Nawigacja grawitacyjna jako narzędzie przyszłości
Mapa grawimetryczna Rosji i terenów przyległych w skali 1:2 500 000. VSEGEI im. AP Karpiński, 2016 / vsegei.com
Istnieje i jest szeroko stosowanych kilka rodzajów systemów nawigacyjnych, różniących się zasadą działania i dokładnością pomiarów. W przyszłości może zacząć działać zupełnie nowy system, który oblicza współrzędne na podstawie cech pola grawitacyjnego Ziemi (GEF). Oczekuje się, że ta metoda określania lokalizacji będzie szczególnie dokładna - a jednocześnie duża złożoność.
Obiecujący kierunek
Obecność rozwiniętej konstelacji kosmicznej i doskonalenie wszystkich podstawowych technologii otwiera nowe możliwości dla światowej nauki. W szczególności dostępność precyzyjnych przyrządów do pomiaru pól fizycznych planety i obiektów na jej powierzchni umożliwia komponowanie szczegółowych modeli różnego rodzaju, nadających się do zastosowania w różnych dziedzinach.
W ciągu ostatnich kilku lat prowadzone są w naszym kraju i za granicą badania w kierunku tzw. systemy nawigacji grawitacyjnej. Prowadzone są niezbędne prace, a nowe dane są gromadzone i przetwarzane do dalszego wykorzystania. Ustalono już podstawowe zasady nowego systemu nawigacji, a proces jego tworzenia trwa.
W Rosji w tym kierunku działa kilka organizacji. W szczególności Ogólnorosyjski Instytut Badawczy Pomiarów Fizycznych, Technicznych i Radiotechnicznych (VNIIFTRI) z Rosstandart opracowuje sprzęt do zbierania danych i przetwarzania przychodzących informacji o GPZ w celu stworzenia nowych pomocy nawigacyjnych.
Zasady działania systemu satelitarnego GLONASS. Kompleks jest krytycznie zależny od komunikacji radiowej, co prowadzi do zagrożeń. Grafika IAC KVNO / glonass-iac.ru
Ostatnio pojawiły się najnowsze wiadomości na temat nawigacji grawitacyjnej. Tygodnik Zvezda, odnosząc się do kierownictwa Rosstandart, pisał o kontynuacji prac nad obiecującym projektem i uzyskaniu nowych wyników. Przypomnieli także o zaletach nowych technologii i obszarach ich zastosowania.
Pomiar i obliczenia
Koncepcja nawigacji grawitacyjnej opiera się na fakcie, że parametry GPZ w różnych punktach na powierzchni planety (lub nad nią) nieznacznie się różnią. Ziemia nie jest idealną kulą ani elipsoidą; jego powierzchnia ma najbardziej złożoną rzeźbę, a grubość skorupy ziemskiej składa się z różnych materiałów. Wszystko to wpływa na parametry grawitacji na powierzchni i w jej pobliżu. Często rzeczywiste wartości różnią się od obliczonych dla danego punktu, co nazywa się anomalią grawitacyjną. Ponadto, ze względu na szereg czynników, w różnych punktach obserwuje się różną siłę odśrodkową.
Koncepcja przewiduje pomiar parametrów GPZ i siły odśrodkowej w różnych punktach z dalszą obróbką. Otrzymaną mapę grawimetryczną można wprowadzić do pamięci urządzeń nawigacyjnych i wykorzystać w obliczeniach. W oparciu o dane GPZ możliwe jest korygowanie działania systemów nawigacji inercyjnej lub satelitarnej. W takim przypadku całkowity błąd całego kompleksu zmniejsza się do centymetrów. Ponadto SSN z korekcją według danych GPZ charakteryzuje się najwyższą odpornością na zakłócenia.
Obserwacje pokazują, że GPZ jest dość wiarygodnym „standardem” dla systemów nawigacyjnych. Tempo zmian pola grawitacyjnego jest znacznie mniejsze niż magnetycznego, a dane ETF mogą być wykorzystywane przez dziesięciolecia bez zauważalnej utraty dokładności obliczeń. Jednak trzęsienia ziemi i inne procesy mogą zmienić stan GPZ i wymagać aktualizacji map.
Praktyczne środki
Według ostatnich doniesień, rosyjscy naukowcy – podobnie jak ich zagraniczni odpowiednicy – od kilku lat zbierają dane, poszukują anomalii grawitacyjnych i sporządzają mapy grawimetryczne. Specjalny sprzęt na pokładzie samolotów i satelitów mierzy wartości pola w ogromnej liczbie punktów i przekazuje je do naziemnych centrów obliczeniowych. Efektem tej pracy jest mapa, która może zapewnić wysoką dokładność nawigacji.
Statek kosmiczny GLONASS różnych modyfikacji. Grafika IAC KVNO / glonass-iac.ru
Opracowywany jest również sprzęt nawigacyjny, który może korzystać z nowych map i wchodzić w interakcje z innym sprzętem. Jednak, o ile wiadomo, takie projekty nie doprowadziły jeszcze do pojawienia się produktów nadających się do rzeczywistej eksploatacji.
Wprowadzenie nowych zasad nawigacji może jednak utrudniać brak dokładnych map znacznej części powierzchni Ziemi. W rzeczywistości w tej chwili nawigacja po GPZ w praktyce nie zapewnia żadnych szczególnych przewag nad INS czy systemami satelitarnymi. Sytuacja może się zmienić dopiero w przyszłości, kiedy wszystkie niezbędne badania i prace projektowe zostaną zakończone.
Сферы применения
Nowe zasady nawigacji mogą znaleźć zastosowanie w różnych obszarach, gdzie wymagane jest szczególnie dokładne wyznaczanie współrzędnych, niezależność od zewnętrznych źródeł sygnałów i inne specyficzne cechy. Przede wszystkim jest to biznes militarny. Pojawienie się sprawnych systemów nawigacji grawitacyjnej poprawi zdolności bojowe szerokiej gamy sprzętu i uzbrojenia.
Wojsko może być zainteresowane zarówno zwiększoną dokładnością obliczania współrzędnych, jak i wyjątkową odpornością na zakłócenia. Właściwie jedynym sposobem wpływania na takie systemy jest sztuczna zmiana GPZ - co wymaga ogromnego wysiłku lub jest całkowicie niemożliwe.
Precyzyjny pocisk kierowany, wykorzystujący mapę grawimetryczną, będzie w stanie dokładniej podążać określoną trasą i trafić cel o znanych współrzędnych z mniejszym odchyleniem. Takie zasady mogą być stosowane zarówno przez pociski samosterujące, jak i balistyczne. Taka operacja będzie jednak wymagała dokładnej i aktualnej mapy GPZ na trasie, która nakłada specjalne wymagania na rozpoznanie i organizację strajku.
Anomalie grawitacyjne na powierzchni Ziemi według misji NASA GRACE. Grafika NASA / earthobservatory.nasa.gov
Nowe zasady nawigacji cieszą się dużym zainteresowaniem nauki. Z ich pomocą można wykonać dokładniejsze wiązanie, co jest przydatne w różnych badaniach w wielu dziedzinach. Poprawia się dokładność gromadzenia danych, co może być podstawą ważnych nowych odkryć.
Nie powinniśmy zapominać o transporcie cywilnym i handlowym. W normalnym środowisku statki lub samoloty są wystarczające z dostępnymi środkami nawigacji, ale w niektórych sytuacjach mogą być wymagane dokładniejsze systemy. Jest całkiem możliwe, że pojawienie się pełnoprawnych operacyjnych środków nawigacji wzdłuż GPZ zainteresuje samoloty i stocznie, a także przewoźników komercyjnych.
Oczekiwanie na sukces
Zgodnie z ostatnimi doniesieniami, VNIIFTRI jest obecnie zajęte opracowywaniem dokładnych map grawitacyjnych różnych regionów, nadających się do dalszego wykorzystania w praktyce. Dane o parametrach GPZ i obserwowanych siłach są przetwarzane i konwertowane do wygodnej w użyciu postaci. Opracowywane są również urządzenia nawigacyjne do praktycznego wdrożenia.
Oba te elementy nowego kierunku charakteryzują się dużą złożonością, czasem trwania i kosztami pracy. Niestety, nawet przybliżony termin wprowadzenia nowych technologii w praktyce pozostaje nieznany. Ponadto rzeczywiste perspektywy takiego rozwoju pod względem zastosowania w różnych dziedzinach są niejasne. Jednak prace trwają iw przyszłości należy spodziewać się prawdziwych wyników. Jeśli nowe technologie znajdą zastosowanie i spełnią oczekiwania, w wielu obszarach nastąpi zasadnicza zmiana.
informacja