Наши космические пути

Автоматы ориентируют спутник

Сигнал, который заставляет маховички или реактивные микродвигатели (то есть стабилизирующие элементы) вращаться в определенную сторону с определенной скоростью, создается системой астроориентировки. Система астроориентировки космических летательных аппаратов состоит из сложного комплекса гироскопических и астрономических узлов. Подобные системы, называемые астронавигационными, применяются уже давно в ракетах, полет которых по определенному заданному курсу осуществляется при помощи различных ориентиров, например, небесных светил. За положением светил зорко наблюдают «глаза» ракеты — астрономические приборы. Стоит ракете под влиянием какой-либо причины сбиться с курса, как в тот же момент это отклонение с помощью электронных приборов автоматически вычисляется и к механизмам, которые управляют газовыми рулями, поступает сигнал, заставляющий космический летательный аппарат возвратиться на прежний курс. Таким образом, космический летательный аппарат с астронавигационной системой управления сам прокладывает и рассчитывает свой курс, ориентируясь по заранее выбранным звездам.

А как же спутник? Как и ракета, он должен сохранять строго определенное положение в полете, автоматически определять свое положение в пространстве и по отношению к географическим координатам Земли. Для этой цели будет служить сложная автоматическая фотоследящая система ориентации спутника за выбранными звездами-ориентирами. Оптическая ее часть предназначена автоматически следить за этими звездами, непрерывно определяя местоположение спутника относительно земных географических координат. С помощью этой системы будут вырабатываться также сигналы, управляющие вращением маховичков, а через них и поворотом корпуса спутника относительно жестко связанных с ним осей.

Питание же для электродвигателей, которые вращают маховички внутри корпуса спутника, поступает от солнечной или аккумуляторной батареи в зависимости от того, падает ли в данном случае на него солнечный свет или он экранирован Землей.

Регулируемой величиной в автоматической ориентации космического летательного аппарата, например, на Солнце, является отклонение оси от направления на Солнце. Очевидно, что в качестве чувствительного к этому отклонению элемента можно взять фотоэлектрический элемент, который вырабатывает управляющий сигнал, пропорциональный этому отклонению.

Для решения задачи ориентации космического летательного аппарата на Солнце, как было выше выяснено, надо осуществить вращение ИСЗ вокруг двух его осей.

Конструктивно эту задачу можно решить следующим образом. С помощью чувствительного блока фотоследящей системы определяется угол рассогласования ориентируемой оси с направлением на Солнце. При этом чувствительный блок вырабатывает управляющий сигнал, который усиливается и подается на стабилизирующие элементы (то есть маховички). Последние так изменяют момент количества движения системы, чтобы ориентируемая ось снова совпадала с направлением на Солнце. В качестве чувствительного блока системы ориентации в зависимости от выбранного типа ориентира может быть применен магниточувствительный датчик, или фотоэлектрический блок, или, наконец, гироскоп, который не нуждается в пространственном ориентире, ибо его ось всегда старается сохранить неизменным заданное относительномирового пространства положение. Однако ось любого гироскопа вследствиетрения со временем уходит от заданного направления. Кроме того, значительный вес, размеры и ограниченность запаса источников питания делают иногда нерентабельным его использование на ИСЗ. Правда, для временной ориентации гироскоп может быть применен и на спутнике, например, для удержания какой-либо оси спутника в направлении на Солнце или звезды при временной их потере в процессе работы фотоследящей системы (например, при временном экранировании спутника Землей).

Самым перспективным является применение на ИСЗ фотоэлектрического элемента, так как, имея малые габариты и вес, что весьма существенно для условий спутника, он может обеспечить высокую точность ориентации.

Как мы уже отмечали, на третьем ИСЗ был установлен магнитометр, измерительный датчик которого автоматически ориентировался по направлению полного вектора земного магнитного поля. Два потенциометрических датчика, помещенных на узле ориентации, позволяли определить положение корпуса спутника относительно земного поля и скорость вращения ИСЗ вокруг собственных осей.

Эти важные данные давали возможность оценить начальные угловые скорости ИСЗ и, учитывая их, построить любой полностью ориентируемый спутник, а также решить проблему его возращения на Землю.

Угловая ориентация искусственных спутников Земли имеет, таким образом, большое значение для создания будущих более совершенных, возвращаемых на Землю спутников и межпланетных кораблей.

Ориентация на Солнце и Луну

А как же происходила ориентация межпланетной автоматической станции? Как и ракета, станция должна была иметь определенное положение в полете, автоматически определить свое место в пространстве по отношению к Солнцу и Луне. Все это осуществлялось сложной автоматической фотоследящей системой ориентации, состоящей из солнечных датчиков, располагаемых на верхнем и нижнем днищах, логических электронных устройств и управляемых двигателей. Последние ориентировали корпус автоматической межпланетной станции так, чтобы фотоаппараты, расположенные вдоль одной из ее осей, неизменно смотрели на невидимую с Земли сторону Луны.

Система ориентации АМС была включена после сближения с Луной в тот момент, когда АМС находилась в заданном положении относительно Луны и Солнца, обеспечивающем необходимые условия для фотографирования. Расстояние до Луны при этом составляло в соответствии с расчетом 60-70 тысяч километров.

В начале работы система ориентации прежде всего прекратила произвольное вращение автоматической межпланетной станции вокруг ее центра тяжести, возникшее в момент отделения от последней ступени ракеты-носителя.

Автоматическая межпланетная станция освещалась тремя яркими небесными светилами: Солнцем, Луной и Землей. Траектория ее движения была выбрана таким образом, чтобы в момент съемки станция находилась приблизительно на прямой, соединяющей Солнце и Луну. При этом наша планета должна быть в стороне от направления Солнце — Луна, чтобы не произошло ориентации на Землю вместо Луны.

Указанное положение межпланетной станции относительно небесных светил в момент начала ориентации позволило использовать такой прием: первоначально ее нижнее днище с помошью солнечных датчиков направлялось на Солнце; этим самым оптические оси фотоаппаратов направлялись в противоположную сторону — на Луну. Затем оптическое устройство, в поле зрения которого Земля и Солнце уже не могли появиться, отключало ориентацию на Луну.

После того, как было произведено экспонирование всех кадров, система ориентации выключалась. В момент выключения системы она сообщила автоматической межпланетной станции упорядоченное вращение с определенной угловой скоростью. Величина ее была выбрана так, чтобы, с одной стороны, улучшить тепловой режим, а с другой — исключить влияние вращения на работу научной аппаратуры.

Успешно проведенный советскими учеными невиданный в истории человечества эксперимент, таким образом, позволил решить целый ряд сложных задач: успешно обеспечить точный полет космического аппарата по сложной, заранее рассчитанной орбите, ориентировать станцию в космическом пространстве, осуществить радиотелемеханическую связь и передачу телевизионных изображений на огромных расстояниях.

♦ НА ДАЛЕКОЙ ПЛАНЕТЕ ВЕНЕРА

И. ШКЛОВСКИЙ, профессор

Как многим хорошо известно, Венера покрыта густым слоем облаков. Пелена облаков там настолько плотная, что поверхность планеты совершенно под ней невидна. По этой причине астрономы почти ничего не знали о физических условиях, господствующих на поверхности Венеры. Неизвестен и до сих пор даже перрюд ее вращения вокруг своей оси. Достаточно хорошо мы знали только ее массу, размеры и характеристики ее движения вокруг Солнца (среднее расстояние от Солнца, период обращения).