скоростям вращения Земли и космического корабля, а также курсу полета и географическим координатам. Все эти величины нужно определить с весьма высокой степенью точности, поскольку ошибки в измерении, многократно увеличившись в вычислительных устройствах корректора, резко исказят траекторию движения, тем более, что ошибки вносятся и самой динамикой работы гироскопической платформы. Их вызывает трение в осях подвеса, колебания температуры, приводящие к так называемой разбалансировке гироскопа. Очень сильно сказывается влияние ускорения силы тяжести Земли и ускорение самого корабля.

Специалисты стремятся всеми способами свести все эти вредные влияния к минимуму. Гироскопические датчики помещают в поплавковые подвесы, то есть заключают в герметический кожух, который плавает в жидкости, — этим резко снижаются погрешности, вносимые трением. В отсеке, где установлен ротор гироскопа, поддерживают постоянную температуру. Сложнейшие и точнейшие методы балансировки роторов привели к тому, что лаборатории, где эта балансировка производится, по своей сверкающей чистоте и аккуратности могут соперничать с операционными лучших хирургических клиник.

Наконец, ученые и инженеры стараются уменьшить погрешности системы, совершенствуя интегрирующие элементы, которые выдают информацию, необходимую для создания требуемой скорости прецессии. Одна за другой рождаются новые, остроумнейшие схемы включения гироскопов.

Системы навигации современных космических кораблей «привязаны» к Земле, то есть позволяют определить географические координаты, скорость, курс и высоту корабля относительно нашей планеты. При полетах к далеким звездам — а эта фантастическая мечта может стать реальностью значительно скорее, чем мы это себе представляем, — существующих способов ориентации окажется недостаточно. Чтобы не заблудиться в межзвездном пространстве, придется пользоваться другой системой координат, связанной с какими-либо тремя звездами, настолько удаленными от Земли, что их можно считать неподвижными, так как их перемещения по небесной сфере нам обнаружить не удается.

Ориентироваться в космосе, с одной стороны, легче, потому что за пределами атмосферы звезды видны всегда, но, с другой стороны, и труднее, так как в межзвездном пространстве нет естественного горизонта, его должны заменить три свободных гироскопа, нацеленных на дальние звезды. Выбрать эти три звезды — дело астрономов, и далеко не такое простое, как кажется: мы уже говорили, что они должны быть достаточно далеки от Земли, но ведь чем дальше звезда от нас, тем слабее доходит ее свет, а это весьма затрудняет ориентировку приборов.

Помимо этой чисто астрономической проблемы, возникает и инженерно-техническая — построить звездное пространство на космическом корабле. Если при привязке к земному пространству во время нынешних космических полетов необходимо обеспечить требуемую скорость прецессии гироскопов, то направления осей гироскопов, создающих звездное пространство, наоборот, должны быть неизменны, неподвижны — скорость прецессии равна нулю. Вот маленький расчет, показывающий, с какой фантастической, немыслимой точностью должны работать гироскопы, чтобы обеспечить возможность попасть в другие миры.

Поэтому в настоящее время во многих странах работают над созданием гироскопов на принципиально иной основе. Предложена, в частности, идея криогенных гироскопов, использующих явления сверхпроводимости при температурах, близких к абсолютному нулю.

Тем или другим способом, но задача ориентации в звездном пространстве будет решена, и штурманы звездолетов грядущего будут так же уверенно чувствовать себя в бескрайних просторах вселенной, как наши сегодняшние космонавты на околоземных орбитах.

Автор: А. М. Летов.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что проблема автоматики в космической навигации сейчас столь же важна и актуальна как, например проблема проектирования газоснабжения больше о которой можно узнать на сайте http://proekt-gaz.ru/.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *