Астрономическая навигация
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 используются людьми на Земле для ориентирования на неизвестной местности, поскольку для их использования не требуется каких-либо приспособлений. В Северном полушарии, например, направление на географический север можно узнать по положению на небосклоне Полярной звезды, а по положению Солнца в полдень можно приближённо определить направление на географический юг. Один из главных недостатков астрономической наземной навигации — зависимость от облачности.
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.
Астронавигация получила широкое применение в конце ХIХ и начале XX века при построении Астрономо-геодезических сетей, с целью получения координат исходных и конечных пунктов. Большая часть геодезической сети СССР базировалась на Пунктах Лапласа, а Дуга Струве включала 13 таких пунктов.
Принцип определения координат
Существует целый ряд методов определения географических координат — широты и долготы — посредством астрономических наблюдений. Некоторые из них, будучи разработанными столетия назад, ныне устарели и представляют лишь исторический интерес (например, предложенный Галилеем в 1612 году 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 по меридиану и метод равных высот светил. Ниже приведён 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 — 2, но обычно они достаточно далеки друг от друга, так что неопределённости не возникает).
Построение кругов равных высот на меркаторской карте невозможно 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 недостаточной для практического применения точностью из-за небольших размеров глобуса. В связи с этим в астрономической навигации и практической астрономии употребляются приближённые методы — и (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. Возможно непосредственное вычисление координат обоих пересечений кругов равных высот без применения построений на карте.
Если днём видно только Солнце, то можно провести два замера его высоты через некоторый промежуток времени. Поскольку Солнце перемещается по небу, то эти 2 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) счётные редукционные таблицы для упрощения расчёта 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 расчёты, занимал несколько минут. В настоящее время вместо печатного справочника астрономических эфемерид могут использоваться компьютерные программы, а вместо редукционных таблиц — компьютер или калькулятор.
ВВС США продолжали обучение военных лётчиков астронавигации до 1997 года, потому что:
- астрономическая навигация может использоваться независимо от наземных средств;
- астрономическая навигация имеет глобальное покрытие;
- астрономическая навигация не может быть заблокирована (хотя она может быть скрыта облаками);
- астрономическая навигация пассивна и не даёт никаких сигналов, которые могут быть обнаружены противником.
Военно-морская академия США объявила о прекращении курса по астрономической навигации весной 1998 года. В октябре 2015, высказав озабоченности по поводу надёжности систем GPS перед лицом возможных интернет-атак, Военно-морская академия США восстановила курс по астрономической навигации в 2015/2016 учебном году.
В Академии торгового флота США обучение астрономической навигации не прекращалось. Курс астрономической навигации преподаётся в Гарварде с недавних пор как Астрономия 2. Астрономическая навигация по-прежнему используется яхтсменами и экипажами небольших крейсерских лодок. Хотя технология спутниковой навигации надёжна, яхтсмены используют небесную навигацию либо в качестве основного навигационного инструмента, либо в качестве резервного.
Навигационный 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 звёздного неба, с помощью , обычно установленного на гироплатформе, сравнения полученной картины с программно ожидаемой и вычисления поправок, компенсирующих накапливаемые ошибки основных средств измерения (гироплатформы, БИНС).
Астровизирование — 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, также используется на самолетах, на космических летательных аппаратах, на подводных лодках.
Развитие астрономической навигации
За последние несколько столетий, подход к астрономической навигации остался неизменным. Зачастую требуется идентификации звёзд вручную и использование секстанта или же поиск перебором звёздных паттернов в астрономических каталогах. Одним из возможных развитий систем астрономической навигации является использование технологий глубокого обучения, определение координат по сырым, необработанным изображениям звёздного неба.
См. также
- Радионавигация
- Список навигационных звёзд
Примечания
- Pamphlet (AFPAM) 11-216, Chapters 8—13
- Navy Cadets Won’t Discard Their Sextants Архивировано 13 февраля 2009 года., The New York Times By DAVID W. CHEN Published: May 29, 1998
- Seeing stars, again: Naval Academy reinstates celestial navigation Архивировано 23 октября 2015 года., by Tim Prudente Published: 12 October 2015
- Peterson, Andrea (17 февраля 2016). Why Naval Academy students are learning to sail by the stars for the first time in a decade. Washington Post. Архивировано 22 февраля 2016.
- - Astronomy 2 Celestial Navigation by Philip Sadler Архивировано 22 ноября 2015 года.
- Лодка проекта 611 «ZULU». Дата обращения: 18 марта 2011. Архивировано 30 января 2011 года.
- Галкин В.А., Макаренко А.В. Исследование возможности решения задачи астрономической навигации методами глубокого обучения / Труды 13-го Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ XIII, Москва, 2019). М.: ИПУ РАН, 2019. С. 2096—2100
Ссылки
- Астронавигация — учебник яхтенного капитана
- «Астрономическая навигация» на astronet.ru Архивная копия от 9 ноября 2007 на Wayback Machine
- «Астрономическая навигация» на slovopedia.com Архивная копия от 28 сентября 2007 на Wayback Machine
- «GPS заменят рентгеновскими пульсарами» на grani.ru/Techno по материалам статьи «Satellites could navigate by X-ray stars» в New Scientist Архивная копия от 27 сентября 2007 на Wayback Machine
- Методическое пособие по практической астрономии для начинающих
В другом языковом разделе есть более полная статья Celestial navigation (англ.). |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Астрономическая навигация, Что такое Астрономическая навигация? Что означает Астрономическая навигация?
Astronomi cheskaya naviga ciya kompleks metodov opredeleniya navigacionnyh parametrov obekta osnovannyj na ispolzovanii elektromagnitnogo izlucheniya astronomicheskih obektov Primenyaetsya dlya opredeleniya kursa i navigacionnyh koordinat u nazemnyh obektov a takzhe dlya opredeleniya orientacii kosmicheskih letatelnyh apparatov v sostave astroinercialnoj navigacionnoj sistemy Prostejshie metody astronomicheskoj navigacii ispolzuyutsya lyudmi na Zemle dlya orientirovaniya na neizvestnoj mestnosti poskolku dlya ih ispolzovaniya ne trebuetsya kakih libo prisposoblenij V Severnom polusharii naprimer napravlenie na geograficheskij sever mozhno uznat po polozheniyu na nebosklone Polyarnoj zvezdy a po polozheniyu Solnca v polden mozhno priblizhyonno opredelit napravlenie na geograficheskij yug Odin iz glavnyh nedostatkov astronomicheskoj nazemnoj navigacii zavisimost ot oblachnosti Ispolzovanie sekstanta dlya opredeleniya vozvysheniya solnca nad gorizontom Ranee astronomicheskaya navigaciya yavlyalas osnovnym sposobom opredeleniya koordinat i kursa morskih sudov s ispolzovaniem pokazanij takih priborov kak sekstant i hronometr Sejchas v morskoj i vozdushnoj navigacii prakticheski polnostyu vytesnena sputnikovymi navigacionnymi sistemami no iz za vysokoj stepeni avtonomnosti yavlyaetsya rezervnoj Astronavigaciya poluchila shirokoe primenenie v konce HIH i nachale XX veka pri postroenii Astronomo geodezicheskih setej s celyu polucheniya koordinat ishodnyh i konechnyh punktov Bolshaya chast geodezicheskoj seti SSSR bazirovalas na Punktah Laplasa a Duga Struve vklyuchala 13 takih punktov Princip opredeleniya koordinatOpredelenie koordinat po odnovremenno nablyudaemym Solncu i Lune sinij krug ravnyh vysot Luny krasnyj Solnca Sushestvuet celyj ryad metodov opredeleniya geograficheskih koordinat shiroty i dolgoty posredstvom astronomicheskih nablyudenij Nekotorye iz nih buduchi razrabotannymi stoletiya nazad nyne ustareli i predstavlyayut lish istoricheskij interes naprimer predlozhennyj Galileem v 1612 godu sposob opredeleniya dolgoty po nablyudeniyam sputnikov Yupitera a takzhe metod lunnyh distancij Johannes Werner 1514 Drugie razrabotannye pozdnee vyshli iz professionalnogo upotrebleniya v morskoj i vozdushnoj navigacii vsego lish desyatiletiya nazad s poyavleniem sistem sputnikovoj navigacii K takim metodam otnosyatsya metod opredeleniya dolgoty s ispolzovaniem sekstanta i hronometra metod izmereniya po meridianu i metod ravnyh vysot svetil Nizhe privedyon primer poslednego Provodyatsya izmereniya vysoty dvuh raznyh svetil v sumerkah dvuh zvyozd planet ili odnoj zvezdy planety i Luny dnyom Solnca i Luny Dlya kazhdogo izmereniya zapisyvaetsya ego vremya Tochki zemnoj poverhnosti kotorym sootvetstvuyut izmerennye vyso ty etih dvuh svetil v momenty izmereniya obrazuyut dve okruzhnosti po odnoj dlya kazhdogo svetila nazyvaemye liniyami polozheniya ili krugami ravnyh vysot Tochki peresecheniya linij polozheniya i yavlyayutsya iskomym mestonahozhdeniem nablyudatelya etih tochek 2 no obychno oni dostatochno daleki drug ot druga tak chto neopredelyonnosti ne voznikaet Postroenie krugov ravnyh vysot na merkatorskoj karte nevozmozhno v svyazi s neizbezhnymi dlya kartograficheskih proekcij iskazheniyami Polnostyu krugi ravnyh vysot mogut byt naneseny tolko na globus odnako v etom sluchae poluchennye koordinaty tochki peresecheniya budut obladat nedostatochnoj dlya prakticheskogo primeneniya tochnostyu iz za nebolshih razmerov globusa V svyazi s etim v astronomicheskoj navigacii i prakticheskoj astronomii upotreblyayutsya priblizhyonnye metody i metod Sent Ilera v kotoryh vmesto celnyh linij polozheniya na merkatorskoj karte stroyatsya fragmenty sekushih v metode Somnera ili kasatelnyh v metode perenosov linij k krugam ravnyh vysot Vozmozhno neposredstvennoe vychislenie koordinat oboih peresechenij krugov ravnyh vysot bez primeneniya postroenij na karte Esli dnyom vidno tolko Solnce to mozhno provesti dva zamera ego vysoty cherez nekotoryj promezhutok vremeni Poskolku Solnce peremeshaetsya po nebu to eti 2 zamera budut ekvivalentny zameram vysoty dvuh raznyh svetil Esli nuzhno provesti opredelenie koordinat dvizhushegosya sudna to nuzhno vvodit popravki na predpolagaemoe smeshenie sudna za vremya mezhdu dvumya zamerami vysot svetil vychislyayutsya na osnovanii skorosti i kursa sudna V prakticheskom smysle dlya opredeleniya koordinat nablyudatelya sredstvami astronavigacii neobhodim sleduyushij nabor instrumentov i spravochnikov 1 tochnyj hronometr dlya izmereniya vremeni 2 sekstant dlya izmereniya uglov na nebesnoj sfere 3 almanah ili spravochnik astronomicheskih efemerid s koordinatami nebesnyh tel predvychislennymi na budushee vremya 4 schyotnye redukcionnye tablicy dlya uprosheniya raschyota vysoty i azimuta svetila svodyashie vse dejstviya k slozheniyu i vychitaniyu 5 geograficheskaya karta Imenno takim naborom sredstv polzovalis navigatory morskih sudov vplot do razvitiya radionavigacii i sputnikovoj navigacii u opytnogo navigatora ves process vklyuchaya astronomicheskie nablyudeniya i raschyoty zanimal neskolko minut V nastoyashee vremya vmesto pechatnogo spravochnika astronomicheskih efemerid mogut ispolzovatsya kompyuternye programmy a vmesto redukcionnyh tablic kompyuter ili kalkulyator VVS SShA prodolzhali obuchenie voennyh lyotchikov astronavigacii do 1997 goda potomu chto astronomicheskaya navigaciya mozhet ispolzovatsya nezavisimo ot nazemnyh sredstv astronomicheskaya navigaciya imeet globalnoe pokrytie astronomicheskaya navigaciya ne mozhet byt zablokirovana hotya ona mozhet byt skryta oblakami astronomicheskaya navigaciya passivna i ne dayot nikakih signalov kotorye mogut byt obnaruzheny protivnikom Voenno morskaya akademiya SShA obyavila o prekrashenii kursa po astronomicheskoj navigacii vesnoj 1998 goda V oktyabre 2015 vyskazav ozabochennosti po povodu nadyozhnosti sistem GPS pered licom vozmozhnyh internet atak Voenno morskaya akademiya SShA vosstanovila kurs po astronomicheskoj navigacii v 2015 2016 uchebnom godu V Akademii torgovogo flota SShA obuchenie astronomicheskoj navigacii ne prekrashalos Kurs astronomicheskoj navigacii prepodayotsya v Garvarde s nedavnih por kak Astronomiya 2 Astronomicheskaya navigaciya po prezhnemu ispolzuetsya yahtsmenami i ekipazhami nebolshih krejserskih lodok Hotya tehnologiya sputnikovoj navigacii nadyozhna yahtsmeny ispolzuyut nebesnuyu navigaciyu libo v kachestve osnovnogo navigacionnogo instrumenta libo v kachestve rezervnogo Navigacionnyj treugolnik Osnovnaya statya Parallakticheskij treugolnik Odnim iz metodov opredeleniya koordinat yavlyaetsya reshenie navigacionnogo treugolnika nazyvaemogo takzhe parallakticheskim treugolnikom ili PZX treugolnikom Pri izvestnyh v odin moment vremeni napravleniyah na polyus P na zenit Z i na kakoe libo svetilo X poisk sootvetstvuyushih koordinat tochki na zemnom share dayot edinstvennyj otvet AstrovizirovanieAstrovizi rovanie process nablyudeniya kartiny zvyozdnogo neba s pomoshyu obychno ustanovlennogo na giroplatforme sravneniya poluchennoj kartiny s programmno ozhidaemoj i vychisleniya popravok kompensiruyushih nakaplivaemye oshibki osnovnyh sredstv izmereniya giroplatformy BINS Astrovizirovanie odin iz sposobov kompensacii sobstvennyh oshibok sistemy upravleniya raketoj Astrovizirovanie obychno proizvoditsya na passivnom uchastke poleta tak kak rabotayushie raketnye dvigateli dayut silnye vozmusheniya ponizhayushie tochnost izmereniya Krome raket takzhe ispolzuetsya na samoletah na kosmicheskih letatelnyh apparatah na podvodnyh lodkah Razvitie astronomicheskoj navigaciiZa poslednie neskolko stoletij podhod k astronomicheskoj navigacii ostalsya neizmennym Zachastuyu trebuetsya identifikacii zvyozd vruchnuyu i ispolzovanie sekstanta ili zhe poisk pereborom zvyozdnyh patternov v astronomicheskih katalogah Odnim iz vozmozhnyh razvitij sistem astronomicheskoj navigacii yavlyaetsya ispolzovanie tehnologij glubokogo obucheniya opredelenie koordinat po syrym neobrabotannym izobrazheniyam zvyozdnogo neba Sm takzheRadionavigaciya Spisok navigacionnyh zvyozdPrimechaniyaPamphlet AFPAM 11 216 Chapters 8 13 Navy Cadets Won t Discard Their Sextants Arhivirovano 13 fevralya 2009 goda The New York Times By DAVID W CHEN Published May 29 1998 Seeing stars again Naval Academy reinstates celestial navigation Arhivirovano 23 oktyabrya 2015 goda by Tim Prudente Published 12 October 2015 Peterson Andrea 17 fevralya 2016 Why Naval Academy students are learning to sail by the stars for the first time in a decade Washington Post Arhivirovano 22 fevralya 2016 Astronomy 2 Celestial Navigation by Philip Sadler Arhivirovano 22 noyabrya 2015 goda Lodka proekta 611 ZULU neopr Data obrasheniya 18 marta 2011 Arhivirovano 30 yanvarya 2011 goda Galkin V A Makarenko A V Issledovanie vozmozhnosti resheniya zadachi astronomicheskoj navigacii metodami glubokogo obucheniya Trudy 13 go Vserossijskogo soveshaniya po problemam upravleniya VSPU XIII Moskva 2019 M IPU RAN 2019 S 2096 2100SsylkiAstronavigaciya uchebnik yahtennogo kapitana Astronomicheskaya navigaciya na astronet ru Arhivnaya kopiya ot 9 noyabrya 2007 na Wayback Machine Astronomicheskaya navigaciya na slovopedia com Arhivnaya kopiya ot 28 sentyabrya 2007 na Wayback Machine GPS zamenyat rentgenovskimi pulsarami na grani ru Techno po materialam stati Satellites could navigate by X ray stars v New Scientist Arhivnaya kopiya ot 27 sentyabrya 2007 na Wayback Machine Metodicheskoe posobie po prakticheskoj astronomii dlya nachinayushihV drugom yazykovom razdele est bolee polnaya statya Celestial navigation angl Vy mozhete pomoch proektu rasshiriv tekushuyu statyu s pomoshyu perevoda
