ПЛАНШЕТ ДЛЯ ВЫБОРА НАЗЕМНОГО ОБЪЕКТА НАБЛЮДЕНИЯ С ОРБИТАЛЬНОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2008 года по МПК G01C21/24 B64G1/22 

Предлагаемое техническое решение относится к области космической техники и может быть использовано для определения и выбора наземных объектов наблюдения с борта орбитального космического аппарата (КА), движущегося по околокруговой орбите.

Известны карты земной поверхности: [1] космонавигационная карта Центра управления полетами (ЦУП) и карты звездного неба [2], которые можно использовать для определения и выбора геофизических и астрономических объектов для наблюдений, выполняемых с КА. Недостатком карт является то, что на них отсутствует графическая информация об орбите КА.

Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип является планшет для определения и выбора объектов геофизических наблюдений с борта орбитальных станций [3], содержащий два экземпляра карты земной поверхности, нанесенные на гибкую ленту, установленную над лентой с картой полупрозрачную пластину с изображением витка орбиты КА от его восходящего узла и устройство обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением орбиты из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов, при этом карты нанесены на ленту с совмещением точки конца экватора первой карты и точки начала экватора второй карты, а лента выполнена замкнутой кольцом и натянутой на валы с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экватора карт.

Форма линии витка орбиты КА задает трассу КА на карте земной поверхности и определяется наклонением, высотой орбиты и связанным с ними периодом обращения КА вокруг Земли.

Планшет [3] представлен на фиг.1. Данный планшет используется в ЦУП для планирования геофизических наблюдений с орбитальных космических станций («Салют», «Мир», международная космическая станция).

Работа с планшетом осуществляется следующим образом. С помощью устройства обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением витка орбиты совмещают точку восходящего узла витка орбиты, изображенного на пластине, с точкой экватора карты, соответствующей значению долготы восходящего узла рассматриваемого витка орбиты. При этом линия трассы витка орбиты показывает на карте трассу данного витка, что позволяет определить и выбрать точки земной поверхности для наблюдения на данном витке орбиты КА.

Планшет, принятый за прототип, имеет существенный недостаток - его размеры, определяемые полной длиной карты земной поверхности, достаточно велики и могут создавать трудности при его оперативном использовании (например, на борту пилотируемого КА).

Задачей, стоящей перед предлагаемым устройством, является улучшение эргономических характеристик планшета для выбора наземного объекта наблюдения с орбитального КА за счет уменьшения размеров планшета.

Поставленная задача достигается тем, что планшет для выбора наземного объекта наблюдения с орбитального космического аппарата включает гибкую ленту с картой земной поверхности, установленную над ней полупрозрачную пластину с изображением двух половин витка орбиты космического аппарата, выполненных с совмещением восходящего узла орбиты, начинающего первую половину витка орбиты, и нисходящего узла орбиты, начинающего вторую половину витка орбиты, и устройство обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением витка орбиты из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов, при этом карта нанесена на ленту с совмещением точек начала и конца экватора карты, а лента выполнена замкнутой кольцом и натянутой на валы с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экватора карт, причем расстояние между осями валов и размер пластины с изображением витка орбиты вдоль направления экватора выполнены равными значению

(L-d)/2,

где L - длина экватора карты; d - абсолютное значение межвиткового расстояния, измеренное в линейных единицах по экватору карты;

а радиус валов выполнен равным значению d/(2π).

В предлагаемом планшете, в отличие от планшета-прототипа, изображения двух половин витка орбиты КА нанесены на полупрозрачную пластину раздельно и размещены предложенным образом (с совмещением начал половин витка), на ленту с картой нанесена только одна карта земной поверхности и размещена предложенным образом (с совмещением точек начала и конца экватора карты), а радиус валов и расстояние между осями валов устройства обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением витка орбиты и размер пластины с изображением витка орбиты выполнены равными предложенным значениям, рассчитываемым по предложенным формулам в виде функций длины экватора и межвиткового расстояния.

Суть предлагаемого планшета поясняется на фиг.1 и 2. При этом приведены: на фиг.1 - планшет-прототип; на фиг.2 - предлагаемый планшет.

На фиг.2, на которой представлена конструкция предлагаемого планшета, введены обозначения:

1 - лента с картой земной поверхности;

2 - полупрозрачная пластина с изображением витка орбиты;

3 - кривая линия первой половины витка орбиты КА;

4 - кривая линия второй половины витка орбиты КА;

5 - два параллельно скрепленных вращающихся вала;

6 - элемент конструкции, скрепляющий оси валов (5);

7 - элемент конструкции, фиксирующий положение пластины с изображением витка орбиты над валами (5);

8 - линия экватора карты;

9 - проекция экватора карты на пластину с изображением витка орбиты.

Работа с планшетом осуществляется следующим образом.

Вращением валов (5) и перемещают ленту с картой (1) относительно пластины (2) до совмещения точки земного экватора (8), соответствующей значению долготы восходящего узла рассматриваемого витка орбиты КА, с точкой восходящего узла витка орбиты КА - точкой начала кривой линии (3). При этом кривая линия (3) покажет на карте (1) трассу первой половины рассматриваемого витка орбиты. Далее фиксируют значение долготы точки земного экватора (8), соответствующей концу кривой (3). Данная точка является нисходящим узлом орбиты КА на рассматриваемом витке. Вращением валов (5) перемещают ленту с картой (1) относительно пластины (2) до совмещения точки земного экватора (8), соответствующей зафиксированному значению долготы, с точкой начала кривой (4) (точки начала кривых (3) и (4), как и точки их концов, совпадают). При этом кривая (4) покажет на карте (1) трассу второй половины рассматриваемого витка орбиты. По полученным положениям трассы витка орбиты на карте земной поверхности определяем и выбираем объекты на земной поверхности для выполнения их наблюдения на рассматриваемом витке орбиты КА.

Устройство обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением витка орбиты выполнено в виде двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой вращающихся валов (5), элемента конструкции (6), скрепляющих оси валов (5) между собой, и элемента конструкции (7), фиксирующего положение пластины (2) над валами (5) (т.е. над лентой с картой (1)).

Величина углового межвиткового расстояния в связанной с Землей системе координат отрицательна и определяется формулой (см. [4], стр.149):

где Δ Ω - витковая прецессия орбиты КА в инерциальной системе координат; Т - период обращения КА вокруг Земли; ω - угловая скорость вращения Земли в инерциальном пространстве; R_э - экваториальный радиус Земли; р - фокальный параметр орбиты; i - наклонение орбиты; I₂=-1082,2·10^-6 - коэффициент потенциала гравитационного поля Земли.

Измерим в линейных единицах длину L экваториальной шкалы долгот карты [0,2π] и обозначим d - абсолютное значение межвиткового расстояния Δλ, измеренное в линейных единицах по экватору карты, связанное с Δλ и L соотношением

Тогда линейный размер половины витка орбиты, измеренный в линейных единицах по экватору карты, равен

Данная величина равна длине проекции экватора (9) и является минимально возможным значением для размера пластины (2) и расстояния между осями валов (5), чтобы на прямом участке ленты с картой (1) отразились линии (3), (4). Поскольку минимальная длина ленты с картой (1) равна L, то для минимального размера планшета на половине каждого вала (5) должна лежать часть ленты с картой длиной d/2. Т.е. радиус каждого вала R определяется соотношением:

или

Опишем технический эффект предлагаемого изобретения.

Предлагаемое устройство улучшает эргономические характеристики планшета для выбора наземного объекта наблюдения с орбитального КА за счет уменьшения размера планшета в направлении линии экватора карты в два раза по отношению к планшету-прототипу.

Технический результат достигается за счет раздельного изображения двух половин витка орбиты на пластине с изображением орбиты КА, использования только одного экземпляра карты и выполнения предложенных размеров радиуса валов и расстояния между осями валов устройства обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением витка орбиты, и предложенного размера пластины с изображением витка орбиты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вотяков А.А. Теоретическая география-3. Карты плоской земли. - М: София, 2002.

2. Карта звездного неба с зодиакальными созвездиями. - М.: ДИ ЭМ БИ, 2004.

3. Картографический планшет 17К-7988. РКК «Энергия».

4. Инженерный справочник по космической технике. Изд-во МО СССР, М., 1969.

Планшет для выбора наземного объекта наблюдения с орбитального космического аппарата (КА) относится к космической технике. Планшет для выбора наземного объекта наблюдения с орбитального КА включает гибкую ленту с картой земной поверхности, установленную над ней полупрозрачную пластину с изображением двух половин витка орбиты КА, выполненных с совмещением восходящего узла орбиты, начинающего первую половину витка орбиты, и нисходящего узла орбиты, начинающего вторую половину витка орбиты, и устройство обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением витка орбиты из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов, при этом карта нанесена на ленту с совмещением точек начала и конца экватора карты, а лента выполнена замкнутой кольцом и натянутой на валы с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экватора карт, причем расстояние между осями валов и размер пластины с изображением витка орбиты вдоль направления экватора выполнены равными значению (L-d)/2, где L - длина экватора карты; d - абсолютное значение межвиткового расстояния, измеренное в линейных единицах по экватору карты; а радиус валов выполнен равным значению d/(2π). Технический результат заключается в уменьшении размеров планшета. 2 ил.

Планшет для выбора наземного объекта наблюдения с орбитального космического аппарата, включающий гибкую ленту с картой земной поверхности, установленную над ней полупрозрачную пластину с изображением двух половин витка орбиты космического аппарата, выполненных с совмещением восходящего узла орбиты, начинающего первую половину витка орбиты, и нисходящего узла орбиты, начинающего вторую половину витка орбиты, и устройство обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением витка орбиты из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов, при этом карта нанесена на ленту с совмещением точек начала и конца экватора карты, а лента выполнена замкнутой кольцом и натянутой на валы с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экватора карт, причем расстояние между осями валов и размер пластины с изображением витка орбиты вдоль направления экватора выполнены, равными значению

(L-d)/2,

где L - длина экватора карты; d - абсолютное значение межвиткового расстояния, измеренное в линейных единицах по экватору карты,

а радиус валов выполнен равным значению d/(2π).