Книга: Ориентировка по звездам

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА САМОЛЕТА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА САМОЛЕТА

Определение места самолета — одна из важнейших задач экипажа в полете. Она может быть решена при помощи различных технических средств самолетовождения, в том числе и астрономических. Для этого могут применяться авиационные секстанты, астроориентаторы и астрономические таблицы как расчетные пособия.

Определение в полете места самолета астрономическими средствами основано на измерении высот небесных светил, расчете астрономических линий положения самолета (т. е. линий, пересечение которых дает местоположение самолета) и геометрическом построении их на карте или отсчете на приборах, указывающих координаты самолета на земной поверхности.

Если центр Земли соединить прямой линией со светилом, то эта линия пересечет земную поверхность в некоторой точке. Человек, находящийся в этой точке на Земле, будет наблюдать светило над головой — в зените.

Точка проекции светила на земную поверхность М₁ (рис. 36) называется географическим местом светила (ГМС).

Очевидно, что координаты географического места светила (?_*, ?_*) соответствуют экваториальным координатам светила: широта географического места светила равна склонению светила, а западная долгота — гринвичскому часовому (западному) углу; т. е.

?_* = ?;  ?_* = t_гр.

Географическое место тех светил, которые не изменяют положения на небесной сфере (звезды), перемещается по земной поверхности вдоль параллелей в направлении, обратном вращению Земли, т. е. с востока на запад. При этом широта ГМС остается постоянной, а долгота изменяется. Географическое место тех светил, которые изменяют свои экваториальные координаты (Солнце, Луна и планеты), также перемещается по земной поверхности, и его координаты всегда соответствуют экваториальным координатам этих светил, но линия перемещения не совпадает с земными параллелями.

Для наблюдателя, находящегося на некотором расстоянии от ГМС, высота светила будет меньше 90°, а зенитное расстояние соответственно больше 0°. Во всех точках окружности, центром которой является ГМС, высота соответствующего светила одинакова. Такая окружность называется кругом равных высот светила. Соответственно и зенитное расстояние постоянно для каждого круга равных высот. Расстояние между двумя кругами равных высот равно разности их зенитных расстояний или разности высот светила.

Чтобы выразить радиус круга равных высот линейной величиной, пользуются известным соотношением: одна минута дуги (на земной поверхности) равна одной морской миле, т. е. 1’ = 1,852 км.

Для определения своего местонахождения наблюдатель должен измерить вначале высоту какого-либо светила, отметив время измерения. По времени измерения определить координаты ГМС для данного момента. Затем на глобусе найти точку, соответствующую координатам ГМС, и радиусом, равным зенитному расстоянию (90° — h), провести окружность, в одной из точек которой и будет местонахождение наблюдателя.

Если измерить высоту другого светила и также провести окружность, являющуюся кругом равных высот другого светила, то эти окружности пересекутся в двух точках А и В (рис. 37), в одной из которых и находится наблюдатель.

Рис. 36. Экваториальные координаты и координаты его географического места (ГМС)

Эти точки обычно удалены друг от друга на большое расстояние (в несколько тысяч километров). Поэтому наблюдатель, зная хотя бы весьма приближенно свое местонахождение, может всегда определить, в какой из двух точек он находится. Например, измерив высоту светил в прикаспийских степях, наблюдатель без всякого сомнения будет считать, что он находится в точке A, а не в точке B, расположенной где-то в Индийском океане (рис. 37).

Радиусы кругов равных высот очень велики. Даже при высоте светила h = 70°, т. е. когда зенитное расстояние z = 20°, радиус круга равных высот составляет 2220 км (один градус дуги большого круга на земной поверхности равен 111 км). Поэтому участок круга равных высот можно без большой ошибки изобразить на карте в виде прямой линии — прямой равных высот, на которой находится наблюдатель (на земле или в шлете). Обычно прямую равных высот проводят в виде касательной к дуге круга равных высот.

Рис. 37. Круги равных высот на земной поверхности и точки их пересечения

Прямая равных высот должна быть перпендикулярна к направлению на светило из точки, в которой производится измерение высоты светила. Азимуты ГМС и светила равны между собой. Так как азимут ГМС определяется направлением радиуса круга равных высот из точки наблюдателя, то астрономическую линию положения нужно проводить перпендикулярно к радиусу, проведенному к месту наблюдателя из точки ГМС.

В практике не представляется возможным наносить на карту ГМС и проводить радиус круга равных высот. Поэтому при прокладке астрономической линии положения поступают следующим образом. Для некоторой точки, расположенной в районе предполагаемого места самолета, по моменту измерения высоты и по астрономическим таблицам определяют высоту и азимут данного светила. Эту точку обычно называют счислимой, а высоту светила, вычисленную для данной точки и момента измерения, — вычисленной высотой светила.

Под углом, равным азимуту светила А, через счислимую точку проводят линию азимута. Затем определяют разность

?h между измеренной h и вычисленной hB высотами и перевозят ее из угловой величины в линейную. Эта разность характеризует удаление счислимой точки от линии положения самолета. Отложив величину ?h км на линии азимута от счислимой точка, получим точку пересечения линии азимута светила с линией положения самолета, которая и проводится перпендикулярно к линии азимута.

На рис. 38 изображена схема прокладки астрономической линии положения на карте. Здесь точка К является счислимой точкой; линия КМ — линией азимута светила; линия ВВ₁, проведенная через счислимую точку перпендикулярно к азимуту светила,—линией равных высот светила для вычисленной высоты hB. Линия ДД₁, проведенная перпендикулярно к линии азимута на удалении от счислимой точки на величину разности высот ?h, является линией равных высот (линией положения) для наблюдателя, измерившего высоту светила.

Рис. 38. Прокладка на карте астрономической линии положения

Для измерения высоты светил применяются авиационные секстанты, представляющие собой оптические угломерные приборы. Они бывают двух видов — ручные и перископические, вмонтированные в фюзеляж самолета (рис. 39).

Рис. 39.  Перископический секстант панорамного типа

Оптический секстант, как и всякий астрономический оптический прибор, может применяться только при визуальной видимости небесных светил. Основной недостаток подобных приборов — невозможность наблюдать небесные светила в облачную погоду.

Огромные успехи в изучении Вселенной стали возможны благодаря тому, что небесные тела излучают свет. Человек научился улавливать не только видимые им лучи, но и невидимые: ультрафиолетовые, рентгеновские, инфракрасные. Но часть этих волн поглощается земной атмосферой и не доходит до поверхности Земли.

С недавних пор стало возможным изучать радиоизлучение небесных тел. Диапазон радиоволн (от нескольких миллиметров до многих метров) значительно больше диапазона световых волн, длина которых не превышает десятых долей микрона. В некоторых диапазонах радиоволны не .поглощаются земной атмосферой. Они позволили человеку наблюдать небесные светила не  только через «оптическое окно», но и через так называемое «радиоокно».

Новая область науки — радиоастрономия — началась с того, что был обнаружен источник радиопомех космического происхождения на волне 14,7 м. Но потом ученые установили, что радиоизлучение поступает не вообще из мирового пространства, а из определенной области неба, от определенных небесных тел, которые называют иногда «радиозвездами».

Уже в 1944 г. было обнаружено радиоизлучение Солнца. Как оказалось, не одно Солнце, а и отдельные планеты солнечной системы (например, Юпитер)—источники радиоизлучения.

Электромагнитные волны излучаются всяким нагретым телом, причем длина волны и ее энергия зависят от температуры поверхности излучающего тела. Температура поверхностного слоя Солнца равна примерно 6000°, температура поверхности большинства звезд — 4500-10000°. Луна и планеты имеют небольшие положительные и даже отрицательные температуры, но и этого достаточно для излучения радиоволн.

Выяснилось также, что потоки радиоволн поступают на Землю из различных участков Галактики и от других звездных систем.

Применение радиоастрономии в авиации открывает новые возможности для самолетовождения.

Рис. 40. Комплект аппаратуры самолетного радиосекстанта (США)

В настоящее время создаются самолетные радиосекстанты (рис. 40). В принципе они напоминают радиолокационную станцию с автоматическим сопровождением цели. Так же как и радиолокационные станции, они имеют антенную систему, приемник с усилителем и систему автоматического слежения за Солнцем по азимуту и высоте. Радиосекстант, принимая радиоизлучения Солнца, автоматически непрерывно следит за его положением на небесной сфере и определяет его координаты.

Определив только одну .астрономическую линию положения, экипаж самолета не может узнать, в какой ее точке он находится, но может использовать эту линию для контроля пути и для восстановления ориентировки. Чтобы определить свое местонахождение, экипаж должен получить при помощи других навигационных средств какую-либо другую линию положения или измерить высоту второго светила и проложить вторую астрономическую линию положения.

Измерить одновременно высоту двух светил обычным секстантом невозможно. Между двумя измерениями пройдет какое-то время, за которое летящий самолет значительно удалится от точки первоначального измерения высоты светила. Следовательно, точка пересечения двух таких астрономических линий положения не будет действительным местом самолета, так как на каждой из них самолет находился в различные моменты времени. Чтобы избежать ошибки, одну из линий положения, обычно первую, смещают по линии пути на расстояние, пройденное самолетом за время между измерениями, и таким образом обе линии положения приводятся к моменту второго измерения.