Использование спутников в геодезии и навигации

Искусственные спутники открыли новую эру в науке об измерении Земли — эру космической геодезии. Они внесли в геодезию новое качество — глобальность; благодаря большим размерам зоны видимости поверхности Земли со спутника значительно упростилось создание геодезической основы для больших территорий, так как существенно сократилось необходимое количество промежуточных этапов измерений. Так, если в классической геодезии среднее расстояние между определяемыми пунктами составляет 10—30 км, то в космической геодезии эти расстояния могут быть на два порядка больше (1—3 тыс. км). Тем самым упрощается передача геодезических данных через водные пространства. Между материком и островами, рифами, архипелагами геодезическая связь может быть установлена при прямой их видимости со спутника непосредственно через него, без каких-либо промежуточных этапов, что способствует более высокой точности построения геодезической сети.

Основным методом космической геодезии является одновременное наблюдение спутника с наземных пунктов. При этом измеряются самые разнообразные параметры относительно положения пунктов и спутников. Параметрами могут служить дальность, скорость изменения дальности (или радиальная скорость), угловая ориентация линии визирования пункт—спутник в какой-либо системе координат, скорость изменения углов и т. д. Измерительные средства располагаются на наземных пунктах. На спутнике же размещается аппаратура, обеспечивающая работу этих измерительных средств. Спутник — это вспомогательный маяк для проведения измерений относительно положения опорных пунктов, причем этот маяк может быть как пассивным, так и активным. В первом случае спутник, освещенный солнцем или имеющий специальную лампу-вспышку, фотографируется с наземных пунктов на фоне звездного неба.

Большие перспективы в измерительной технике космической геодезии имеют оптические квантовые генераторы (лазеры). Они позволяют измерять дальность и радиальную скорость со значительно более высокой точностью, чем с помощью радиотехнических средств. Таким образом, космическая геодезия позволит уточнить форму Земли — геоид, точно определить координаты любых пунктов на поверхности нашей планеты, создать топографические карты на любые районы земной поверхности и определить параметры поля тяготения Земли.

Все это даст возможность морскому флоту определять очертания материков и получать точные координаты островов, рифов, маяков и других морских объектов, авиации — определять координаты аэропортов, наземных ориентиров и станций наведения. Эти данные позволят выбирать наилучшие маршруты движения и обеспечат надежность и безопасность работы морского и воздушного транспорта.

Для успешной работы навигационных спутников имеет значение правильный выбор параметров их орбит. Необходимо обеспечить достаточную частоту видимости спутника с навигируемых объектов. С этой точки зрения различные орбиты сильно отличаются друг от друга. Так, спутник, летящий по низкой полярной орбите “осматривает” всю Землю дважды в сутки, один раз на прямых, другой—на обратных витках. Точнее говоря, Земля относительно движущегося по орбите спутника перемещается так, что с любой ее точки он может быть виден 2 раза в сутки. Чтобы обеспечить непрерывный обзор поверхности Земли со спутников, запускаемых на полярные орбиты, т. е. для обеспечения видимости одного или более спутников с корабля или самолета, находящегося в любой точке нашей планеты, необходимо на орбитах высотой 200 км иметь 160 спутников, а высотой 1 тыс. км — 36 спутников.

Создание систем космической навигации позволяет значительно улучшить безопасность движения транспорта. Подобные системы прочно входят в практику корабле и самолетовождения, так как позволяют с высокой точностью определять местоположение кораблей и самолетов в любое время суток, при любом состоянии погоды.

Спутники обеспечивают навигационной системе глобальность. Всепогодность навигации в этом случае достигается благодаря использованию радиосредств сверхвысокочастотного диапазона.

Навигация с использованием спутников основана на измерении параметров относительного положения и движения навигируемого объекта и спутника. Такими параметрами могут служить: расстояние (дальность), скорость изменения этого расстояния (радиальная скорость), угловая ориентация линии объект-спутник (линии визирования) в какой-либо системе координат, скорость изменения этих углов и др.

Координаты спутника в моменты навигационных определений могут сообщаться кораблям (или самолетам) при каждой навигации. Кроме того, на спутнике может устанавливаться запоминающее устройство, в которое закладываются данные о его прогнозируемом движении. Эта информация “сбрасывается” со спутника в процессе полета (периодически или по запросу с навигируемого объекта). Для упрощения процесса определения координат объекта может быть составлен каталог эфемерид (параметров орбит) навигационных спутников на несколько месяцев или лет вперед.

Заключение

Рассмотренные в этой работе вопросы использования космической техники (как непосредственного, так и опосредованного) показывают тот большой вклад, который вносит космонавтика в различные сферы деятельности людей. Номенклатура задач, решаемых уже сегодня космическими системами, исключительно многообразна. Это и исследование природных ресурсов Земли, и охрана окружающей среды, и связь, и геодезия, и навигация, и метеорология, и др.

Особое значение в наши дни приобрело исследование природных ресурсов и окружающей среды с помощью космических систем, снабженных разнообразной аппаратурой дистанционных измерений из космоса. Этому направлению предстоит внести основополагающий вклад в народное хозяйство.

В решении этой важнейшей задачи большая роль принадлежит космическим системам исследования природных ресурсов и окружающей среды, которые взяли на вооружение достижения ракетно-космической техники, радиоэлектроники и вычислительной техники, в оптико-механической и оптико-электронной аппаратуре. Фотоаппаратура и различные виды телевизионных систем, ИК и СВЧ радиометры, поляриметры и спектрометры, скаттерометры и радиолокаторы бокового обзора, лидары (лазерные высотомеры) и радиовысотомеры, магнитометры и гравиметры и другие виды бортовой аппаратуры позволяют получить с космических орбит ценнейшую информацию о фауне и флоре нашей планеты и лучше понять закономерности геологического строения земной коры и размещения в ней полезных ископаемых.

Эти исследования, дополненные астрофизическими и планетологическими исследованиями в космосе, наряду с решением злободневных хозяйственных задач дают возможность подойти к решению фундаментальных проблем преобразования природы на нашей планете.

Велико значение дальнейшего развития и совершенствования всех видов связи (радио, телефонной, телеграфной, телевизионной). Сегодня этот процесс носит глобальный характер, и здесь все большее значение приобретает связь на основе космических систем. То же можно сказать о навигационных системах. Развитие метеорологии благодаря космической технике вступило в принципиально новую фазу, когда начато глубочайшее изучение тонких механизмов и первопричин породообразующих процессов.

Поиск по сайту: