Навигация это астрономия кратко
Обновлено: 04.07.2024
Астрономи́ческая навига́ция — комплекс методов определения навигационных параметров объекта, основанный на использовании электромагнитного излучения астрономических объектов. Применяется для определения курса и навигационных координат у наземных объектов, а также для определения ориентации Файл:Using sextant swing.jpg
Ранее астрономическая навигация являлась основным способом определения координат и курса морских судов, с использованием показаний таких приборов как спутниковыми навигационными системами , но из-за высокой степени автономности является резервной.
Содержание
Принцип определения координат
Определение координат по одновременно наблюдаемым Солнцу и Луне: синий — круг равных высот Луны, красный-Солнца.
Существует целый ряд методов определения географических координат — широты и долготы — посредством астрономических наблюдений. Некоторые из них, будучи разработанными столетия назад, ныне устарели и представляют лишь исторический интерес (например, предложенный Галилеем в 1612 году способ определения долготы по наблюдениям спутников Юпитера, а также метод лунных дистанций (Johannes Werner, 1514). Другие, разработанные позднее, вышли из профессионального употребления в морской и воздушной навигации всего лишь десятилетия назад — с появлением систем спутниковой навигации. К таким методам относятся метод определения долготы с использованием секстанта и хронометра, метод измерения по меридиану, и метод равных высот светил. Ниже приведён пример последнего.
Проводятся Навигационный треугольник
Астровизи́рование — процесс наблюдения картины звездного неба, с помощью системы управления ракетой . Астровизирование обычно производится на пассивном участке полета , так как работающие ракетные двигатели дают сильные возмущения, понижающие точность измерения. Кроме ракет также используется на самолетах, на космических летательных аппаратах , на подводных лодках [1] .
НАВИГАЦИЯ, раздел науки о способах проведения морских, воздушных судов и космических летательных аппаратов из одной точки пространства в другую. Эта задача решается методами и приборами мореходной, воздушной и космической навигации, которые позволяют определить местоположение и ориентацию движущегося объекта относительно принятой системы координат, величину и направление скорости движения, направление и расстояние до места назначения и т.д. Наиболее современные методы навигации – астрономические и радиотехнические. См. также АЭРОНАВИГАЦИЯ; КОМПАС; СЕКСТАНТ.
АСТРОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ НАВИГАЦИИ
Астрономические методы навигации основаны на определении положения известных небесных светил относительно выбранной системы координат. Эти методы реализуются при помощи астрономических оптических и оптико-электронных навигационных приборов. Для астронавигационных приборов характерны автономность измерения, ограничиваемая только видимостью небесных светил (в приземной области), и высокая точность определения координат места, не зависящая от длительности, дальности, высоты и скорости движения. Поскольку основная задача навигации заключается в проведении объекта по заданной траектории в заданное время, учет хода времени является обязательной составной частью навигационных измерений.
Небесная сфера.
Положение светил на небе определяется аналогично тому, как определяется положение точки на земной поверхности, – долготой и широтой. Вводится вспомогательная небесная сфера с центром в центре Земли, и все светила проецируются на нее. Принимается, что все светила расположены на этой сфере, вращающейся вокруг Земли. Небесный экватор рассматривается как проекция земного экватора на небесную сферу, и точно так же получаются Северный и Южный полюсы мира – как проекции земных полюсов.
Широта на небесной сфере называется склонением и может быть северной или южной относительно экватора, как и на Земле. Небесная долгота выражается звездным часовым углом (ЗЧУ), гринвичским часовым углом (ГЧУ) или местным часовым углом (МЧУ) светила. См. также НЕБЕСНАЯ СФЕРА.
Небесные часовые углы.
Небесный меридиан, проходящий через точку весеннего равноденствия, называемую также первой точкой Овна ( ), считается нулевым. ЗЧУ светила отсчитывается к западу от нулевого небесного меридиана в пределах от 0 до 360° и указывается в угловых градусах.
Поскольку небесная сфера равномерно вращается вокруг Земли с востока на запад, всякая задача астронавигации требует соотнесения часового угла наблюдаемого светила с нулевым, т.е. гринвичским, меридианом на Земле. Угол между гринвичским меридианом и светилом называется гринвичским часовым углом светила. ГЧУ тоже измеряется к западу от 0 до 360°.
Местный часовой угол (МЧУ) светила есть угол между небесным меридианом наблюдателя и положением светила. МЧУ всегда измеряется в градусах к западу от меридиана наблюдателя. Чтобы найти МЧУ светила, нужно из его ГЧУ вычесть гринвичский угол наблюдателя. Если результат оказывается отрицательным, то нужно абсолютную величину этого результата вычесть из 360°. Следует учитывать, что долгота на Земле измеряется также к востоку от гринвичского меридиана до 180°.
Приборы.
Географические координаты места объекта можно определить, измерив высоты двух светил над горизонтом. Вычисления координат могут осуществляться оператором или автоматическими астронавигационными системами. Высота же светила измеряется секстантом. Авиационные секстанты снабжаются искусственным горизонтом в виде жидкостного уровня (или гироскопа). После определения по шкале секстанта высоты светила над горизонтом вносятся небольшие поправки на погрешность градуировки прибора и на параллакс – отклоняющее действие земной атмосферы на проходящий сквозь нее свет. В авиационных секстантах предусматриваются автоматическая регистрация показания по завершении визирования, а также усреднение показаний в процессе быстрого многократного визирования. Космические секстанты на один-два порядка величины точнее морских и авиационных.
Линии положения.
Визированием небесного светила навигатор может определить лишь линию, проходящую через его местоположение. Чтобы определить свои координаты места, ему нужно визировать второе светило и установить вторую линию положения. Тогда его местоположение будет представлено точкой пересечения этих двух линий. Однако эти измерения не дают навигатору точных координат места. При визировании светила он принимает собственную оценку этих координат. Вычислив МЧУ визированного им небесного светила, навигатор с учетом склонения и часового угла последнего, пользуясь специальными таблицами, может вычислить высоту рассматриваемого небесного светила в предположении, что он находится в принятой им точке. Разность вычисленной высоты и измеренной при визировании секстантом укажет ему величину и направление смещения истинного местоположения от принятой точки. Каждая угловая минута этой разности соответствует одной морской миле (1,85 км).
РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ НАВИГАЦИИ
Радиоэлектронные системы навигации, история которых начинается со времен Второй мировой войны, позволяют бортовым приборам быстро и автоматически определять и указывать местоположение, а при необходимости и скорость, в любых погодных условиях. В наши дни многие такие системы, созданные в военных целях, обслуживают и гражданских пользователей.
Авиационные системы посадки.
Международная система такого рода – так называемая система посадки по приборам (ILS). Это микроволновая передающая система, которая сигналами трех радиомаяков указывает пилоту отклонение по курсу и глиссаде от стандартной траектории захода на посадку (см. также АЭРОПОРТ; СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН). Система ILS допускает заход на посадку только по прямой, а возможности пользования ею зависят от местных условий распространения сигнала. Эти недостатки устранены в разработанной позднее СВЧ-системе обеспечения посадки MLS. Она менее чувствительна к местным условиям, способна обслуживать кратное прибытие и может задавать переменные схемы захода. Криволинейные пути захода на посадку снижают уровень шума в некоторых аэропортах.
Радиолокация.
Радиолокационная навигация имеет особенно важное значение для судоходства в прибрежных водах. Радиолокация заменяет зрение штурману в тумане и ночной темноте. Индикатор кругового обзора (ИКО) показывает положение судна на фоне изображения карты местной зоны. Указывая также положение других судов и суши, радиолокатор позволяет избежать столкновений.
Радиолокация применяется и в воздушной навигации. Доплеровское навигационное устройство тремя или четырьмя узкими радиолучами СВЧ-антенн сканирует землю в разных направлениях. На основе эффекта Доплера вычисляется путевая скорость воздушного судна, а интегрированием скорости определяется его местоположение. См. также ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ.
Наземные радиолокационные станции служат основой современного управления воздушным движением. Радиолокация позволяет также измерять высоту, что дает возможность определять координаты самолета в трех измерениях. См. также РАДИОЛОКАЦИЯ; ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ УПРАВЛЕНИЕ.
Радиомаяки.
Пеленгаторная антенна судна может определять направление на радиомаяк, сигнал которого она принимает. Сигнал радиомаяка содержит позывной код, по которому можно установить местоположение маяка. Отсчитывая курс по компасу, штурман проводит линию положения (см. выше). Точкой пересечения двух таких линий определяются координаты судна.
Точность пеленгации по радиомаякам невелика на большом удалении от них, но приемлема – на малом. Преимуществом ручных пеленгаторных приемников (радиополукомпасов) является их дешевизна. В авиации обычно применяются автоматические радиопеленгаторы, или радиокомпасы.
Системы измерения азимута и расстояния.
Гражданские и военные радиомаяки США используют однотипное дальномерное оборудование DME (Distance Measuring Equipment). Расстояние от пользователя до радиомаяка определяется по измеренному времени, за которое сигнал пользователя доходит до радиомаяка, вызывает срабатывание ответчика (принимающего, усиливающего и снова передающего сигнал) и возвращается обратно. Время измеряется как интервал между переданным и принятым импульсами. Точность определения расстояний – около 400 м. В тех случаях, когда одно и то же оборудование DME используется для радиомаяков VOR и TACAN, система обозначается аббревиатурой VORTAC.
Точные измерения изменений дальности за малые интервалы времени лежат в основе наземного слежения за космическими летательными аппаратами. На станциях слежения используются большие антенны и атомные часы (в качестве стандартов частоты). Изменения дальности определяются по изменению фазы сигнала, пришедшего от бортового ответчика КЛА.
Гиперболические системы.
Гиперболическая радионавигационная система дает линии положения, которые представляют собой гиперболы. Радиодальномерные системы определяют координаты в направлении на источник сигнала точнее, чем в поперечном направлении. В гиперболических системах для измерения расстояния используются радиосигналы без применения ответчика. Если ответчик может обслуживать одновременно лишь небольшое число пользователей, то число пользователей гиперболической системы не ограничено. Для измерения дальности передающей станции необходимо, как говорилось выше, очень точными (и дорогостоящими) часами измерять время прохождения сигнала. В гиперболических системах необходимость в дорогостоящих часах устранена благодаря тому, что измеряется разность времен прихода сигналов от двух разнесенных в пространстве наземных радиостанций. По этой разности вычисляется разность расстояний до радиостанций. Линии с одинаковой разностью времен прихода сигналов от каждой пары радиостанций представляют собой гиперболы на плоскости и близки к гиперболам на поверхности Земли. Точка пересечения гипербол соответствует местоположению судна.
Инерциальные навигационные системы.
Недостатком всех радиотехнических методов навигации является то, что на передаваемый и принимаемый радиосигнал могут налагаться естественные и искусственно создаваемые радиопомехи. В военной технике необходимы автономные средства навигации, которые не требовали бы внешних сигналов, а потому и не боялись бы радиоэлектронного подавления. Этим условиям отвечает т.н. инерциальная навигация. См. ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ.
Показания высоты, определяемой средствами инерциальной навигационной системы (ИНС), принципиально неустойчивы. Поэтому многие бортовые системы инерциальной навигации показывают только широту и долготу, а высота, если она необходима, определяется иными средствами. Другой возможный вариант – применение альтиметра (барометрического или радиолокационного) для стабилизации показаний высоты ИНС.
Спутниковые навигационные системы.
Радиопередатчики геостационарных и иных искусственных спутников Земли осуществляют навигационное вещание в глобальном, масштабе. Пользователь всякой спутниковой системы должен знать координаты спутника в момент определения своего местоположения. Поэтому наземные радиостанции определяют параметры орбит и координаты местоположения спутников и передают эти данные на спутники, откуда они в кодированном виде передаются пользователю. См. также СПУТНИК СВЯЗИ.
Двадцать четыре спутника системы GPS находятся на 12-часовых орбитах высотой 20 146 км с наклонением орбиты, равным 55°. Таким образом, в любой точке земного шара в пределах прямой видимости имеется не менее четырех спутников в конфигурации, благоприятной для местоопределения. Благодаря этому в наши дни водитель междугородного трейлера, автомашины медицинской скорой помощи, рулевой яхты может, имея миниатюрную антенну, считывать по цифровому дисплею навигационного приборчика размером с небольшую книжку постоянно меняющиеся координаты своего местоположения, указываемые с точностью до 15 м.
Комбинированная навигация.
Наиболее совершенной в настоящее время представляется комбинация инерциальной навигационной системы со спутниковой системой GPS. Только ИНС способна отслеживать маневры высокоскоростного самолета и непрерывно выводить на дисплей изменяющиеся значения координат, скорости и ориентации. Данные же системы GPS можно было бы использовать для контроля за накоплением ошибки инерциальной системы, что позволило бы такой комбинированной навигационной системе точно указывать координаты и скорость за длительные интервалы времени и стабилизировать показания ИНС по высоте. См. также АЭРОНАВИГАЦИЯ; АЭРОПОРТ.
Небесная навигация, также известен как астронавигация, это древняя и современная практика определение положения который позволяет навигатору перемещаться по пространству, не полагаясь на оценочные вычисления, или счисление, чтобы узнать их позицию. Небесный навигация использует "прицелы" или угловые измерения, сделанные между небесное тело (например, солнце, то Луна, а планета, или звезда) и видимое горизонт. Чаще всего используется Солнце, но навигаторы также могут использовать Луну, планету, Полярная звезда, или один из 57 других навигационные звезды координаты которых указаны в таблице морской альманах и воздух альманахи.
Содержание
пример
Пример, иллюстрирующий концепцию, лежащую в основе метод перехвата для определения своей позиции показан справа. (Два других распространенных метода определения своего местоположения с помощью астрономической навигации - это долгота по хронометру и экс-меридиан методы.) На соседнем изображении два круга на карте представляют линии положения Солнца и Луны в 1200 время по Гринвичу 29 октября 2005 года. В это время штурман на корабле в море измерил, что Луна находится на 56 градусах над горизонтом, используя секстант. Десять минут спустя было замечено, что Солнце находилось на 40 градусах выше горизонта. Затем были рассчитаны и нанесены линии положения для каждого из этих наблюдений. Поскольку и Солнце, и Луна наблюдались под соответствующими углами из одного и того же места, навигатор должен быть расположен в одном из двух мест, где пересекаются круги.
В этом случае навигатор находится либо в Атлантическом океане, примерно в 350 морских милях (650 км) к западу от Мадейры, либо в Южной Америке, примерно в 90 морских милях (170 км) к юго-западу от Асунсьона, Парагвай. В большинстве случаев определение того, какое из двух пересечений является правильным, очевидно для наблюдателя, поскольку они часто находятся на расстоянии тысяч миль друг от друга. Поскольку маловероятно, что корабль пересекает Южную Америку, позиция в Атлантике правильная. Обратите внимание, что линии положения на рисунке искажены из-за проекции карты; если бы они были нанесены на глобус, они были бы круглыми.
Наблюдатель на Гран Чако точка будет видеть Луну слева от Солнца, а наблюдатель в точке Мадейры будет видеть Луну справа от Солнца.
Угловое измерение
Точное измерение углов развивалось с годами. Один из простых способов - держать руку над горизонтом с вытянутой рукой. Ширина мизинца представляет собой угол чуть более 1,5 градуса возвышения на вытянутой руке и может использоваться для оценки высоты солнца от плоскости горизонта и, следовательно, оценки времени до захода солнца. Потребность в более точных измерениях привела к разработке ряда все более точных инструментов, включая Камал, астролябия, октант и секстант. Секстант и октант являются наиболее точными, потому что они измеряют углы от горизонта, устраняя ошибки, вызванные размещением указателей инструмента, а также потому, что их система двойных зеркал отменяет относительные движения инструмента, показывая устойчивый вид объекта и горизонта.
Навигаторы измеряют расстояние на земном шаре в градусы, угловые минуты и угловые секунды. А морская миля определяется как 1852 метра, но это также (не случайно) одна угловая минута по меридиану на Земле. Секстанты можно считывать с точностью до 0,2 угловой минуты, поэтому положение наблюдателя можно определить в пределах (теоретически) 0,2 мили, примерно 400 ярдов (370 м). Большинство океанских мореплавателей, стреляющих с движущейся платформы, могут достичь практической точности в 1,5 мили (2,8 км), что достаточно для безопасного плавания вне поля зрения суши. [ нужна цитата ]
Практическая навигация
Практическая астрономическая навигация обычно требует морской хронометр для измерения времени секстант для измерения углов альманах предоставление графиков координат небесных объектов, набор таблиц уменьшения видимости, помогающих выполнить высоту и азимут расчеты и карта региона.
В случае отказа оборудования или электроснабжения несколько раз в день пересечение солнечных линий и продвижение по ним по точному счёту позволяет судну получить грубую исправную работу, достаточную для возвращения в порт. Можно также использовать Луну, планету, Полярная звезда, или один из 57 других навигационные звезды отслеживать астрономическое положение.
Широта
Долгота
Долгота можно измерить таким же образом. Если угол к Полярной звезде может быть точно измерен, долгота будет получена аналогично измерению звезды около восточного или западного горизонта. Проблема в том, что Земля вращается на 15 градусов в час, поэтому такие измерения зависят от времени. Измерение за несколько минут до или после того же измерения накануне создает серьезные навигационные ошибки. До хорошего хронометры были доступны, измерения долготы были основаны на прохождении Луны или положениях лун Юпитера. По большей части, их было слишком сложно использовать кому-либо, кроме профессиональных астрономов. Изобретение современного хронометра Джон Харрисон в 1761 г. значительно упрощен продольный расчет.
На решение проблемы долготы потребовались столетия, и она зависела от конструкции немаятниковых часов (поскольку маятниковые часы не могут точно работать на качающемся корабле или даже на движущемся транспортном средстве любого типа). Два полезных метода развились в 18 веке и практикуются до сих пор: лунное расстояние, который не предполагает использование хронометра, а также использование точных часов или хронометра.
В настоящее время неспециалисты могут рассчитывать долготу, отмечая точное местное время (без привязки к летнему времени), когда солнце находится в самой высокой точке неба. Расчет полудня может быть выполнен более легко и точно с помощью небольшой, точно вертикальной рейки, вбитой в ровную поверхность - считайте время, когда тень указывает строго на север (в северном полушарии). Затем возьмите ваше местное время и вычтите его из GMT (Время по Гринвичу) или время в Лондоне, Англия. Например, полдень (1200 часов) вблизи центральной части Канады или США будет происходить примерно в 18:00 (18:00) в Лондоне. Шестичасовой дифференциал составляет одну четверть 24-часового дня или 90 градусов 360-градусного круга (Земля). Расчет также можно произвести, умножив количество часов (используйте десятичные дроби для долей часа) на 15, то есть количество градусов в часе. В любом случае, можно продемонстрировать, что большая часть центральной части Северной Америки находится на или около 90 градусов западной долготы. Восточные долготы можно определить, прибавив местное время к Гринвичу с помощью аналогичных вычислений.
Лунное расстояние
Старый метод под названием "лунные расстояния", был усовершенствован в 18 веке и использовался с уменьшающейся регулярностью в море в середине 19 века. Сегодня он используется только любителями секстантов и историками, но этот метод теоретически надежен и может использоваться, когда часы не работают. или его точность сомнительна во время длительного морского путешествия. Навигатор точно измеряет угол между луной и солнцем или между луной и одной из нескольких звезд рядом с эклиптика. Наблюдаемый угол должен быть скорректирован с учетом эффектов рефракции и параллакса, как и в любом небесном прицеле. Чтобы внести эту поправку, навигатор должен был измерить высоту Луны и Солнца (или звезды) примерно в то же время, что и угол лунного расстояния. Требовались только приблизительные значения высоты. Затем расчет с логарифмами или графическими таблицами, требующий от десяти до пятнадцати минут работы, преобразует наблюдаемый угол в геоцентрическое лунное расстояние. Навигатор будет сравнивать скорректированный угол с указанным в альманахе для каждых трех часов гринвичского времени и интерполировать между этими значениями, чтобы получить фактическое время по Гринвичу на борту корабля. Зная время по Гринвичу и сравнивая с местным временем с обычного высотного прицела, навигатор может определить свою долготу.
Использование времени
Значительно более популярным методом было (и остается) использование точных часов для прямого измерения времени секстантного взгляда. Потребность в точной навигации привела к развитию все более точных хронометров в 18 веке (см. Джон Харрисон). Сегодня время измеряется хронометром, кварцевые часы, а коротковолновый радиосигнал времени трансляция из атомные часы, или время, отображаемое на GPS. [1] А кварцевые наручные часы обычно держит время в пределах полсекунды в день. Если его постоянно носить и держать близко к теплу, скорость его дрейфа можно измерить с помощью радио, и, компенсируя это дрейф, навигатор может отсчитывать время лучше секунды в месяц. Традиционно навигатор проверял свой хронометр по секстанту на географической отметке, которую исследовал профессиональный астроном. Сейчас это редкий навык, и большинство капитаны порта не могут найти маркер своей гавани.
По традиции три хронометра хранились в подвесы в сухом помещении недалеко от центра корабля. Они использовались, чтобы установить взломать часы для реального прицела, так что ни один хронометр никогда не подвергался воздействию ветра и соленой воды на палубе. Заводить и сравнивать хронометры было важнейшей обязанностью штурмана. Даже сегодня он все еще ежедневно регистрируется в судовом бортовом журнале и передается капитану. восемь колоколов в утреннюю вахту (полдень на корабле). Штурманы также устанавливают судовые часы и календарь.
Современная астрономическая навигация
В то время как астрономическая навигация становится все более излишней с появлением недорогих и высокоточных спутниковых навигационных приемников (GPS), он широко использовался в авиации до 1960-х годов, а морское судоходство до недавнего времени. Однако; Поскольку благоразумный моряк никогда не полагается на какие-либо единственные средства определения своего местоположения, многие национальные морские власти по-прежнему требуют, чтобы палубные офицеры продемонстрировали знание астрономической навигации на экзаменах, в первую очередь в качестве запасного средства для электронной / спутниковой навигации. Одним из наиболее распространенных в настоящее время способов использования астрономической навигации на борту больших торговых судов является калибровка компаса и проверка ошибок в море, когда нет доступных наземных ориентиров.
В ВВС США и ВМС США продолжал инструктировать военных летчиков по использованию астрономической навигации до 1997 года, потому что:
- небесная навигация может использоваться независимо от наземных средств
- небесная навигация имеет глобальный охват
- небесная навигация не может быть заглушена (хотя может быть закрыта облаками)
- астрономическая навигация не дает никаких сигналов, которые могут быть обнаружены противником [2]
В Военно-морская академия США объявил, что прекращает курс по астрономической навигации (который считается одним из самых сложных неинженерных курсов) из формальной учебной программы весной 1998 года. [3] В октябре 2015 г., ссылаясь на озабоченность по поводу надежности систем GPS перед лицом потенциально враждебных взлом, USNA возобновила обучение астронавигации в 2015–16 учебном году. [4] [5]
В другой академии федеральной службы, Академии торгового флота США, не было перерывов в обучении астрономической навигации, поскольку для поступления в нее необходимо сдать экзамен на получение лицензии береговой охраны США. Торговый флот. Его также преподают в Гарвард, последний раз как Astronomy 2. [6]
Небесная навигация по-прежнему используется частными яхтсменами, особенно на дальних круизных яхтах по всему миру. Для небольших экипажей крейсерских лодок астрономическая навигация обычно считается важным навыком при выходе за пределы видимого диапазона суши. Хотя технология GPS (Global Positioning System) является надежной, оффшорные яхтсмены используют астрономическую навигацию либо как основной навигационный инструмент, либо как резервный.
Вариант наземной астрономической навигации использовался, чтобы помочь сориентировать Космический корабль Аполлон по пути к Луне и обратно. По сей день космические миссии, такие как Марсоход для исследования Марса использовать звездные трекеры определить отношение космического корабля.
Уже в середине 1960-х годов были разработаны передовые электронные и компьютерные системы, позволяющие навигаторам получать автоматические корректировки небесного обзора. Эти системы использовались как на борту кораблей, так и на самолетах ВВС США и были очень точными, могли фиксировать до 11 звезд (даже в дневное время) и определять положение корабля до менее 300 футов (91 м). В СР-71 высокоскоростной самолет-разведчик был одним из примеров самолета, в котором использовалась комбинация автоматизированная астрономическая и инерциальная навигация. Однако эти редкие системы были дорогими, и те немногие, которые используются сегодня, рассматриваются как резервные копии более надежных спутниковых систем позиционирования.
Межконтинентальные баллистические ракеты использовать астрономическую навигацию для проверки и корректировки своего курса (первоначально установленного с помощью внутренних гироскопов) при полете за пределами Земли атмосфера. Невосприимчивость к заглушающим сигналам - главный двигатель этой, казалось бы, архаичной техники.
Навигация и хронометраж на основе рентгеновских пульсаров (XNAV) - это экспериментальный метод навигации, при котором периодические Рентгеновский сигналы, испускаемые из пульсары используются для определения местоположения транспортного средства, например космического корабля в глубоком космосе. Транспортное средство, использующее XNAV, будет сравнивать полученные рентгеновские сигналы с базой данных известных частот и местоположений пульсаров. Подобно GPS, это сравнение позволит транспортному средству точно определить свое местоположение (± 5 км). Преимущество использования рентгеновских сигналов перед радиоволны в том, что Рентгеновские телескопы можно сделать меньше и легче. [8] [9] [10] 9 ноября 2016 г. Китайская Академия Наук запустил экспериментальный навигационный спутник "Пульсар", названный XPNAV 1. [11] [12] SEXTANT (Station Explorer для рентгеновской синхронизации и навигационных технологий) - это НАСАпроект, разработанный на базе Центр космических полетов Годдарда это тестирует XNAV на орбите на борту Международная космическая станция в связи с НИЦЕР проект, запущенный 3 июня 2017 г. SpaceX CRS-11 Миссия по снабжению МКС. [13]
Подготовка
Учебно-тренировочное оборудование для экипажей самолетов сочетает в себе простую симулятор полета с планетарий.
Link Celestial Navigation Trainer был разработан в ответ на запрос, сделанный королевские воздушные силы (RAF) в 1939 году. Королевские ВВС заказали 60 таких машин, и первая была построена в 1941 году. Королевские ВВС использовали лишь несколько из них, а остальные сдавали в аренду США, где в конечном итоге использовались сотни.
В морской навигации , как и в прошлом в аэронавигации , определение местоположения требует использования секстанта , просмотра эфемерид , звездообразного идентификатора, измерения точного времени и применения математических формул.
В космической навигации космический корабль оснащен искателем звезд .
Эти методы, независимые от какой-либо внешней системы, могут быть реализованы полностью автономно и без каких-либо электрических устройств. Астрономическая навигация зависит только от метеорологических условий : без видимых звезд измерения невозможны.
Астрономическая навигация долгое время оставалась единственной техникой, позволяющей мореплавателям оставаться вне поля зрения суши, при условии, что время известно с очень хорошей точностью и что их уважение сохраняется. ВС звезда используется наиболее часто, но наиболее точные измерения получены с помощью звезд, на рассвете или в сумерках , потому что это необходимо для горизонта , чтобы быть видимым. Также возможно нацеливаться на Луну и планеты (с менее точными результатами) при условии, что они описаны в эфемеридах . Наблюдение за несколькими звездами позволяет получить хорошее положение на рассвете и в сумерках (сумеречная точка ), а также положение Солнца в любое время дня или на меридиане ( точка в полдень ).
Резюме
Основной принцип
Красный круг - это геометрическое место точек, из которых мы видим Солнце на одной и той же высоте в данный момент; синий, что у Луны, в то же время; наблюдатель находится на пересечении этих двух кругов (круги искажены используемой картографической проекцией ).
Измеряя несколько высот разных звезд или устанавливая измерения одной и той же звезды в разное время, можно определить положение на пересечении этих разных кругов. Методы вычислений на основе таблиц логарифмов или научного калькулятора позволяют определять эти положения по измеренным углам.
Измерение высоты на секстанте
Точность измерительных инструментов со временем эволюционировала. Простой и очень грубый метод - поднять руку с вытянутой рукой. Ширина пальца соответствует примерно 1,5 °. Потребность в более точных измерительных инструментах привела к разработке многих все более мощных инструментов, посоха Иакова , камала, квадранта , астролябии , октанта и сегодня секстанта , который позволяет с помощью набора зеркал измерять высоту тела. звезда над горизонтом с хорошей точностью.
Чтение хорошо настроенного секстанта позволяет получить точность 0,2 угловой дуги. Таким образом, теоретически наблюдатель может определить свое местоположение с точностью до 0,2 морской мили . На практике штурманы получают точность порядка 1 или 2 морских миль (движение судна, волнение, более или менее чистый горизонт, неточности времени).
Высота, измеренная с помощью секстанта, должна корректироваться определенным количеством параметров, зависящих от оптики используемого секстанта, высоты наблюдателя над водой, астрономической рефракции и целевой звезды.
Истинная высота определяется из высоты, измеренной по формуле: час v \,> час м \,>
Линия высоты
Затем расчет заключается в определении по ее предполагаемому положению высоты, на которой должна наблюдаться звезда, и в сравнении ее с наблюдаемой высотой . Разница называется точкой пересечения (в угловых минутах, 1 '= 1 морская миля ). Мы проводим линию высоты от ее предполагаемого положения перпендикулярно азимуту наблюдения звезды на расстоянии, равном пересечению (с другой стороны, если оно отрицательное). ( час е ) ) \,> ( час v ) ) \,> ( час v - час е ) -h_ ) \,>
Расчетная высота рассчитывается по формуле: час е \,>
Раньше расчет производился с использованием конкретных логарифмических таблиц (таблицы Фриокура, 900 таблиц, которые больше не редактируются, или HO 211 от Гидрографического управления ВМС США). Мы также могли бы использовать таблицы, такие как HO-249, дающие предварительно рассчитанные результаты для очень большого количества точек на земном шаре. В этом случае мы использовали не его оценочную позицию, а самую близкую позицию, доступную в таблице. Сегодня мы можем использовать научный калькулятор или специальное программное обеспечение на микрокомпьютере.
В течение дня Солнце регистрируется в разное время, сообщая о движении корабля, и, как правило, эти наблюдения сопоставляются с высотой меридиана.
На рассвете или в сумерках идентификатор звезды может использоваться для идентификации звезд, которые будут видны, а также секторов неба, которые нужно отслеживать для их идентификации. Затем мы последовательно нацеливаемся на эти звезды и планеты. Эта сумеречная точка , где наблюдения происходят почти одновременно, не испорчена ошибкой из-за неопределенности оценки между каждым наблюдением, например, по утренним линиям и меридиану. Пересечение рассчитывается с использованием одной и той же оценочной точки для каждой линии во время последнего наблюдения, но азимуты и пересечения с оцененными точками наносятся на карту в порядке, обратном моментам наблюдения (метод, известный как оценочная точка ).
Линия высоты у полярного
Обновить в полдень
Меридиан
Наблюдение звезды на ее верхнем проходе в меридиане места позволяет определить широту простым алгебраическим сложением зенитного расстояния и склонения звезды: φ
Поскольку меридиональная плоскость не может быть материализована в море, прохождение звезды в этой плоскости определяется временем, которое не нужно знать с большой точностью, поскольку зенитное расстояние звезды мало меняется вокруг прохождения.
На практике это наблюдение возможно только с Солнцем, потому что кульминация других звезд будет наблюдаться только ночью, в то время как горизонт, как правило, больше не виден. Меридиан можно наблюдать между одной минутой до и одной минутой после рассчитанного времени; в этих пределах будет отмечена высота, полученная в момент наилучшего контакта.
Перенос одной или нескольких прямых линий высоты, наблюдаемых утром, позволяет с помощью меридиана получить точку в полдень.
Циркуммеридион
Если наблюдение меридиана (например, облака) не может быть выполнено в установленные сроки (+ или - 1 минута), циркуммеридиан позволяет быстро использовать сделанные наблюдения.
Соответствующие Circumzenithales
Когда звезда достигает кульминации около зенита , положение корабля можно определить за несколько минут. Широта - это широта меридиана, а долгота выводится из времени кульминации: ( час v > 80 ∘ ) > 80 ^ ) \,>
Настоящий час кульминации нельзя наблюдать напрямую; он получается путем взятия среднего количества часов пролета на одинаковых высотах, наблюдаемых по обе стороны от меридиана, не слишком близко, потому что изменение высоты было бы незначительным, и не слишком далеко, потому что среднее количество часов пролета тоже отклонялось бы многое со времени кульминации.
- Расчет точного времени (по всемирному времени) кульминации на меридиане (расчетная долгота): Т против о \,> грамм е \,>
- начните наблюдения примерно с (13 мин для зенитного расстояния от 8 до 10 °; постепенно уменьшать и до 6 мин, если оно меньше 2 °), наблюдая увеличивающуюся высоту на 3 'на 3' (для постепенного увеличения и увеличения до 7 ', если зенитное расстояние меньше 2 °); Т против о - 13 м я нет -13 >>
- соблюдайте высоту кульминации;
- наблюдайте ряд убывающих высот, равных тем, которые были взяты до кульминации;
- рассчитать время кульминации по среднему количеству часов перехода на равных высотах; рисовать откуда Δ M грамм
- рассчитать широту: φ знак равно ( 90 ∘ - час v ) + D -h_ ) + D>
Навигация без инструментов
В 1965 году на борту Rehu Moana британец Дэвид Льюис отплыл с Таити на север Новой Зеландии , используя полинезийские методы навигации . Без секстанта и без компаса он преодолевает почти 2000 миль, используя, в частности, таблицу с уровнем захода и восхода солнца.
Читайте также: