Одной из основных задач в геодезии является определение направления (азимута). Оно может понадобиться для ориентирования антенн радиотехнических станций, строительства зданий и сооружений, стрельбы из орудий, пуска ракет и многих других целей. При помощи небесных светил эта задача решается определением азимута светила и угла между направлениями на светило и на предмет. Из небесных светил для этого, как правило, пользуются Полярной звездой и Солнцем.
Рис. 32. Определение азимута предмета
Наиболее просто определение азимута предмета (Ап) по часовому углу Полярной звезды (рис. 32). Установленным на местности теодолитом с закрепленным горизонтальным кругом замеряется направление на какой-либо удаленный предмет. После этого определяется направление на Полярную звезду и записывается момент отсчета. Рассчитав угол между направлениями на Полярную звезду и предмет, по астрономическим таблицам для отсчитанного момента времени находят часовой угол Полярной звезды и ее азимут А, после чего рассчитывают азимут земного предмета
Aп = A + Q.
Зная азимут предмета, нетрудно определить любое заданное направление.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КУРСА САМОЛЕТА
Современные астрономические средства позволяют с высокой точностью решать две основные штурманские задачи в полете:
— измерять и выдерживать направление полета;
— определять место самолета.
По сравнению со всеми навигационными средствами самолетовождения астрономические средства имеют ряд преимуществ. Они отличаются простотой конструкции и удобством эксплуатации приборов в полете, независимостью их работы от магнитного поля Земли и наземных устройств, независимостью ошибок навигационных определений от направления, высоты, дальности и продолжительности полета, возможностью применения в любой точке земного шара.
Знание курса самолета является одним из важнейших условий выполнения полета. Курс определяется при помощи различных курсовых приборов — компасов. Есть компасы магнитные, гиромагнитные, астрономические и др. Наиболее распространены магнитные и гиромагнитные компасы, стрелки которых указывают направление на магнитный полюс Земли и, следовательно, дают магнитный курс самолета. Для нанесения линии пути на полетную карту магнитный курс переводится в истинный (учитывается магнитное склонение). Точность показаний магнитного компаса (без учета инструментальных ошибок прибора) зависит от состояния магнитного поля Земли и электромагнитного поля самолета.
Магнитные аномалии (например Курская) и небольшая по величине в высоких широтах горизонтальная составляющая силы земного магнетизма (сила, удерживающая стрелку компаса в направлении на магнитный полюс) значительно снижают точность показаний магнитных компасов, а иногда и совершенно исключают возможность использования их в полете.
Астрономические компасы в отличие от других компасов позволяют непосредственно определять истинный курс самолета.
Принцип определения курса с помощью астрономического компаса основан на определении направления на какое-либо небесное светило: Солнце, Луну, планету или звезду. Измерить направление на светило и определить его курсовой угол, т. е. угол между продольной осью самолета и направлением на светило, можно любым визиром. Курсовой угол Солнца можно измерить, используя тень от какого-нибудь вертикального стержня. Если, например, на самолете поместить круг, разделенный на 360°, и в центре круга поставить вертикальный стержень, то тень от стержня покажет величину курсового угла Солнца, измененного на 180°.
Рис. 33. Соотношение между истинным курсом самолета, азимутом и курсовым углом светила
В основу измерения истинного курса самолета по астрономическому компасу положено равенство истинного курса (ИК) разности между азимутом (А) светила и его курсовым углом (КУ). Как видно из рис. 33, ИК = А — КУ. Современные астрономические компасы имеют различные устройства для визирования светил. Среди них простейшие устройства, состоящие из прорези и мушки, и различные оптические визирные системы. Существует визирная система, позволяющая определять направление на Солнце, когда оно не видно. Это поляризационная визирная система, основанная на использовании эффекта поляризации рассеянного солнечного света, проходящего через поляризатор. Она позволяет определить направление на Солнце, когда оно за облаками или ниже горизонта до 7° и когда некоторые участки неба открыты от облаков. Особенно необходимо применение этой системы в полярных районах, где сумерки продолжаются несколько суток подряд, причем часто бывает так, что в это время никаких небесных светил на небе не видно.
Широко применяемая фотоэлектрическая визирная (следящая) система позволяет автоматически удерживать направление на небесное светило.
На рис. 34 показан один из простейших астрокомпасов АК-53п. В нем имеются три визирные системы: оптическая, прорезь-мушка и .поляризационная. Простота его устройства и эксплуатации в полете, надежность и высокая точность работы дают возможность применять его на многих типах самолетов и без особого труда переносить с одного самолета на другой.
На рис. 35 приведен один из образцов автоматического астрокомпаса — дистанционный астрокомпас. В астрокомпасах этого типа имеется фотоэлектрическая - следящая система с круговым обзором, автоматически пеленгующая Солнце. Они также достаточно просты в обращении, надежны и точны. После включения индикатор на приборной доске самолета непрерывно показывает истинный курс самолета. Некоторые виды автоматических астрокомпасов дают возможность осуществлять полет по ортодромии, т. е. по дуге большого круга — кратчайшему расстоянию на земном шаре.
Рис 34. Астрокомпас АК-53п
Астрокомпасы этого типа могут сочленяться и с другими навигационно-пилотажными приборами и после взаимной коррекции выдавать навигационные элементы полета.
Рис. 35. Комплект аппаратуры дистанционного астрокомпаса истребителя
Для более -высокой точности самолетовождения с применением астрономических курсовых приборов рекомендуется выбирать небесные светила с небольшой высотой, ближе всего расположенные к горизонту, а также производить измерения в условиях прямолинейного полета при отсутствии ускорений на самолете. При измерении курса самолета на астрокомпасе устанавливаются координаты места самолета. Желательно эти координаты устанавливать возможно точнее, не допуская ошибок свыше 25—30 км.
Применение астрономических компасов, работающих по Солнцу, дает большую точность при полетах в высоких широтах, а также в средних широтах зимой или летом утром в вечером.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА САМОЛЕТА
Определение места самолета — одна из важнейших задач экипажа в полете. Она может быть решена при помощи различных технических средств самолетовождения, в том числе и астрономических. Для этого могут применяться авиационные секстанты, астроориентаторы и астрономические таблицы как расчетные пособия.
Определение в полете места самолета астрономическими средствами основано на измерении высот небесных светил, расчете астрономических линий положения самолета (т. е. линий, пересечение которых дает местоположение самолета) и геометрическом построении их на карте или отсчете на приборах, указывающих координаты самолета на земной поверхности.
Если центр Земли соединить прямой линией со светилом, то эта линия пересечет земную поверхность в некоторой точке. Человек, находящийся в этой точке на Земле, будет наблюдать светило над головой — в зените.
Точка проекции светила на земную поверхность М1 (рис. 36) называется географическим местом светила (ГМС).
Очевидно, что координаты географического места светила (φ*, λ*) соответствуют экваториальным координатам светила: широта географического места светила равна склонению светила, а западная долгота — гринвичскому часовому (западному) углу; т. е.
φ* = δ; λ* = tгр.
Географическое место тех светил, которые не изменяют положения на небесной сфере (звезды), перемещается по земной поверхности вдоль параллелей в направлении, обратном вращению Земли, т. е. с востока на запад. При этом широта ГМС остается постоянной, а долгота изменяется. Географическое место тех светил, которые изменяют свои экваториальные координаты (Солнце, Луна и планеты), также перемещается по земной поверхности, и его координаты всегда соответствуют экваториальным координатам этих светил, но линия перемещения не совпадает с земными параллелями.
