Геометрия космических полетов, страница 19

Почти во всех космических системах предполагается проведение наблюдений или иного вида взаимодействия космических аппаратов с окружающим миром, поэтому космический аппарат должен знать свою ориентацию или управлять ею. Для удобства мы можем разделить эту проблему ориентации на две – наведение и географическая привязка. Наведение (pointing) означает ориентирование космического аппарата, его камеры, датчика или антенны на определенную точку на Земле или по определенному направлению в инерциальном пространстве. Географическая привязка (mapping), в свою очередь, означает определение географического положения поля зрения камеры, датчика, или антенны. Космические аппараты, которые используются только для связи, обычно требуют только наведения. Космические аппараты, которые имеют на борту какой-либо прибор для наблюдения, например, для метеорологии или дистанционного зондирования Земли, обычно требуют как наведения ("нацельте прибор на Нью-Йорк") так и географической привязки ("определите географические координаты здания, находящегося в пикселе 2073").

Целью настоящего раздела является разработка сводок погрешностей наведения и географической привязки (pointing and mapping budgets). В сводке приводится все источники погрешностей наведения и географической привязки и их вклад в общую точность наведения и географической привязки. Зачастую сводка погрешностей наведения и географической привязки оказывает влияние на стоимость и характеристики космической системы. Если какие-то параметры в сводке упущены или оценены неправильно, это может привести к тому, что космический аппарат не сможет выполнять поставленные перед ним цели. Но, как правило, люди, которые определяют требования к космической системе по наведению и географической привязке, чересчур строги, и поэтому завышают без необходимости стоимость системы. В результате, мы с самого начала понять все параметры сводок погрешностей наведения и географической привязки и их вклад в точность. В этом разделе мы будем рассматривать в основном космические аппараты, ориентируемые на Землю, но те же правила относятся и к космическим аппаратам, ориентируемым в инерциальном пространстве.

Параметры сводок погрешностей наведения и географической привязки приведены на рис. 5.19 и рассмотрены в табл. 5.5. Основные ошибки при наведении и географической привязке связаны с навигацией космического аппарата, т.е. со знанием положения и ориентации в пространстве. Но даже если положение и ориентация точно известны, имеется целый ряд других ошибок. Например, ошибка во времени наблюдения приводит к ошибке в вычисленных координатах точки съемки, поскольку система координат связанная с точкой съемки движется по отношению к космическому аппарату. Точка съемки, которая находится на экваторе, будет вращаться вместе с Землей со скоростью 464 м/с. Таким образом, ошибка во времени наблюдения в 5 с приведет к ошибке 5 км в расчетных координатах точки съемки. Одними из основных параметров сводок погрешностей наведения и географической привязки могут быть рассматриваемые ниже погрешности в оценке высоты точки съемки. Погрешности при установке приборов представляют собой погрешности между осями антенны или прибора и датчиков, которые используются для определения ориентации. Эти погрешности чрезвычайно сложно устранить. Поскольку мы не можем их определить по одним только данным ориентации, поэтому мы должны, по возможности, уменьшить эти погрешности при сборке космического аппарата.

Погрешности наведения отличаются от погрешностей географической привязки, поскольку они включают в себя погрешности ориентации. В частности, погрешности наведения должны учитывать все ошибки в ориентации космического аппарата. С другой стороны, единственным параметром сводки погрешностей географической привязки, связанным с точностью ориентации, является вращение космического аппарата во время съемки. Такое краткосрочное дрожание приводит перемещению поля зрения прибора или антенны.

Рис. 5.19. Погрешности наведения и географической привязки.

Таблица 5.5

Источники погрешностей наведения и географической привязки