В современном мире надежности различных систем уделяется много внимания. Навигационные системы тоже не стали исключением. К сожалению, разработанные в настоящее время решения имеют недостатки, накладывающие определенные ограничения на их применение.
Поэтому на первый план выходит освоение альтернативных технологий и взаимное дублирование различных способов позиционирования наземных, воздушных, подводных и надводных аппаратов.
Особое внимание инженеры уделяют автономности навигационных систем. Но устройства, способные определять местоположение независимо от внешних источников данных, склонны к накоплению ошибки и требовательны к предварительной калибровке. Сможет ли гравитационная навигационная система стать им полноценной альтернативой? Давайте разбираться.
Особенности гравитационного поля Земли
Многие из нас привыкли считать ускорение свободного падения постоянной величиной. Оно и понятно: для решения типовых задач по физике достаточно принять Землю материальной точкой или шаром с однородным распределением массы. Но на самом деле наша планета сплюснута с полюсов и имеет неправильный рельеф. И при точных расчетах эти особенности необходимо учитывать.
Кроме того, различные участки и слои литосферы имеют разную плотность — соответственно, и масса распределена неравномерно.
Эти особенности влияют на значение ускорения свободного падения.
Исследование гравитационного поля Земли ведется уже давно. Так, в рамках совместного американо-немецкого проекта GRACE удалось составить карту гравитационного поля Земли (ГПЗ):
Подобные исследования проводятся и в России. Сотрудниками ВНИГИ им. Карпинского была составлена гравиметрическая карта страны в масштабе 1:2 500 000:
Определение координат по неоднородности ГПЗ
Данные гравиметрических исследований можно загрузить в навигационное оборудование и на их основе корректировать показания спутниковых и инерционных систем, или использовать гравитационную навигацию в качестве основной системы в моменты, когда спутниковый канал недоступен.
На практике эта технология пока не применятся по причине отсутствия достаточно точных гравиметрических карт.
Но данные накапливаются десятилетиями, а современное оборудование и возможность проводить исследования из космоса существенно ускорили этот процесс. Поэтому в недалеком будущем можно ожидать создания систем ориентации в пространстве по ГПЗ.
Тем не менее, полностью заменить имеющиеся решения они не смогут, поскольку будут обладать лишь условной автономностью. На Земле всё ещё происходит геологическая активность, и землетрясения могут привести к подвижкам земной коры и локальному изменению значения ускорения свободного падения.
Будущее гравитационной навигации
Гравитационная навигационная система (ГНС) определенно найдет применение в военной сфере. В частности, в системах наведения крылатых и баллистических ракет: при наличии точных гравиметрических данных погрешность определения координат может составить всего несколько сантиметров. Это будет полезно и при проведении научных исследований, требующих точной привязки к местности.
Однако необходимость постоянной корректировки гравиметрических карт накладывает определенные ограничения на применение ГНС. Поэтому она вряд ли вытеснит используемые в настоящее время решения и, скорее всего, будет играть вспомогательную роль.
Подписывайтесь на канал, чтобы узнать больше о современных исследованиях и технологиях!
