Автоматика в космічній навігації

Весь комплекс проблем, що виникають при космічному польоті – від управління кораблем до організації безперебійного радіозв’язку з Землею, від підтримки постійного рівня температури в кабіні до здійснення найрізноманітніших наукових досліджень, – вирішується за допомогою автоматичних пристроїв. Сама природа космічних польотів, що вимагає вирішення тих чи інших завдань у найкоротші частки секунди, навіть не відчутні людиною, виключає можливість ручного управління багатьма процесами на кораблі. І чим складніше будуть проблеми, які належить вирішувати космонавтиці, тим більш відповідальна і серйозна буде роль, відведена в космосі автоматиці. До числа таких проблем, де значення автоматичних пристроїв буде зростати з кожним наступним польотом, відносяться і багато питань космічної навігації.

Система інерціальної навігації являє собою, як відомо, платформу, гіроскопічно стабілізовану в земному просторі. Термін «земний простір» для нас поки що ще незвичний, але з часом це поняття стане таким же буденним і звичайним, як широта і довгота в географічних координатах. Гіроскопічна система дозволяє орієнтуватися в навколоземному просторі за умови, що автоматичні коригувальні пристрої змушують гіроскопи «дрейфувати», або, як кажуть фахівці, процесувати зі швидкістю, що відповідає швидкостям обертання Землі і космічного корабля, а також курсом польоту і географічних координат. Всі ці величини потрібно визначити з вельми високим ступенем точності, оскільки помилки у вимірі, багаторазово збільшившись в обчислювальних пристроях коректора, різко спотворять траєкторію руху, тим більше, що помилки вносяться і самою динамікою роботи гіроскопічної платформи. Їх викликає тертя в осях підвісу, коливання температури, що призводять до так званого розбалансування гіроскопа. Дуже сильно позначається вплив прискорення сили тяжіння Землі і прискорення самого корабля.

Фахівці прагнуть всіма способами звести всі ці шкідливі впливи до мінімуму. Гіроскопічні датчики поміщають в поплавкові підвіси, тобто укладають в герметичний кожух, який плаває в рідині, – цим різко знижуються похибки, що вносяться тертям. У відсіку, де встановлений ротор гіроскопа, підтримують постійну температуру. Складні та точні методи балансування роторів призвели до того, що лабораторії, де це балансування проводиться, за своєю блискучою чистотою й акуратністю можуть змагатися з операційними кращих хірургічних клінік.

Нарешті, вчені та інженери намагаються зменшити похибки системи, вдосконалюючи інтегруючі елементи, які видають інформацію, необхідну для створення необхідної швидкості прецесії. Одна за одною народжуються нові, дотепні схеми включення гіроскопів.

Системи навігації сучасних космічних кораблів «прив’язані» до Землі, тобто дозволяють визначити географічні координати, швидкість, курс і висоту корабля щодо нашої планети. При польотах до далеких зірок – а ця фантастична мрія може стати реальністю значно швидше, ніж ми це собі уявляємо, – існуючих способів орієнтації виявиться недостатньо. Щоб не заблукати в міжзоряному просторі, доведеться користуватися іншою системою координат, пов’язаною з якими-небудь трьома зірками, настільки віддаленими від Землі, що їх можна вважати нерухомими, так як їх переміщення по небесній сфері нам виявити не вдається.

Орієнтуватися в космосі, з одного боку, легше, тому що за межами атмосфери зірки видно завжди, але, з іншого боку, і важче, так як у міжзоряному просторі немає природного горизонту, його повинні замінити три вільних гіроскопа, націлених на далекі зірки. Вибрати ці три зірки – справа астрономів, і далеко не така проста, як здається: ми вже говорили, що вони повинні бути досить далекі від Землі, але ж чим далі зірка від нас, тим слабкіше доходить її світло, а це вельми ускладнює орієнтування приладів.

Крім цієї суто астрономічної проблеми, виникає і інженерно-технічна – побудувати зоряний простір на космічному кораблі. Якщо при прив’язці до земного простору під час нинішніх космічних польотів необхідно забезпечити необхідну швидкість прецесії гіроскопів, то напрямки осей гіроскопів, що створюють зоряний простір, навпаки, повинні бути незмінні, нерухомі – швидкість прецесії дорівнює нулю. Ось маленький розрахунок, що показує, з якою фантастичною, немислимою точністю повинні працювати гіроскопи, щоб забезпечити можливість потрапити в інші світи.

Тому в даний час в багатьох країнах працюють над створенням гіроскопів на принципово іншій основі. Запропоновано, зокрема, ідея кріогенних гіроскопів, що використовують явища надпровідності при температурах, близьких до абсолютного нуля.

Тим чи іншим способом, але завдання орієнтації в зоряному просторі буде вирішене, і штурмани зорельотів майбутнього будуть так само впевнено почувати себе в безкрайніх просторах всесвіту, як наші сьогоднішні космонавти на навколоземних орбітах.

Автор: А. М. Лєтов.