В звёздных лабиринтах: Ориентирование по небу

Приобретенные навыки необходимо закреплять систематическими наблюдениями звёздного неба.

Глава V НА КОСМИЧЕСКИХ ОРБИТАХ

При космических полётах навигация по небесным светилам является полноправным методом, применяемым в самых различных условиях. К числу задач управления кораблём, которые могут быть решены с помощью наблюдения небесных светил, относятся определение координат и скорости корабля, а также его ориентация, т.е. обеспечение заданного расположения осей корабля в пространстве и поддержание этого расположения в течение определённого промежутка времени. Такая ориентированная стабилизация необходима при астрономических наблюдениях, при фотографировании земной поверхности, а также при подготовке корабля к осуществлению маневров.

Для решения указанных задач могут использоваться как бортовые автоматические астронавигационные устройства, так и приборы, управляемые космонавтом-оператором. Однако современные автоматические системы распознавания звёзд во многом уступают по надёжности работы человеку-оператору. Для достаточно надёжного функционирования такие системы должны быть слишком сложными и громоздкими. И поэтому специалисты считают, что в настоящее время задачу распознавания астроориентиров необходимо возлагать на штурмана-космонавта.

Так, например, при осуществлении наблюдений о помощью рентгеновского телескопа на борту орбитальной станции «Салют-4» космонавты В.И. Севастьянов и П.И. Климук ориентировали станцию по звёздам в заданное положение (так, чтобы рентгеновский телескоп был направлен в определённую точку небесной сферы) и поддерживали ориентацию станции в течение всего времени наблюдения данного объекта, тщательно контролируя её по избранным заранее небесным светилам.

Все действия по астроориентации, осуществляемые человеком-оператором на борту космического корабля, так или иначе связаны с поиском астроориентиров и опознаванием астронавигационных звёзд. При этом задача осложняется тем, что в иллюминатор космического корабля виден лишь сравнительно небольшой участок звёздного неба. Одно дело — найти нужную навигационную звезду по целеуказаниям, которые дают хорошо знакомые созвездия вроде Большой Медведицы, видимые целиком, и другое дело — установить это направление всего по двум-трем ярким звёздам, оказавшимся в поле зрения иллюминатора. Космонавт в короткий срок должен установить, что это за звёзды (иначе говоря, он должен уметь «узнавать их в лицо»), в каком направлении от них должно находиться искомое навигационное созвездие и какими элементами управления нужно воспользоваться, чтобы в кратчайшее время правильно ориентировать корабль.

Другая трудность визуальной астроориентации в условиях космического полёта связана с тем, что вследствие движения корабля по орбите происходит видимое перемещение небесных светил по небесной сфере с большими угловыми скоростями.

Таким образом, одним из важных требований, предъявляемых к космонавту-оператору, является безошибочное знание звёздного неба.

В связи с этим в программу предполётной подготовки советских космонавтов были включены систематические тренировки по изучению картины звёздного неба в Звёздном зале Московского планетария. Во время таких тренировок космонавты учились отличать одну звезду от другой, а также в условиях ограниченного обзора опознавать созвездия по характерным сочетаниям составляющих их звёзд. Для приближения тренировок к условиям космического полёта летчиком-космонавтом СССР В.В. Лебедевым был разработан специальный астротренажер, который имитировал условия наблюдения картины звёздного неба из кабины космического корабля.

Космонавт-оператор, помимо знания звёздного неба, должен отчётливо понимать принципы действия различных астронавигационных приборов и уметь быстро и безошибочно ими пользоваться.

Астронавигационное оборудование современного пилотируемого космического корабля включает в себя как приборы ориентации, так и большой комплекс различных навигационных приборов. К числу первых можно отнести оптические визиры, астроориентаторы, астрогиды, электронно-оптические приборы наблюдения. К средствам навигации принадлежат ручные секстанты, астроизмерители, астровизиры. Астрогиды, например, предназначены для точного слежения за небесными светилами. Задача космонавта заключается в том, чтобы соответствующим образом настроить такой прибор и проверить «захват» заданного светила. После этого астрогид будет автоматически удерживать корабль в ориентированном положении, так как при малейшем отклонении линии визирования на заданное светило возникает электрический сигнал рассогласования, поступающий в соответствующие системы управления.

Контроль положения осей космического корабля, определённым образом ориентированного в пространстве, может осуществляться космонавтом с помощью ручного астроориентатора.

Прибор работает по принципу совмещения изображений реальных звёзд, наблюдаемых в поле зрения прибора, со специально нанесенными для данного случая «метками», которые также видны в поле зрения. Эти искусственные ориентиры выглядят как световые колечки. Их положение в поле зрения прибора определяется той пространственной ориентацией космического корабля, которую необходимо осуществить.

Работа космонавта-оператора состоит в том, что с помощью ручки управления он изменяет положение корабля в пространстве таким образом, чтобы изображения звёзд в поле зрения астроорпентатора совпали с колечками «меток». После этого космонавт, продолжая управлять кораблём, удерживает оба изображения совмещёнными в течение заданного времени.

Именно таким путем осуществлялась ориентация космической станции «Салют-4» во время упомянутых выше наблюдений с помощью рентгеновского телескопа.

Как выяснилось, пользуясь подобным способом, можно вручную обеспечивать стабилизацию космического корабля в заданном положении с точностью, достаточной для астрономических наблюдений.

Наряду с этими сравнительно простыми средствами ориентирования и навигации на космических кораблях применяются и более сложные автоматические устройства. Ввиду важности обеспечения точной заданной ориентации корабля в соответствии с программой полёта эти системы не столько дублируют, сколько дополняют друг друга. К числу таких комплексных систем принадлежит астроинерциальная система навигации космического корабля, включающая в себя гиростабилизированную платформу, систему астрокоррекции и вычислительное устройство, снабжённое оптическим визиром, направленным на заданное светило. В электронной памяти вычислительной машины имеется несколько десятков навигационных звёзд.

Но и здесь со стороны космонавта необходим контроль за действием системы. В качестве основных ориентиров берутся обычно наиболее яркие звёзды: Сириус, Канопус, Вега. Но разница в их блеске незначительна. И если создавались устройства на автоматических межпланетных станциях, способные, например, отличить блеск Канопуса от блеска Сириуса и Веги, то с течением времени, когда ослабевала чувствительность светопринимающих элементов, точность такого наведения резко снижалась. Автомат с одинаковым успехом мог удерживать станцию ориентированной на любую яркую звезду. Поэтому в новых системах предусматривается различать не только блеск, но и спектральные характеристики звезды. Однако ошибки не исключены и в этом случае, так как все наиболее яркие звёзды (за исключением Бетельгейзе, Альдебарана, Антареса, Капеллы и Арктура) принадлежат к числу голубовато-белых. Очевидно, в основе наиболее надёжных методов опознавания «опорных» звёзд должно лежать их взаимное расположение на небе. Для этой цели можно использовать не одну, а несколько следящих систем, как было, например, осуществлено на одной из орбитальных астрономических обсерваторий. Можно сочетать оба метода вместе, но это потребует громоздких систем, надёжность которых обратно пропорциональна их сложности. Поэтому важное место в космической навигации принадлежит, безусловно, человеку-оператору.

Глава VI СРЕДИ ГОР И КРАТЕРОВ

Луна — настоящее и будущее

Среди множества космических объектов Вселенной ближайшим к Земле является естественный спутник нашей планеты — Луна.

В последние годы учёные проявляют к исследованию этого небесного тела особый интерес. И этот интерес не случаен. Прежде всего он определяется тем обстоятельством, что Луна — сходное с Землей по своей природе космическое тело. Судя по всему, и Земля и Луна возникли в едином процессе формирования Солнечной системы и прошли во многом аналогичные стадии развития. Поэтому, изучая Луну и сравнивая её с Землей, мы можем добыть такие данные о нашей собственной планете, получить которые было бы весьма затруднительно или даже в обозримом будущем практически невозможно, если бы мы изучали её обособленно, в единственном экземпляре. Исследование Луны даст возможность применить для изучения Земли «принцип сравнения», играющий чрезвычайно важную роль в астрономии: если мы хотим познать какой-либо космический объект, мы должны исследовать сходные с ним объекты, находящиеся на иных стадиях своего развития, и сравнить их между собой.

Луна не только заманчивый, но и сравнительно весьма удобный объект научного исследования. Это небесное тело расположено намного ближе к Земле, чем любое другое. Достаточно напомнить, что соседние с Землей планеты Венера и Марс даже в моменты наибольшего сближения удалены от нас соответственно на 39 и 56 миллионов км, между тем как среднее расстояние до Луны равно 384 000 км.

Благодаря своей близости Луна стала первым небесным телом, которого достигли космические аппараты, в том числе и с человеком на борту. Она также стала своеобразным полигоном для отработки космической техники.