Искусственный спутник земли

Если под действием каких-либо причин какой-то счетчик окажется направленным ниже линии горизонта, то счетчик, расположенный против него, будет направлен выше линии горизонта. Тогда вследствие экранирующих свойств Земли число частиц, регистрируемых первым счетчиком, станет равным нулю, а у второго счетчика число регистрируемых частиц резко возрастет.

Поступающий от счетчика разностный сигнал после усиления можно подать на устройство типа вращающихся маховичков, восстанавливающее направление вертикали на спутнике к центру Земли. Предполагают, что такой метод стабилизации позволит получить вертикаль на спутнике с ошибкой не более 10°.

Подобная ошибка является большой для астрономической ориентировки. Но такая точность определения вертикали достаточна для решения некоторых задач, не требующих большой точности ориентации ИСЗ в пространстве.

Оптическое устройство, следящее за краями Земли, и устройство с направленными счетчиками требует автоматического изменения угла между ними (α) в зависимости от высоты полета ИСЗ над Землей, которая будет все время меняться, так как спутник имеет эллиптическую орбиту, что вызывает усложнение этих устройств.

7. Следящее и счетно-решающее устройства астроориентировки

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 ΔА 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 h₁ и h₂ — высота светил (звезд), ΔА — разность азимутов. Из рис. 51 видно, что если значения h₁ и h₂ близки к нулю, то звезды близки к горизонту.

Рис. 51. Определение разности азимутов: h₁ и h₂ — высота светил, Z₁ и Z₂ — зенитные расстояния, ΔA — разность азимутов; В — местонахождение ИСЗ

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

Рис. 52. Разность азимутов ΔА слишком мала и определение положения точки пересечения кругов равных высот затруднительно:

Z₁ и Z₂ — зенитные расстояния; С и D — точки пересечения кругов

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