RU2420714C2 - Device for choosing astronomical objects under observations from orbital space vehicle - Google Patents
Device for choosing astronomical objects under observations from orbital space vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420714C2 RU2420714C2 RU2009125857/28A RU2009125857A RU2420714C2 RU 2420714 C2 RU2420714 C2 RU 2420714C2 RU 2009125857/28 A RU2009125857/28 A RU 2009125857/28A RU 2009125857 A RU2009125857 A RU 2009125857A RU 2420714 C2 RU2420714 C2 RU 2420714C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- globe
- ring
- center
- segment
- angle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Instructional Devices (AREA)
- Telescopes (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к области космической техники и может быть использовано для определения и выбора астрономических объектов для наблюдения с орбитального космического аппарата (КА), движущегося по околокруговой орбите. Данное техническое решение может быть также использовано как наглядное пособие и учебный прибор по навигации, небесной механике, механике космического полета.The proposed technical solution relates to the field of space technology and can be used to determine and select astronomical objects for observation from an orbiting spacecraft (SC) moving in a near-circular orbit. This technical solution can also be used as a visual aid and a training device for navigation, celestial mechanics, space flight mechanics.
Известен глобус (см. [1], с.93-97), который можно использовать для определения и выбора объектов наблюдений, выполняемых с КА. Недостатком данного устройства является отсутствие элементов, позволяющих отобразить информацию об орбите и трассе КА.The known globe (see [1], pp. 93-97), which can be used to determine and select the objects of observations performed from the spacecraft. The disadvantage of this device is the lack of elements to display information about the orbit and the spacecraft.
Известен учебный прибор по навигации [2], включающий основание, стойку, модель планеты, которая выполнена в виде глобуса, модель орбиты КА, выполненную в виде кольца и смонтированную на подшипнике стойки. Используя данный прибор, можно, в том числе, моделировать положение орбиты КА над глобусом - моделью планеты - и выбирать объекты на поверхности планеты, доступные наблюдению с КА.A well-known training device for navigation [2], including the base, rack, model of the planet, which is made in the form of a globe, a model of the orbit of the spacecraft, made in the form of a ring and mounted on the bearing of the rack. Using this device, it is possible, among other things, to simulate the position of the SC orbit above the globe - the model of the planet - and select objects on the planet’s surface that are accessible to observation from the SC.
Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип, является устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального КА [3], включающее звездный глобус, кольцо, охватывающее глобус с совмещением центра кольца с центром глобуса и закрепленное над точками полюсов глобуса с возможностью вращения кольца вокруг оси вращения глобуса, второе кольцо, охватывающее глобус с совмещением центра второго кольца с центром глобуса и закрепленное на первом кольце в точках пересечения первого кольца с плоскостью экватора глобуса с возможностью поворота второго кольца до положения, в котором плоскость второго кольца составляет с плоскостью экватора глобуса угол, равный углу наклонения орбиты КА, и два элемента, проекция контуров которых на поверхность глобуса образует окружности, направления из центра глобуса на точки которых составляют с прямой, проходящей через центр глобуса и перпендикулярной к плоскости второго кольца, угол, равный 90° за вычетом угла полураствора видимого с КА диска планеты, вокруг которой обращается движущийся по околокруговой орбите КА, при этом указанные элементы закреплены над поверхностью глобуса с его противоположных сторон посредством одной или нескольких дуг, соединяющих указанные элементы со вторым кольцом.The closest of the analogues adopted for the prototype is a device for selecting astronomical objects of observation from an orbiting spacecraft [3], including a stellar globe, a ring enclosing the globe with the center of the ring aligned with the center of the globe and fixed above the points of the poles of the globe with the possibility of rotation of the ring around the axis rotation of the globe, the second ring covering the globe with the center of the second ring aligned with the center of the globe and fixed on the first ring at the intersection points of the first ring with the equatorial plane of the globe with the possibility the rotation of the second ring to a position in which the plane of the second ring makes an angle equal to the inclination angle of the SC orbit with the equatorial plane of the globe, and two elements whose projection of the contours onto the surface of the globe forms circles whose directions from the center of the globe to the points of which form a straight line passing through the center of the globe and perpendicular to the plane of the second ring, an angle of 90 ° minus the half-angle of the planet’s disk visible from the spacecraft, around which the spacecraft moving in a near-circular orbit, seemed elements are fixed on the globe surface to its opposite sides by one or more arcs connecting these elements with a second ring.
Работа с устройством осуществляется следующим образом. Work with the device as follows.
Второе кольцо поворачивают относительно первого кольца в положение, при котором второе кольцо составляет с плоскостью экватора глобуса угол, равный углу наклонения орбиты i. Поворотом глобуса вокруг его оси вращения устанавливают глобус в положение, при котором точка пересечения первого и второго колец расположена над точкой экватора глобуса с долготой, равной значению долготы восходящего узла рассматриваемого витка орбиты КА. После этого элементы, проекция контуров которых на поверхность глобуса образует окружности, покроют на поверхности глобуса область, доступную наблюдению с КА в течение всего витка орбиты.The second ring is rotated relative to the first ring to a position in which the second ring makes an angle equal to the angle of inclination of the orbit i with the plane of the equator of the globe. By turning the globe around its axis of rotation, the globe is set to a position in which the intersection point of the first and second rings is located above the equator point of the globe with a longitude equal to the longitude of the ascending node of the considered orbit of the spacecraft. After this, the elements whose projection of the contours onto the surface of the globe forms circles will cover the area on the surface of the globe that is accessible to observation from the spacecraft throughout the orbit.
При этом астрономические объекты, расположенные на остальной части поверхности глобуса, в течение некоторого времени витка будут закрыты от наблюдателя, находящегося на КА, планетой. В каждый момент времени в течение витка орбиты наблюдению с КА будут доступны астрономические объекты, расположенные в окрестности следа радиус-вектора КА на небесной сфере в текущий момент времени. При этом астрономические объекты, расположенные на противоположной стороне небесной сферы, будут недоступны наблюдению с КА, т.к. в данный момент времени они закрыты для наблюдения с КА планетой, вокруг которой обращается КА. Определение факта доступности и недоступности наблюдению с КА астрономических объектов, расположенных между данными противоположными точками поверхности глобуса, выполняется по координатам данных объектов и орбитальным параметрам рассматриваемого витка орбиты КА с привлечением вычислений на ЭВМ.Moreover, astronomical objects located on the rest of the globe’s surface will be closed from the observer on the spacecraft to the planet for some time. At each point in time during the orbit, astronomical objects will be available for observation from the spacecraft located in the vicinity of the trace of the spacecraft radius vector on the celestial sphere at the current time. At the same time, astronomical objects located on the opposite side of the celestial sphere will be inaccessible to observation from the spacecraft, because at the given moment of time they are closed for observation with the spacecraft around which the spacecraft revolves. The determination of the fact of accessibility and inaccessibility to observation from astronomical objects located between these opposite points on the surface of the globe is carried out by the coordinates of these objects and the orbital parameters of the considered orbit of the orbit of the spacecraft using computer calculations.
Таким образом, устройство, принятое за прототип, имеет существенный недостаток - оно не позволяет без дополнительного привлечения вычислений на ЭВМ определить области небесной сферы и, соответственно, астрономические объекты, доступные наблюдению с КА и не доступные для наблюдения с КА в различные моменты времени витка орбиты КА.Thus, the device adopted for the prototype has a significant drawback - it does not allow, without additional computer calculations, to determine the regions of the celestial sphere and, accordingly, astronomical objects that are accessible to observation from the spacecraft and are not available for observation from the spacecraft at different times of the orbit KA.
Задачей, стоящей перед предлагаемым устройством, является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения отображения на звездном глобусе областей, доступных наблюдению с КА, и областей, закрытых для наблюдения с КА планетой, вокруг которой обращается КА, при различных положениях КА на рассматриваемом витке орбиты КА.The task facing the proposed device is to expand the functionality of the device by providing a display on the star globe of areas accessible to observation from the spacecraft, and areas closed to observation with the spacecraft, the planet around which the spacecraft revolves, at different positions of the spacecraft on the considered orbit of the spacecraft .
Технический результат достигается тем, что в устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата, включающее глобус с нанесенной на него картой звездного неба, два охватывающих глобус кольца, центры которых совмещены с центром глобуса, и элемент, проекция контура которого на поверхность глобуса образует окружность, при этом первое кольцо закреплено над точками полюсов глобуса с возможностью вращения кольца вокруг оси вращения глобуса, а второе кольцо закреплено на первом кольце в точках пересечения первого кольца с плоскостью экватора глобуса с возможностью поворота второго кольца до положения, в котором плоскость второго кольца составляет с плоскостью экватора глобуса угол, равный углу наклонения орбиты КА, дополнительно введены элемент в виде половины кольца, закрепленный на втором кольце с возможностью перемещения элемента в виде половины кольца вдоль второго кольца, а элемент, проекция контура которого на поверхность глобуса образует окружность, выполнен таким, что указанная окружность ограничивает сегмент поверхности глобуса с углом полураствора, отсчитываемым от направления из центра глобуса на центр указанного сегмента поверхности глобуса, равным углу полураствора видимого с космического аппарата диска планеты, вокруг которой обращается движущийся по околокруговой орбите космический аппарат, и закреплен своей точкой, проекция которой на поверхность глобуса совпадает с центром указанного сегмента поверхности глобуса, в концевой точке элемента в виде половины кольца.The technical result is achieved in that in a device for selecting astronomical objects of observation from an orbiting spacecraft, including a globe with a map of the starry sky on it, two rings covering the globe, the centers of which are aligned with the center of the globe, and an element whose projection of the contour onto the surface of the globe forms a circle, while the first ring is fixed above the points of the poles of the globe with the possibility of rotation of the ring around the axis of rotation of the globe, and the second ring is fixed on the first ring at the points of section of the first ring with the equatorial plane of the globe with the possibility of rotation of the second ring to a position in which the plane of the second ring makes an angle equal to the angle of inclination of the orbit of the spacecraft with the plane of the equator of the spacecraft, an element is introduced in the form of a half ring mounted on the second ring with the ability to move the element in the form of a half ring along the second ring, and the element, the projection of the contour of which onto the surface of the globe forms a circle, is made such that the specified circle limits the segment of the surface a globe with a half-solution angle, measured from the direction from the center of the globe to the center of the indicated segment of the globe’s surface, equal to the half-angle of the planet’s disk visible from the spacecraft, around which the spacecraft moving in a near-circular orbit, is fixed by its point, the projection of which on the globe surface coincides with the center of the indicated segment of the surface of the globe, at the endpoint of the element as a half ring.
Кроме этого в устройстве для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата элемент, проекция контура которого на поверхность глобуса образует окружность, ограничивающую сегмент поверхности глобуса с углом полураствора, отсчитываемым от направления из центра глобуса на центр указанного сегмента поверхности глобуса, равным углу полураствора видимого с космического аппарата диска планеты, выполнен в виде сферического сегмента с прорезью, выполненной от края сферического сегмента к его центру, закрепленного своей центральной точкой в концевой точке элемента в виде половины кольца с совмещением центра сферы, образующей сферический сегмент, и центра глобуса и с возможностью вращения сферического сегмента с прорезью вокруг оси, соединяющей центры сферического сегмента и глобуса, причем радиус образующей сферический сегмент сферы равен расстоянию от центра глобуса до центра сферического сегмента, а угол полураствора сферического сегмента, измеряемый от оси, направленной из центра глобуса на центр сферического сегмента, равен углу полураствора видимого с КА диска планеты, при этом длина дуги прорези в сферическом сегменте более или равна сумме углов наклонения орбиты КА и полураствора видимого с КА диска планеты за вычетом 90°.In addition, in the device for selecting astronomical objects of observation from the orbiting spacecraft, an element whose projection of the contour onto the surface of the globe forms a circle bounding the segment of the globe surface with a half-angle, measured from the direction from the center of the globe to the center of the indicated segment of the globe surface, equal to the half-angle visible from the spacecraft of the planet’s disk, made in the form of a spherical segment with a slot made from the edge of the spherical segment to its center, fixed at the end point of the element in the form of a half ring with the center of the sphere forming the spherical segment aligned with the center of the globe and with the possibility of rotation of the spherical segment with a slot around the axis connecting the centers of the spherical segment and the globe, the radius forming the spherical segment of the sphere being equal to the distance from the center of the globe to the center of the spherical segment, and the half-angle of the spherical segment, measured from the axis directed from the center of the globe to the center of the spherical segment, is equal to the floor angle solution with visible satellites of the planetary disk, the arc length of slits in a spherical segment greater than or equal to the sum of angles of inclination of the orbit of spacecraft and satellites visible from the half-disk of the planet minus 90 °.
Кроме этого в устройстве для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата элемент, проекция контура которого на поверхность глобуса образует окружность, ограничивающую сегмент поверхности глобуса с углом полураствора, отсчитываемым от направления из центра глобуса на центр указанного сегмента поверхности глобуса, равным углу полураствора видимого с космического аппарата диска планеты, выполнен в виде дуги, размещенной по контуру данного элемента, и двумя или более дугами, соединяющими дугу, размещенную по контуру данного элемента, и точку крепления данного элемента, причем две из последних указанных дуг оканчиваются в разных концевых точках дуги, размещенной по контуру данного элемента, при этом данный элемент закреплен с возможностью его вращения вокруг оси, соединяющей центр глобуса и точку крепления данного элемента.In addition, in the device for selecting astronomical objects of observation from the orbiting spacecraft, an element whose projection of the contour onto the surface of the globe forms a circle bounding the segment of the globe surface with a half-angle, measured from the direction from the center of the globe to the center of the indicated segment of the globe surface, equal to the half-angle visible from the spacecraft of the planet’s disk, made in the form of an arc placed along the contour of this element, and two or more arcs connecting the arc, placed the contour of this element, and the attachment point of this element, and two of the last indicated arcs end at different end points of the arc located along the contour of this element, while this element is fixed with the possibility of rotation around an axis connecting the center of the globe and the attachment point of this item.
В предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, дополнительно введены элемент в виде половины кольца и элемент, проекция контура которого на поверхность глобуса моделирует на поверхности глобуса область, доступную наблюдению из текущего положения КА, и образует окружность, ограничивающую сегмент поверхности глобуса с углом полураствора, отсчитываемым от направления из центра глобуса на центр указанного сегмента поверхности глобуса, равным углу полураствора видимого с космического аппарата диска планеты, причем введенные элементы установлены предложенным образом.In the proposed device, in contrast to the prototype, an element is introduced in the form of a half ring and an element whose projection of the contour onto the globe surface models on the globe surface a region accessible to observation from the current position of the spacecraft and forms a circle bounding the segment of the globe surface with the half-angle measured from the direction from the center of the globe to the center of the indicated segment of the surface of the globe, equal to the half-angle of the planet’s disk visible from the spacecraft, and the introduced elements installed in the proposed manner.
Кроме этого элемент, проекция контура которого на поверхность глобуса моделирует на поверхности глобуса область, доступную наблюдению из текущего положения КА, выполнен или в виде сферического сегмента с прорезью, или в виде дуги, размещенной по контуру данного элемента, и двумя или более дугами, соединяющими дугу, размещенную по контуру данного элемента, и точку крепления данного элемента.In addition, the element whose projection of the contour onto the surface of the globe models on the globe surface the region accessible to observation from the current position of the spacecraft is made either in the form of a spherical segment with a slot, or in the form of an arc placed along the contour of this element, and two or more arcs connecting an arc placed along the contour of this element, and the attachment point of this element.
Суть предлагаемого устройства поясняется на фиг.1-4. При этом приведены: на фиг.1 - вид предлагаемого устройства, в котором конструкция элемента, проекция контура которого на поверхность глобуса моделирует область, доступную наблюдению из текущего положения КА, выполнена по п.2 формулы изобретения; на фиг.2 - конструкция элемента, проекция контура которого на поверхность глобуса моделирует область, доступную наблюдению из текущего положения КА, выполненная по п.3 формулы изобретения; на фиг.3 - схема, поясняющая выбор значения угла полураствора сферического сегмента; на фиг.4 - схема, поясняющая выбор размера прорези в сферическом сегменте.The essence of the proposed device is illustrated in figures 1-4. In this case, they are shown: in FIG. 1 is a view of the proposed device in which the design of the element, the projection of the contour of which onto the surface of the globe models the region accessible to observation from the current position of the spacecraft, is made according to
На фиг.1 введены обозначения:Figure 1 introduced the notation:
1 - глобус с нанесенной на него картой звездного неба;1 - globe with a map of the starry sky;
2, 3 - первое и второе кольца соответственно;2, 3 - the first and second rings, respectively;
4 - элемент в виде половины кольца;4 - an element in the form of a half ring;
5 - сферический сегмент;5 - spherical segment;
6 - прорезь в сегменте (5);6 - slot in the segment (5);
7 - линия экватора глобуса;7 - line of the equator of the globe;
8 - линия меридиана, проходящая через точку восходящего узла орбиты КА;8 - line of the meridian passing through the point of the ascending node of the orbit of the spacecraft;
9 - линия проекции кольца (3) на поверхность глобуса (1);9 - line of projection of the ring (3) on the surface of the globe (1);
10 - линия проекции края сегмента (5) на поверхность глобуса (1);10 - line of projection of the edge of the segment (5) on the surface of the globe (1);
11 - элемент подставки глобуса, являющийся продолжением оси вращения глобуса;11 - globe stand element, which is a continuation of the axis of rotation of the globe;
12 - основание подставки глобуса;12 - the base of the globe stand;
А, В - полюса глобуса;A, B are the poles of the globe;
АВ - ось вращения глобуса;AB is the axis of rotation of the globe;
С - точка пересечения первого и второго колец;C is the intersection point of the first and second rings;
D - точка экватора, соответствующая восходящему узлу орбиты КА;D is the equator point corresponding to the ascending node of the spacecraft orbit;
F, F1 - концевые точки элемента (4);F, F 1 - end points of the element (4);
F1 - концевая точка элемента (4), в которой закреплен центр сегмента (5);F 1 - the end point of the element (4), in which the center of the segment (5) is fixed;
V - центр сегмента (5).V is the center of the segment (5).
На фиг.2 дополнительно введены обозначения:Figure 2 additionally introduced the notation:
13 - дуга, размещенная по краю сегмента (5);13 - an arc placed along the edge of the segment (5);
14 - разрыв в элементе (13);14 - gap in the element (13);
15, 16 - дуги, соединяющие центр сегмента (5) с элементом (13);15, 16 - arcs connecting the center of the segment (5) with the element (13);
Vj, j=1, 2, 3, 4 - точки дуги (13), соединенные дугами (15), (16) с центром сегмента (5);V j , j = 1, 2, 3, 4 - points of the arc (13) connected by arcs (15), (16) with the center of the segment (5);
V1, V2 - крайние точки дуги (13).V 1 , V 2 are the extreme points of the arc (13).
Виток орбиты КА, движущегося по околокруговой орбите вокруг планеты, задается в правой декартовой системе координат OXYZ с центром в центре планеты и осью OZ, направленной по оси вращения планеты, координатами, рассчитанными по формулам (см. [4], стр.18):The orbit of a spacecraft moving in a circumcircular orbit around the planet is defined in the right Cartesian coordinate system OXYZ with the center in the center of the planet and the OZ axis directed along the axis of rotation of the planet with coordinates calculated by the formulas (see [4], p. 18):
где i - наклонение орбиты;where i is the inclination of the orbit;
Ro - радиус орбиты;R o is the radius of the orbit;
Ω - долгота восходящего узла орбиты в инерциальной системе координат;Ω is the longitude of the ascending node of the orbit in the inertial coordinate system;
u - текущее значение аргумента широты - параметра, принимающего на витке орбиты значения от 0° до 360°.u is the current value of the latitude argument - a parameter that takes values from 0 ° to 360 ° on the orbit.
В течение витка орбиты значение Ω изменяется от значения Ω0, равного долготе восходящего узла орбиты на момент начала рассматриваемого витка (u=0°), до значения Ω0+ΔΩ, равного долготе восходящего узла орбиты на момент окончания рассматриваемого витка (u=360°), где ΔΩ - витковая прецессия орбиты КА в инерциальной системе координат - межвитковое расстояние, измеренное по экваториальной шкале. Например, величина ΔΩ при движении КА вокруг Земли определяется формулой (см. [5], стр.149):During the orbit, the value of Ω changes from the value of Ω 0 , equal to the longitude of the ascending node of the orbit at the moment of the beginning of the considered revolution (u = 0 °), to the value of Ω 0 + ΔΩ, equal to the longitude of the ascending node of the orbit at the time of the end of the considered orbit (u = 360 °), where ΔΩ is the orbital precession of the spacecraft orbit in the inertial coordinate system is the orbital distance measured on the equatorial scale. For example, the quantity ΔΩ when the spacecraft moves around the Earth is determined by the formula (see [5], p. 149):
где Rэ - экваториальный радиус Земли;where R e is the equatorial radius of the Earth;
р - фокальный параметр орбиты;p is the focal parameter of the orbit;
I2=-1082,2·10-6 - коэффициент потенциала гравитационного поля Земли.I 2 = -1082.2 · 10 -6 is the potential coefficient of the Earth's gravitational field.
Отметим, что при |i|<90° величина ΔΩ отрицательна.Note that for | i | <90 °, the quantity ΔΩ is negative.
С учетом эффекта прецессии орбиты в инерциальной системе координат, проекция плоскости орбиты КА на поверхность глобуса будет непрерывно поворачиваться по мере движения КА вдоль витка орбиты. Малость величины I2, входящей в формулу (2), показывает, что данный эффект незначителен. Например, для КА типа международной космической станции, движущейся по околокруговой орбите высотой около 400 км, прецессия орбиты составляет порядка 0.3°/виток, что является малой величиной и, как правило, не учитывается при планировании наблюдений на интервале одного витка орбиты.Taking into account the effect of the orbital precession in the inertial coordinate system, the projection of the orbital plane of the spacecraft on the surface of the globe will continuously rotate as the spacecraft moves along the orbit. The smallness of the value of I 2 entering into formula (2) shows that this effect is insignificant. For example, for a spacecraft of the type of an international space station moving in a circumcircular orbit with an altitude of about 400 km, the orbital precession is of the order of 0.3 ° / revolution, which is small and, as a rule, is not taken into account when planning observations on the interval of one orbit of the orbit.
В этом случае принимаем, что в течение всего виткаIn this case, we accept that throughout the turn
и формулы (1) принимают вид, являющийся описанием круга, наклоненного к плоскости экватора на угол i и пересекающего экватор в точке с долготой Ωo. Вместо Ωо в (3) также возможно использование среднего значения Ω за рассматриваемый виток Ω0*=Ω0+ΔΩ/2.and formulas (1) take the form, which is a description of a circle inclined to the equatorial plane by an angle i and intersecting the equator at a point with longitude Ω o . Instead of Ω о in (3), it is also possible to use the average value of Ω per considered coil Ω 0 * = Ω 0 + ΔΩ / 2.
На фиг.3, поясняющей выбор значения угла полураствора сферического сегмента, введены обозначения:In Fig.3, explaining the choice of the value of the angle of the half-solution of the spherical segment, the following notation is introduced:
S - небесная сфера;S is the celestial sphere;
Р - поверхность сферы, аппроксимирующей поверхность планеты, вокруг которой обращается КА;P is the surface of a sphere approximating the surface of a planet around which the spacecraft revolves;
Ор - центр планеты;O p is the center of the planet;
O1 - положение КА;O 1 - the position of the spacecraft;
K - след радиус-вектора КА на небесной сфере;K is the trace of the radius vector of the spacecraft on the celestial sphere;
K1 - след направления от КА на центр планеты на небесной сфере;K 1 - the trace of the direction from the SC to the center of the planet in the celestial sphere;
Е, E1 - точки видимого с КА горизонта планеты;E, E 1 - points of the planet's horizon visible from the spacecraft;
М, M1 - точки следов на небесной сфере направлений от КА на видимый с КА горизонт планеты;M, M 1 - points of traces in the celestial sphere of directions from the spacecraft to the planet's horizon visible from the spacecraft;
Q - угол полураствора видимого с КА диска планеты ЕЕ1.Q is the half-angle of the disk of the planet EE 1 visible from the spacecraft.
В каждый момент времени направление от КА на центр планеты противоположно направлению радиус-вектора КА. При этом величина угла Q рассчитывается по формуле:At each moment of time, the direction from the spacecraft to the center of the planet is opposite to the direction of the radius vector of the spacecraft. The value of the angle Q is calculated by the formula:
где Ro=OpO1 - радиус орбиты КА;where R o = O p O 1 is the radius of the orbit of the spacecraft;
Rp=OpE - радиус планеты.R p = O p E is the radius of the planet.
Объекты небесной сферы, направление от КА на которые составляет с направлением от КА в центр планеты угол, не превышающий значение угла Q, будут закрыты планетой от наблюдателя, находящегося на КА, - т.е. будут недоступны наблюдению с КА.Objects of the celestial sphere, the direction from the spacecraft to which, with the direction from the spacecraft to the center of the planet, makes an angle not exceeding the value of the angle Q, will be closed by the planet from an observer located on the spacecraft, i.e. will be inaccessible to observation from the spacecraft.
Небесная сфера рассматривается как сфера большого радиуса, в сравнении с которым расстояние между точками Ор и O1 пренебрежительно мало, и в применении к звездному глобусу данные точки совмещены в одну точку О, являющуюся центром небесной сферы (центром глобуса). При этом часть небесной сферы, представляющая собой сферический сегмент M1K1M, имеющий угол полураствора Q и центром которого является точка K1, в данный момент времени недоступна наблюдению с КА. Остальная часть небесной сферы доступна в данный момент времени наблюдению с КА.The celestial sphere is considered as a sphere of large radius, in comparison with which the distance between the points O p and O 1 is negligibly small, and when applied to the star globe, these points are combined into one point O, which is the center of the celestial sphere (the center of the globe). Moreover, a part of the celestial sphere, which is a spherical segment M 1 K 1 M, having a half-angle Q and whose center is the point K 1 , is currently inaccessible to observation from the spacecraft. The rest of the celestial sphere is currently available for observation from the spacecraft.
В случаях когда сегмент (5) расположен в окрестности полюсов глобуса, сегмент покрывает собой точку соответствующего полюса. Учитывая, что в точках полюсов к оси глобуса закреплено первое кольцо (2), то в данных положениях сегмент (5) пересекается с осью вращения глобуса.In cases where the segment (5) is located in the vicinity of the poles of the globe, the segment covers a point of the corresponding pole. Given that the first ring (2) is fixed at the pole points to the globe axis, then at these positions the segment (5) intersects with the axis of rotation of the globe.
На фиг.1 и 4 изображен вариант выполнения предлагаемого устройства, в котором сегмент (5) может пересекаться с элементом подставки глобуса (11), являющимся продолжением оси вращения глобуса. Также сегмент (5) будет пересекать ось вращения глобуса и при других вариантах взаимного размещения элементов глобуса: например, при размещении сегмента (5) между поверхностью глобуса (1) и вторым кольцом (2). Этот вариант их взаимного расположения имеет то преимущество, что в этом случае край сегмента (5) расположен в непосредственной близости к поверхности глобуса (1), что позволяет более точно определить линию (10).Figures 1 and 4 show an embodiment of the proposed device, in which the segment (5) can intersect with the element of the stand of the globe (11), which is a continuation of the axis of rotation of the globe. Also, segment (5) will intersect the axis of rotation of the globe in other variants of the mutual arrangement of globe elements: for example, when placing segment (5) between the surface of the globe (1) and the second ring (2). This variant of their mutual arrangement has the advantage that in this case the edge of the segment (5) is located in close proximity to the surface of the globe (1), which makes it possible to more accurately determine the line (10).
Таким образом, во всех вариантах выполнения предлагаемого устройства сегмент (5) будет пересекаться с элементами конструкции глобуса, являющимися продолжением оси вращения глобуса за полюса глобуса. Для обеспечения возможности такого расположения в сегменте (5) выполнена прорезь. В случае когда при перемещении центра сегмента (5) вдоль кольца (3) край сегмента «упирается» в ось вращения глобуса (например, в элемент (11)), вращением сегмента (5) мы устанавливаем прорезь (6) напротив оси вращения глобуса. При дальнейшем перемещении центра сегмента (5) вдоль кольца (3) ось вращения глобуса вводится в прорезь (6). Дальнейшее удержание оси вращения глобуса в прорези (6) обеспечивается посредством вращения сегмента (5) вокруг оси, проходящей через центр сегмента и центр глобуса.Thus, in all variants of the proposed device, the segment (5) will intersect with the globe construction elements, which are a continuation of the axis of rotation of the globe beyond the poles of the globe. To ensure the possibility of such an arrangement, a slot is made in the segment (5). In the case when, when moving the center of the segment (5) along the ring (3), the edge of the segment “abuts” against the axis of rotation of the globe (for example, to the element (11)), by rotating the segment (5) we set the slot (6) opposite the axis of rotation of the globe. With further movement of the center of the segment (5) along the ring (3), the axis of rotation of the globe is introduced into the slot (6). Further retention of the axis of rotation of the globe in the slot (6) is provided by rotating the segment (5) around an axis passing through the center of the segment and the center of the globe.
На фиг.4, поясняющей выбор размера прорези в сегменте (5), дополнительно к обозначениям фиг.1-3 обозначено:In Fig.4, explaining the choice of the size of the slots in the segment (5), in addition to the notation of Fig.1-3 indicated:
О - центр глобуса;O is the center of the globe;
i - угол наклонения орбиты КА;i is the inclination angle of the spacecraft orbit;
γ - длина дуги прорези, измеренная в угловых единицах из центра глобуса;γ is the length of the arc of the slot, measured in angular units from the center of the globe;
δ - угол между осью вращения глобуса и плоскостью кольца (3), совпадающего с плоскостью орбиты КА.δ is the angle between the axis of rotation of the globe and the plane of the ring (3), which coincides with the plane of the orbit of the spacecraft.
Минимально необходимая длина дуги прорези γ определяется по углу δ, который является минимальным углом, который ось глобуса образует с направлением от центра глобуса на центр сегмента (5):The minimum required length of the arc of the slot γ is determined by the angle δ, which is the minimum angle that the axis of the globe forms with the direction from the center of the globe to the center of the segment (5):
Из (5), (6) следует соотношение для расчета γ:From (5), (6) follows the relation for calculating γ:
Поскольку сегмент (5) покрывает на поверхности глобуса область, которая в данный момент времени недоступна наблюдению с КА, то, в общем случае, он может быть выполнен непрозрачным. Но иногда может потребоваться дополнительная информация, какие именно астрономические объекты недоступны наблюдению. Для обеспечения считывания с глобуса такой информации сегмент (5) необходимо выполнить полупрозрачным или «пустотелым» - из дуг - например, в виде, представленном на фиг.2. Требование, чтобы крайние точки V1, V2 дуги (13) были обязательно соединены дугами (15) с центром V сегмента (5), обеспечивает удобство обратного выхода оси вращения глобуса (элемента (11)) из прорези (6) через разрыв (14) в дуге (13).Since segment (5) covers a region on the surface of the globe that is currently inaccessible to observation from the spacecraft, then, in the general case, it can be made opaque. But sometimes additional information may be required which particular astronomical objects are inaccessible to observation. To ensure that such information is read from a globe, segment (5) must be translucent or “hollow” —of arcs — for example, in the form shown in FIG. 2. The requirement that the extreme points V 1 , V 2 of the arc (13) are necessarily connected by arcs (15) with the center of the V segment (5), provides the convenience of the reverse exit of the axis of rotation of the globe (element (11)) from the slot (6) through the gap ( 14) in the arc (13).
Вращение элемента, проекция контура которого на поверхность глобуса образует окружность, (таким элементом является сегмент (5) или набор дуг (13), (15), (16)) вокруг оси, проходящей через центр элемента и центр глобуса, может быть реализовано с помощью средства его вращения, выполненного в виде штифта, один конец которого закреплен на конце полукольца (4), направление штифта совпадает с направлением от центра глобуса, а второй конец штифта совмещен с центром элемента (например, вставлен в отверстие в центре сегмента (5) или в месте пересечения дуг (15) и (16)), причем элемент имеет возможность вращения вокруг штифта.The rotation of an element whose projection of the contour onto the surface of the globe forms a circle (such an element is a segment (5) or a set of arcs (13), (15), (16)) around an axis passing through the center of the element and the center of the globe can be realized with using the means of its rotation, made in the form of a pin, one end of which is fixed on the end of the half ring (4), the direction of the pin coincides with the direction from the center of the globe, and the second end of the pin is aligned with the center of the element (for example, inserted into the hole in the center of the segment (5) or at the intersection of arcs (15) (16)), the element is rotatable about the pin.
Перемещение элемента, выполненного в виде полукольца (4), вдоль кольца (3) может быть реализовано с помощью средства его перемещения, выполненного в виде фиксаторов концов полукольца (4) на кольце (3), допускающих перемещение полукольца (4) вдоль кольца (3).The movement of the element, made in the form of a half ring (4), along the ring (3) can be realized by means of its movement, made in the form of clamps of the ends of the half ring (4) on the ring (3), allowing the movement of the half ring (4) along the ring (3) )
Работа с устройством осуществляется следующим образом.Work with the device as follows.
Кольцо (3) поворачивают относительно кольца (2) в положение, при котором кольцо (3) составляет с плоскостью экватора глобуса (7) угол, равный углу наклонения орбиты i. Далее поворотом глобуса (1) вокруг его оси вращения устанавливают глобус в положение, при котором точка С пересечения колец (2) и (3) расположена над точкой D экватора с долготой, равной значению долготы восходящего узла рассматриваемого витка орбиты КА Ω0 (или Ω0*). Линия (9) проекции кольца (3) на поверхность глобуса покажет линию следов радиус-векторов КА на глобусе в течение рассматриваемого витка орбиты.The ring (3) is rotated relative to the ring (2) to a position in which the ring (3) makes an angle equal to the angle of inclination of the orbit i with the plane of the equator of the globe (7). Then, by turning the globe (1) around its axis of rotation, set the globe in a position at which the intersection point C of the rings (2) and (3) is located above the equator point D with a longitude equal to the longitude of the ascending node of the spacecraft orbit under consideration, Ω 0 (or Ω 0 *). The line (9) of the projection of the ring (3) onto the surface of the globe will show the line of traces of the spacecraft radius vectors on the globe during the considered orbit.
Далее путем перемещения элемента (4) вдоль кольца (3) совмещаем крайнюю точку элемента (4) F с точками кольца (3), соответствующими различным положениям КА вдоль рассматриваемого витка орбиты. Тогда другая крайняя точка элемента (4) F1 расположится над точкой K1 следа на небесной сфере направления от КА на центр планеты. Сегмент (5), центр которого V закреплен в точке элемента (4) F1, покроет на поверхности глобуса область, которая в данный момент времени недоступна наблюдению с КА. Данная область поверхности глобуса ограничена линией (10). Астрономические объекты, расположенные на остальной части поверхности глобуса, доступны в данный момент времени наблюдению с КА.Next, by moving the element (4) along the ring (3), we combine the extreme point of the element (4) F with the points of the ring (3) corresponding to different positions of the spacecraft along the orbit under consideration. Then the other extreme point of the element (4) F 1 is located above the point K 1 of the trace in the celestial sphere of direction from the spacecraft to the center of the planet. Segment (5), whose center V is fixed at the point of element (4) F 1 , will cover on the surface of the globe a region that is currently inaccessible to observation from the spacecraft. This region of the surface of the globe is bounded by line (10). Astronomical objects located on the rest of the surface of the globe are currently available for observation from the spacecraft.
В случае когда в результате перемещения сегмента (5) вдоль кольца (3) край сегмента «упирается» в элемент (11), вращением сегмента (5) мы устанавливаем прорезь (6) напротив элемента (11). При дальнейшем перемещении сегмента (5) вдоль кольца (3) элемент (11) вводится в прорезь (6). Далее удержание элемента (11) в прорези (6) также обеспечивается посредством вращения сегмента (5).In the case when, as a result of moving the segment (5) along the ring (3), the edge of the segment “abuts” against the element (11), by rotating the segment (5) we set the slot (6) opposite the element (11). With further movement of the segment (5) along the ring (3), the element (11) is inserted into the slot (6). Further, the retention of the element (11) in the slot (6) is also ensured by rotation of the segment (5).
Опишем технический эффект предлагаемого изобретения.We describe the technical effect of the invention.
Предлагаемое устройство расширяет функциональные возможности устройства за счет обеспечения отображения на звездном глобусе областей, доступных наблюдению с КА, и областей, закрытых для наблюдения с КА планетой, вокруг которой обращается КА, при различных положениях КА на рассматриваемом витке орбиты КА.The proposed device extends the functionality of the device by providing a display on the stellar globe of areas accessible to observation from the spacecraft, and areas closed to observation with the spacecraft, the planet around which the spacecraft revolves, at various positions of the spacecraft on the considered orbit of the spacecraft.
Технический результат достигается за счет дополнительного введения в устройство элемента в виде половины кольца и элемента, проекция контура которого на поверхность глобуса моделирует на поверхности глобуса область, доступную наблюдению из текущего положения КА, и образует окружность, ограничивающую сегмент поверхности глобуса с углом полураствора, отсчитываемым от направления из центра глобуса на центр указанного сегмента поверхности глобуса, равным углу полураствора видимого с космического аппарата диска планеты, причем введенные элементы выполнены и установлены предложенным образом.The technical result is achieved by additionally introducing into the device an element in the form of a half ring and an element, the projection of the contour of which onto the globe surface models on the globe surface a region accessible to observation from the current position of the spacecraft, and forms a circle bounding the segment of the globe surface with the half-angle measured from directions from the center of the globe to the center of the indicated segment of the surface of the globe, equal to the half-angle of the planet’s disk visible from the spacecraft, and introduced e elements are made and installed in the proposed manner.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Красавцев Б.И. Мореходная астрономия. М.: Транспорт, 1986.1. Krasavtsev B.I. Nautical astronomy. M .: Transport, 1986.
2. Заявка на изобретение №93045113/12 от 1993.09.14.2. Application for invention No. 93045113/12 of 1993.09.14.
3. Патент РФ №2339000 от 26.05.2006.3. RF patent No. 2339000 dated 05/26/2006.
4. Бебенин Г.Г., Скребушевский Б.С., Соколов Г.А. Системы управления полетом космических аппаратов // М.: Машиностроение, 1978.4. Bebenin G.G., Skrebushevsky B.S., Sokolov G.A. Spacecraft flight control systems // M .: Mechanical Engineering, 1978.
5. Инженерный справочник по космической технике. Изд-во МО СССР, М., 1969.5. Engineering reference for space technology. Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, M., 1969.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009125857/28A RU2420714C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Device for choosing astronomical objects under observations from orbital space vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009125857/28A RU2420714C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Device for choosing astronomical objects under observations from orbital space vehicle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009125857A RU2009125857A (en) | 2011-01-20 |
| RU2420714C2 true RU2420714C2 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=44736859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009125857/28A RU2420714C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Device for choosing astronomical objects under observations from orbital space vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420714C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488077C1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Device for selecting astronomical objects for observation from orbital spacecraft |
| RU2495378C2 (en) * | 2011-12-12 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Device to select astronomic objects of surveillance from orbital spacecraft |
-
2009
- 2009-07-06 RU RU2009125857/28A patent/RU2420714C2/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488077C1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Device for selecting astronomical objects for observation from orbital spacecraft |
| RU2495378C2 (en) * | 2011-12-12 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Device to select astronomic objects of surveillance from orbital spacecraft |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009125857A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Capderou | Handbook of satellite orbits: From kepler to GPS | |
| Li | Geostationary satellites collocation | |
| CN101344391B (en) | Lunar vehicle posture self-confirming method based on full-function sun-compass | |
| CN107450582B (en) | Phased array data transmission guide control method based on-satellite real-time planning | |
| CN100533065C (en) | Interstellar cruising self-navigation method based on multi-star road sign | |
| US10167093B2 (en) | Apparatus and method for controlling a satellite | |
| US10782134B1 (en) | Ephemerides-free celestial navigation | |
| CN102288201A (en) | Precision measurement method for star sensor | |
| CN105203103A (en) | Real-time measure method for relation between ground spacecraft and geographic orientation | |
| RU2304549C2 (en) | Self-contained onboard control system of "gasad-2a" spacecraft | |
| Natario | General relativity without calculus: a concise introduction to the geometry of relativity | |
| RU2420714C2 (en) | Device for choosing astronomical objects under observations from orbital space vehicle | |
| RU2339000C2 (en) | Choice device of astronomical objects under observation from orbital spacecraft | |
| RU2346241C2 (en) | Device for choosing objects to be observed from orbiting spacecraft | |
| RU2327112C2 (en) | Device for selection of observation object from space vehicle | |
| Sigel et al. | Star tracker celestial localization system for a lunar rover | |
| US20070050102A1 (en) | Space based navigation system | |
| RU2566379C1 (en) | Method for determining value of atmospheric refraction under conditions of space flight | |
| US4012851A (en) | Universal planisphere complete guidance and computer system | |
| RU2341773C2 (en) | Chart board to select observation objects aboard orbital spacecraft | |
| RU2488077C1 (en) | Device for selecting astronomical objects for observation from orbital spacecraft | |
| RU2327111C2 (en) | Plane table for observation object selection from an orbiting space vehicle | |
| RU2324898C2 (en) | Plot board for ground surveillance object selection from orbital space vehicle | |
| RU2339001C2 (en) | Choice plotter for objects under observation from orbital spacecraft | |
| RU2495378C2 (en) | Device to select astronomic objects of surveillance from orbital spacecraft |