Астрономи́ческая навига́ция — комплекс методов определения навигационных параметров объекта, основанный на использовании электромагнитного излучения астрономических объектов. Применяется для определения курса и навигационных координат у наземных объектов, а также для определения ориентации космических летательных аппаратов в составе астроинерциальной навигационной системы.
Простейшие методы астрономической навигации широко используются людьми на Земле для ориентирования на неизвестной местности, поскольку для их использования не требуется каких-либо приспособлений. Например, для того, чтобы определить направление на географический север[1] достаточно узнать на небосклоне Полярную звезду, а по положению Солнца в полдень всегда можно приближённо определить направление на географический юг. Один из главных недостатков астрономической наземной навигации — зависимость от облачности.
Использование секстанта для определения возвышения солнца над горизонтом
Ранее астрономическая навигация являлась основным способом определения координат и курса морских судов, с использованием показаний таких приборов как секстант и хронометр. Сейчас, в морской и воздушной навигации практически полностью вытеснена спутниковыми навигационными системами, но из-за высокой степени автономности является резервной.
В недалёком будущем, разработчики космических летательных аппаратов собираются использовать методы спутниковых навигационных систем в астрономической навигации, принимая рентгеновское излучение от пульсаров.
Содержание
Принцип определения координат
Определение координат по одновременно наблюдаемым Солнцу и Луне: синий — круг равных высот Луны, красный-Солнца.
Существует целый ряд способов, или методов определения географических координат — широты и долготы наблюдателя посредством астрономических наблюдений. Некоторые из них, будучи разработанными столетия назад, являются устаревшими, и представляют лишь исторический интерес (например, предложенный Галилеем в 1612 г. способ определения долготы по наблюдениям спутников Юпитера, а также метод лунных дистанций (Johannes Werner, 1514). Другие, разработанные позднее, вышли из профессионального употребления в морской и воздушной навигации всего лишь десятилетия назад — с появлением систем спутниковой навигации. К таким методам относятся метод определения долготы с использованием секстанта и хронометра, метод измерения за меридианом, и метод равных высот светил. Ниже приведен пример последнего.
Проводятся измерения высоты двух разных светил (в сумерках — двух звёзд/планет или одной звезды/планеты и Луны; днём — Солнца и Луны). Для каждого измерения записывается его время. Точки земной поверхности, которым соответствуют измеренные высо́ты этих двух светил в моменты измерения, образуют две окружности (по одной для каждого светила), называемые линиями положения, или кругами равных высот. Точки пересечения линий положения и являются искомым местонахождением наблюдателя (этих точек две, но обычно они достаточно далеки друг от друга, так что неопределённости не возникает).
Построение кругов равных высот на меркаторской карте является невозможным в связи с неизбежными для картографических проекций искажениями. Полностью круги равных высот могут быть нанесены только на глобус, однако в этом случае полученные координаты точки пересечения будут обладать невысокой точностью. В связи с этим в астрономической навигации и практической астрономии употребляются приближенные методы — метод Сомнера и метод переносов (метод Сент-Илера), в которых вместо цельных линий положения на меркаторской карте строятся фрагменты секущих (в методе Сомнера) или касательных (в методе переносов) линий к кругам равных высот.
Если днём видно только Солнце, то можно провести два замера его высоты через некоторый промежуток времени. Поскольку Солнце перемещается по небу, то эти два замера будут эквивалентны замерам высоты двух разных светил.
Если нужно провести определение координат движущегося судна, то нужно вводить поправки на предполагаемое смещение судна за время между двумя замерами высот светил (вычисляются на основании скорости и курса судна).
В практическом смысле, для определения координат наблюдателя средствами астронавигации необходим следующий набор инструментов и справочников: 1) точный хронометр для измерения времени 2)секстант для измерения углов на небесной сфере 3) альманах, или справочник астрономических эфемерид с координатами небесных тел, предвычисленными на будущее время 4)счетные редукционные таблицы для упрощения расчета высоты и азимута светила, сводящие все действия к сложению и вычитанию 5) географическая карта. Именно таким набором средств пользовались навигаторы морских судов вплоть до развития радионавигации и спутниковой навигации; у опытного навигатора весь процесс, включая астрономические наблюдения и расчеты, занимал несколько минут. В настоящее время вместо печатного справочника астрономических эфемерид могут использоваться компьютерные программы, а в
место редукционных таблиц- компьютер или калькулятор.
Навигационный треугольник
Основная статья: Параллактический треугольник
Одним из методов определения координат является решение навигационного треугольника, называемого также параллактическим треугольником или PZX-треугольником. При известных в один момент времени направлениях на полюс (P), на Зенит (Z) и на какое-либо светило (X) поиск соответствующих координат точки на земном шаре даёт единственный ответ.
Астровизирование
Астровизи́рование — процесс наблюдения картины звездного неба, с помощью астровизира, обычно установленного нагироплатформе, сравнения полученной картины с программно ожидаемой и вычисления поправок компенсирующих накапливаемые ошибки основных средств измерения (гироплатформы, БИНС).
Астровизи́рование — один из способов компенсации собственных ошибок системы управления ракетой. Астровизирование обычно производится на пассивном участке полета, так как работающие ракетные двигатели дают сильные возмущения, понижающие точность измерения.
Кроме ракет так же используется на самолетах, на космических летательных аппаратах, на подводных лодках[2].
Примечания
- ↑ на северном полушарии Земли
- ↑ Лодка проекта 611 «ZULU»
Ссылки
- Астронавигация — учебник яхтенного капитана
- «Астрономическая навигация» на astronet.ru
- «Астрономическая навигация» на slovopedia.com
- «GPS заменят рентгеновскими пульсарами» на grani.ru/Techno по материалам статьи «Satellites could navigate by X-ray stars» в New Scientist
- Методическое пособие по практической астрономии для начинающих
См. также
| В другом языковом разделе есть более полная статья Celestial navigation (англ.). Вы можете помочь проекту, расширив текущую статью с помощью перевода |
