Автономная навигационная система представляет собой комплекс бортового оборудования, который позволяет космическому аппарату независимо определять и рассчитывать свои навигационные параметры без постоянной связи с Землей. Эта система является ключевым элементом бортового комплекса управления. В зависимости от миссии и типа полета, такие системы делятся на два основных класса: орбитальные (для работы на околопланетных орбитах) и межпланетные (для перелетов между небесными телами). В состав системы могут входить различные приборы, объединенные по принципу действия:
Типы навигационных приборов
1) Радиотехнические приборы, такие как дальномеры и высотомеры. Они активно используются вблизи поверхности планет для точного определения расстояний и высоты.
2) Оптические системы, включающие угломеры и секстанты. Эти инструменты незаменимы для межпланетных аппаратов, так как позволяют ориентироваться по звездам и другим небесным телам.
3) Инерциальные системы (гировертикали, гироплатформы и др.). Они применяются на активных участках полета для контроля ориентации аппарата в пространстве и измерения параметров орбиты с целью последующей коррекции траектории.
Обработка всех поступающих данных осуществляется бортовым цифровым вычислительным комплексом. Система также предусматривает возможность ручного ввода данных экипажем, однако для обеспечения надежности всегда существует альтернативный контроль на основе информации, полученной в ходе наземной обработки сеансов связи.
Инерциальные системы: основа автономности
Особого внимания заслуживают инерциальная навигационная система и инерциальная система отсчета. Именно они делают навигацию по-настоящему независимой от внешних источников. Хотя они и могут периодически использовать данные от внешних средств (например, от спутников) для коррекции накопленной погрешности, их основная работа полностью автономна.
Принцип работы инерциальной навигационной системы основан на непрерывном измерении ускорений и угловых скоростей аппарата с помощью акселерометров и гироскопов. С момента старта датчики фиксируют все движения самолета или космического корабля, а бортовой компьютер, интегрируя эти данные, вычисляет текущие координаты, скорость и ориентацию.
В современных системах вместо механических гироскопов часто используются лазерные кольцевые. Они представляют собой кольцевой резонатор, в котором два лазерных луча движутся в противоположных направлениях. При вращении системы возникает разность их частот (эффект Саньяка), которая точно измеряется и позволяет определить угловую скорость.
Представление информации и дополнительные системы
Обработанные навигационные данные выводятся на комплексные пилотажные приборы. К ним относятся плановый навигационный индикатор (объединяющий функции курсоуказателя, индикатора пеленга и дальности) и командный авиагоризонт, который показывает положение аппарата в пространстве.
Помимо основной навигационной системы, существует также система обработки и индикации пилотажных данных. Ее задача — непрерывно отображать траекторию полета и рассчитывать наиболее экономичные с точки зрения расхода топлива режимы: оптимальные скорости набора высоты и снижения, а также крейсерскую высоту. Эта система обеспечивает дополнительный уровень автономной навигации, сопровождая аппарат от взлета до посадки.