ПЛАНШЕТ ДЛЯ ВЫБОРА ОБЪЕКТА НАБЛЮДЕНИЯ С ОРБИТАЛЬНОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2008 года по МПК G01C21/24 G09B29/00 

Предлагаемое техническое решение относится к области космической техники и может быть использовано для определения и выбора 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 космических станций [3], содержащий два экземпляра карты земной поверхности, нанесенных на основу (гибкую ленту), полупрозрачную пластину с изображением кривой линии трассы витка орбиты КА, установленную над лентой с картой, и устройство обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением орбиты.

Форма кривой линии трассы витка орбиты КА определяется наклонением и высотой орбиты КА и связанным с ними периодом обращения КА вокруг Земли. При этом устройство обеспечения перемещения ленты с картой вдоль пластины с изображением орбиты выполнено из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов, причем карты нанесены на ленту с совмещением точки конца экватора первого экземпляра карты с точкой начала экватора второго экземпляра карты, а лента с картой выполнена замкнутой и натянута на валы с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экватора карт.

Планшет [3] представлен на фиг.1. Данный планшет используется в РКК «Энергия» и российском ЦУП для планирования геофизических наблюдений с орбитальных космических станции.

Работа с планшетом осуществляется следующим образом.

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

Чтобы отобразить на карте другие витки орбиты (а общем случае, последующие и предыдущие), необходимо вычислить долготу восходящего узла нового витка (в случае, если нас интересует последующий виток, то его значение долготы восходящего узла можно считать с экватора карты в точке окончания трассы текущего витка) и повторить все операции по работе планшетом сначала. Для этой цели возможно также нанесение на полупрозрачную пластину изображений некоторого числа последовательных витков орбиты с соответствующими подписями и обозначениями. Например, на планшете-прототипе, представленном на фиг.1, на пластину с орбитой дополнительно нанесена половина последующего (по отношению к рассматриваемому текущему) витка орбиты. Но нанесение дополнительных кривых линий и обозначений на полупрозрачную пластину, во-первых, создает помехи пользователю для считывания информации с карты, а во-вторых, создает помехи для идентификации самих изображений трасс различных витков между собой.

Таким образом, планшет, принятый за прототип, имеет существенный недостаток - он не позволяет без привлечения дополнительных расчетов и построений и без ухудшения качества считываемой с карты информации отобразить на карте поверхности планеты (в случае описанного планшета, принятого за прототип, - земной поверхности) трассы предшествующих и последующих витков орбиты КА.

Задачей, стоящей перед предлагаемым устройством, является расширение функциональных возможностей планшета за счет обеспечения отображения на планшете предшествующих и последующих витков орбиты КА.

Поставленная задача достигается тем, что в планшет для выбора объекта наблюдения с орбитального космического аппарата, включающий гибкую ленту с нанесенными на нее двумя экземплярами карты поверхности планеты с совмещением точки конца экватора первого экземпляра карты с точкой начала экватора второго экземпляра карты, устройство обеспечения перемещения ленты с картами из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов, при этом лента выполнена замкнутой и размещена на валах с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экваторов карт, дополнительно введены гибкая полупрозрачная лента с изображением непрерывной линии трассы не менее трех последовательных витков орбиты космического аппарата, устройство обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты вдоль ленты с картами из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов и устройство синхронизации перемещения ленты с картами и ленты с изображением орбиты, при этом лента с изображением орбиты выполнена замкнутой и размещена на валах устройства обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экваторов карт, длина ленты с изображением орбиты выполнена равной суммарной длине изображенных витков орбиты, измеренной вдоль направления экватора, длина ленты с картами выполнена равной суммарной длине экваторов нанесенных на ленту карт, а ширина ленты с изображением орбиты и ширина ленты с картами выполнены в отношении, равном значению отношения угла наклонения орбиты к 90°, причем диаметр валов устройства обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты выполнен равным диаметру валов устройства обеспечения перемещения ленты с картами и составляет величину не более четверти разности длины ленты с изображением орбиты и длины ленты с картами.

Суть предлагаемого планшета поясняется чертежами. При этом приведены: на фиг.1 - планшет-прототип, на фиг.2 - конструкция предлагаемого планшета, на фиг.3 - схема, поясняющая выбор размера диаметра валов устройств обеспечения перемещения лент. На фиг.2, на которой представлена конструкция предлагаемого планшета, введены обозначения:

1 - гибкая лента с картами;

2 - валы устройства обеспечения перемещения ленты с картами;

3 - оси валов (2);

4 - элементы конструкции, скрепляющие оси валов (2);

5 - гибкая полупрозрачная лента с изображением орбиты;

6 - валы устройства обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты;

7 - оси валов (6);

8 - элементы конструкции, скрепляющие оси валов (2) и (6);

9 - ременная передача вращения между валами (2) и (6);

10 - линия изображения орбиты КА;

11 - проекция линии экваторов карт на ленту с изображением орбиты;

12 - точки восходящих узлов изображенных витков орбиты.

Устройство обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты вдоль ленты с картами выполнено из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов (6) и элементов конструкции (8), скрепляющих оси валов (2) и (6) между собой. При этом диаметры валов (2) и (6) обоих устройств обеспечения перемещения лент выполнены равными.

Устройство синхронизации перемещения лент выполнено в виде ременной передачи вращения, размещенной на валах устройств обеспечения перемещения лент. Данная ременная передача (9) передает вращение между валами (2) и (6), а синхронизация перемещения размещенных на валах лент (1) и (5) обеспечивается равенством диаметров валов. При этом валы (2) и (6) выполнены удлиненными, а размер удлинения взят не менее ширины ременной передачи - чтобы на валах было необходимое дополнительное место для размещения данной ременной передачи (см. фиг.2).

При работе с планшетом необходимо, чтобы была возможность использования («включения») и не использования («выключения») устройства синхронизации перемещения лент. Данная возможность обеспечивается тем, что данное устройство, реализованное в виде ременной передачи (9), выполнено съемным.

Длина ленты с изображением орбиты равна

где S_v - линейный размер одного витка орбиты, измеренный в линейных единицах по экватору карты;

n - количество изображенных витков орбиты.

Длина ленты с картами равна

где S_e - длина экваториальной шкалы долгот одного экземпляра карты в диапазоне [0,2π], измеренная в линейных единицах.

При этом n выбирается минимальным, удовлетворяющим условию

и при котором значение S₁ больше значения S₂.

На фиг.3, поясняющей выбор размера диаметра валов устройств обеспечения перемещения лент, дополнительно обозначено:

L₁ - расстояние между осями валов (6);

L₂ - расстояние между осями валов (2);

R₁ - радиус валов (6);

R₂ - радиус валов (2).

Для того чтобы лента с орбитой (5) охватывала ленту с картами (1) необходимо, чтобы валы (2) располагались между валов (6), что соответствует условию (см. фиг.3):

Длины лент S_j вычисляются по значениям L_j, R_j по формуле:

Поскольку диаметры (и радиусы) всех валов равны:

то условие (4), с учетом соотношения (5), принимает вид:

где D=2R - диаметр валов.

Отметим, что кривая линия изображения трассы витка орбиты захватывает области карт поверхности планеты в интервале значений широт [-i, i], где i - значение угла наклонения орбиты КА (принимаем, что значение угла наклонения орбиты КА положительно). Поскольку размер карты по широте соответствует интервалу значений широт [-90°, 90°], то ширина ленты с изображением орбиты должна быть не меньше ширины ленты с картами, умноженной на коэффициент, равный отношению i к 90°. Учитывая, что избыточная ширина полупрозрачной ленты с изображением орбиты может создавать неудобства для считывая информации с карт, расположенных под данной лентой, то данную ленту выполняем максимально узкой - строго расположенной в интервале значений широт карт [-i, i]. Данное условие соответствует выполнению размера по ширине ленты с изображением орбиты W₁ и размера по ширине ленты с картами W₂ в отношении, равном отношению угла наклонения орбиты i к 90°:

Работа с планшетом осуществляется следующим образом. В исходном состоянии планшета ременная передача (9) снята. Вращая валы (2) устройства обеспечения перемещения ленты (1), совмещают точку экватора карты, соответствующую значению долготы восходящего узла рассматриваемого витка орбиты, с одной из точек (12) - точкой восходящего узла изображенного на ленте (5) витка орбиты. При этом изображенная на полупрозрачной ленте (5) кривая линия трассы витков орбиты (10) показывает на картах ленты (1) расположение трассы рассматриваемого витка орбиты КА.

Далее задействуем устройство синхронизации перемещения лент (1) и (5) путем размещения на валах (2) и (6) ременной передачи (9). Тогда при вращении валов (2) будут синхронно вращаться валы (6) и синхронно перемещаться части лент (1) и (5), расположенные над областью в интервале между осями (3) валов (2). Вращая валы (2) в направлениях по и против направления вращения часовой стрелки, получаем отображения на картах ленты (1) расположение линии трассы витков (10), соответствующих виткам орбиты КА, предшествующим и последующим за текущим рассматриваемым витком.

Опишем технический эффект предлагаемого изобретения. Предлагаемое устройство расширяет функциональные возможности планшета-прототипа за счет обеспечения отображения предшествующих и последующих витков орбиты КА. Технический результат достигается за счет введения гибкой полупрозрачной ленты с изображением непрерывной линии трассы нескольких последовательных витков орбиты КА, устройства обеспечения перемещения данной ленты и устройства синхронизации перемещения лент, при этом длины лент и диаметры валов устройств обеспечения перемещения лент выполнены предложенных размеров.

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».

Изобретение относится к средствам космической техники и направлено на расширение функциональных возможностей планшета за счет обеспечения отображения на планшете предшествующих и последующих витков орбиты космического аппарата (КА), что обеспечивается за счет того, что планшет для выбора объекта наблюдения с орбитального КА включает гибкую ленту с нанесенными на нее двумя экземплярами карты поверхности планеты с совмещением точки конца экватора первого экземпляра карты с точкой начала экватора второго экземпляра карты, устройство обеспечения перемещения ленты с картами из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов. При этом лента выполнена замкнутой и размещена на валах с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экваторов карт. Дополнительно введены гибкая полупрозрачная лента с изображением непрерывной линии трассы не менее трех последовательных витков орбиты космического аппарата, устройство обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты вдоль ленты с картами из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов и устройство синхронизации перемещения ленты с картами и ленты с изображением орбиты, при этом лента с изображением орбиты выполнена замкнутой и размещена на валах устройства обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экваторов карт, длина ленты с изображением орбиты выполнена равной суммарной длине изображенных витков орбиты, измеренной вдоль направления экватора, длина ленты с картами выполнена равной суммарной длине экваторов нанесенных на ленту карт, а ширина ленты с изображением орбиты и ширина ленты с картами выполнены в отношении, равном значению отношения угла наклонения орбиты к 90°, причем диаметр валов устройства обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты выполнен равным диаметру валов устройства обеспечения перемещения ленты с картами и составляет величину не более четверти разности длины ленты с изображением орбиты и длины ленты с картами. Технический результат - обеспечение отображения на планшете предыдущих и последующих витков орбиты КА. 3 ил.

Планшет для выбора объекта наблюдения с орбитального космического аппарата, включающий гибкую ленту с нанесенными на нее двумя экземплярами карты поверхности планеты с совмещением точки конца экватора первого экземпляра карты с точкой начала экватора второго экземпляра карты, устройство обеспечения перемещения ленты с картами из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов, при этом лента выполнена замкнутой и размещена на валах с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экваторов карт, отличающийся тем, что дополнительно введены гибкая полупрозрачная лента с изображением непрерывной линии трассы не менее трех последовательных витков орбиты космического аппарата, устройство обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты вдоль ленты с картами из двух разнесенных и скрепленных параллельно между собой валов и устройство синхронизации перемещения ленты с картами и ленты с изображением орбиты, при этом лента с изображением орбиты выполнена замкнутой и размещена на валах устройства обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты с возможностью ее кругового перемещения вдоль линии экваторов карт, длина ленты с изображением орбиты выполнена равной суммарной длине изображенных витков орбиты, измеренной вдоль направления экватора, длина ленты с картами выполнена равной суммарной длине экваторов нанесенных на ленту карт, а ширина ленты с изображением орбиты и ширина ленты с картами выполнены в отношении, равном значению отношения угла наклонения орбиты к 90°, причем диаметр валов устройства обеспечения перемещения ленты с изображением орбиты выполнен равным диаметру валов устройства обеспечения перемещения ленты с картами и составляет величину не более четверти разности длины ленты с изображением орбиты и длины ленты с картами.