С думой о Земле

Высокая точность привязки корабельных командно-измерительных пунктов требуется потому, что ошибки определения местоположения судна влияют на точность баллистических расчетов и прежде всего на прогноз движения космических аппаратов, то есть на качество работы, для которой они призваны. Конечно, достигнуть в океане той точности привязки, что и на суше, задача пока недостижимая. И все-таки она должна быть во много раз точнее, чем это позволяют традиционные навигационные методы судовождения.

При телеметрических измерениях и передаче команд требуется меньшая точность привязки, чем при траекторных измерениях. Однако и здесь ошибки местоопределения ведут к неточности расчета целеуказаний и программ управления корабельными остронаправленными антеннами и, как следствие этого, к неполноценным сеансам связи.

В последние годы для определения местоположения судов все более широкое применение находят спутники. Возможность применения космических аппаратов для целей навигации стала понятна еще в 50-х годах. Специалисты, анализируя сигналы, отметили, что из них можно извлечь достаточно полные сведения о параметрах орбит спутника. Одновременно было установлено, что возможно решение и обратной задачи: на основе точных сведений о параметрах орбиты определить координаты местоположения станции слежения. Эти результаты послужили причиной сначала исследований и экспериментов, а затем создания спутниковых навигационных систем.

Высота орбиты навигационных спутников выбирается из компромиссных условий, удовлетворяющих точности определения местоположения, оперативности получения информации и масштабности обслуживания. Так, чем выше спутник, тем большее число пользователей может быть обслужено, да и погрешности в определении орбиты, вносимые Землей и ее атмосферой, уменьшаются.

Однако увеличение высоты требует большого количества спутников для сохранения оперативности. Ведь на меньших высотах угловая скорость спутника больше, и измерения могут быть проведены последовательно по одному витку во время пролета спутника над наблюдателем. С увеличением высоты измерения приходится проводить по нескольким спутникам одновременно. Что лучше?

Это зависит от целей навигации. Например, для морских судов точность определения местоположения вполне обеспечивается тысячекилометровой высотой орбиты спутника, для навигации самолетов требуется более высокая орбита.

Сейчас любая из навигационных систем включает несколько космических аппаратов, ряд наземных пунктов КИК и потребителей информации. Итак, параметры орбиты заложены на борт навигационного спутника, и он с постоянной периодичностью передает их в эфир в виде радиосигналов вместе с сигналами точного времени на частотах метрового и дециметрового диапазонов. Положение корабельного командно-измерительного пункта можно определить, измеряя дальности до спутника и углы, характеризующие направление линии визирования. Однако наибольшее распространение пока получил способ, основанный на измерении радиальной скорости спутника относительно судна в нескольких точках.

Для этого на корабельном командно-измерительном пункте, помимо радиоприемной аппаратуры, имеется специализированная вычислительная машина для расчета координат судна. Время определения координат не превышает 3 минут, а погрешность определения места 80–100 метров. Кроме того, измеряя смещение спутниковых сигналов, корабельный командно-измерительный пункт может определить и скорость своего движения.

Дальнейшее повышение точности достигается установкой прецизионных часов. Измеряя дальность до спутников, ККИП, определяет свое местоположение в точке пересечения трех сфер, центром каждой из которых является космический аппарат. Но можно пойти и по другому пути. Например, принимать сигналы не от одного, а от нескольких спутников одновременно. На таком принципе построена американская навигационная система «Навстар», обеспечивающая одновременное нахождение в зоне видимости пользователя не менее шести космических аппаратов.

Сама природа обусловила еще одну особенность корабельных командно-измерительных пунктов. Волнение океана не оставляет без внимания и судно. Под его воздействием оно совершает колебания вокруг всех трех осей. Да и сам корпус не обладает абсолютной упругостью. Этих факторов на стационарных измерительных пунктах нет. Поэтому задача стабилизации и управления антеннами на судах несравнимо более сложная, чем в наземных условиях. Кроме того, необходимо учитывать и возможное изменение курса.

Существует два известных способа стабилизации антенн современных корабельных измерительных пунктов. Естественно, каждый из них имеет свои положительные и отрицательные стороны. Если в одном случае процесс стабилизации включается в контур управления антенной, то в другом эти процессы независимы.