Искусственный спутник земли

Рис. 53. Разность азимутов близка к 90°, определение точки пересечения кругов равных высот наиболее точное:

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

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.

Рис. 54. Зенитное расстояние Z₁ мало по сравнению с Z₂, точки пересечения кругов равных высот С и D трудно различимы

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.

8. Измерение высоты полета ИСЗ

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 AO₁O, образованный одной из граней AO₁ и осью OO₁ оптической пирамиды, содержит одну известную сторону ОА, равную радиусу (R) Земли, и измеренный угол α.

Рис. 55. Определение высоты ИСЗ:

Н — высота полета ИСЗ; α — измеренный угол; R — радиус Земли; О — центр Земли, O₁ — центр ИСЗ; А — точка касания луча; В — географическое место ИСЗ

Так как треугольник AOO₁ является прямоугольным, то сторона его OO₁ легко определяется. Отсюда следует, что высота полета Н получается путем вычитания из стороны OO₁ треугольника отрезка ОВ, равного радиусу Земли. Эта геометрическая задача решается также счетно-решающим устройством астроориентатора, находящегося на спутнике.

Описанный выше принцип построения астроориентатора не является единственным. Он может быть основан также на других принципах[34]. Магнитный принцип ориентировки и стабилизации ИСЗ может обеспечить приемлемую точность определения вертикали. По-видимому, этот последний принцип найдет широкое применение на различных типах автоматизированных и обитаемых спутниках типа сателлоида.

Конструкция астроориентатора, несмотря на кажущуюся простоту заложенных в нем принципов, является сложнейшим устройством, осуществление которого связано с разрешением принципиально новых технических задач с привлечением последних достижений оптики, автоматики и телемеханики. К этому устройству предъявляются жесткие требования в части точности, малых весов, габаритов и потребляемой энергии.

При рассмотрении ориентации и стабилизации спутника мы не учитывали того, что плоскость солнечной батареи должна быть всегда направлена на Солнце. Это осуществляется специальной следящей за Солнцем системой, поворачивающей плоскость батареи вокруг горизонтальной оси аа' и вертикальной оси вв' с помощью моторов 1 и 2 (рис. 56).

Рис. 56. Следящее устройство, постоянно удерживающее солнечную батарею спутника Земли в направлении на Солнце:

а–а' — горизонтальная и в–в' — вертикальная оси вращения солнечной батареи

При отклонении солнечной батареи от направления на Солнце от специального устройства, не показанного на рисунке, измеряющего величину этого отклонения, подаются сигналы на мотор 1 или мотор 2 такого знака, чтобы при своем вращении они восстанавливали необходимое положение батареи.

Такое слежение за Солнцем будет осуществляться и при других способах стабилизации, например, относительно гироскопов, находящихся на ИСЗ, или относительно звезд, так как необходимость в электроэнергии всегда остается.

Вопрос о том, стабилизировать ли корпус ИСЗ на Солнце или же по земной вертикали, должен решаться в зависимости от соотношения масс аппаратуры, предназначенной для исследования Солнца вместе с солнечной батареей, и аппаратуры для исследования и фотографирования Земли.

Если первый комплекс оборудования (по массе) больше второго, то корпус ИСЗ вместе с солнечной батареей нужно стабилизировать на Солнце. Второй же комплекс стабилизировать на Землю отдельно от корпуса, и наоборот.

Если второй комплекс больше по массе, чем первый, то корпус ИСЗ следует стабилизировать по земной вертикали, а солнечную батарею стабилизировать отдельно на Солнце, как показано на рис. 56. В этом случае получается наименьший расход энергии, потребляемой автоматической системой стабилизации.