Системи навігації

А.В. Федотов, кандидат військово-морських наук, контр-адмірал

З початком створення ракетно-ядерного флоту в СРСР (1958-1964гг.) стало зрозуміло, що для підвищення ефективності дії підводних човнів з атомними енергетичними установками і використання ракетної зброї і з кораблів, і з підводних човнів потрібно вирішити ряд складних завдань: навігаційного забезпечення, курсоуказанія в будь-якій широті, включаючи Північний полюс (шірота90 °), і складного маневрування з порівняно великою швидкістю; автоматичного числення поточних координат і відображення на карті пройденого шляху на будь-якій широті плавання; тривалого високоточної зберігання координат без використання засобів корекції, порушують скритність дії підводних човнів, а також при підлідному плаванні, що виключає можливість спливання підводного човна в будь-який момент, що підвищувало вимоги до надійності і точності технічних засобів навігації.

Для вирішення нових проблем, що виникли навігаційного забезпечення ракетно-ядерного флоту країни були перепрофільовані спеціальні науково-дослідні інститути в Москві, Ленінграді, Баку. Крім того, були залучені сили багатьох наукових установ країни, що працюють в галузі радіоелектроніки, гіроскоп, обчислювальної техніки, супутникових навігаційних систем, радіонавігаційних систем, навігаційної гідроакустики, оптики, радіоастрономії і інших областях. При цьому пріоритетними напрямками досліджень стали створення: навігаційних комплексів для підводних човнів; корабельних інерційних навігаційних систем; супутникових радіонавігаційних систем. Великий обсяг наукових досліджень проводився в 60-ті і особливо в 70-80-ті роки в інститутах АНСССР та АН союзних республік, у прикладних інститутах промисловості та Військово-Морського Флоту.

Створений у 1950р. принципово новий штурманський прилад - автопрокладчік "Шлях-1" можна вважати прообразом навігаційного комплексу. Подальша інтеграція навігаційних приладів призвела до створення навігаційного комплексу для першого атомного підводного човна (головний конструктор Е. І. Еллер, заступник А. И. Вдовин). Проте цей комплекс ще не міг забезпечити плавання у широтах вище 80 °.

У 1953р. до розробці гіроскопічних приладів для атомних підводних човнів було залучено НДІ-303 (нині ЦНИИ "Електроприлад") - єдиного на той час підприємство, володіло технологією виготовлення гіроскопів на аеродинамічному петлі. За результатами проведених у 50-х роках науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт в НДІ-303 був розроблений навігаційний комплекс "Сила-Н", заснований на застосуванні кульових гіроскопів і аналогових електромеханічних лічильно-обчислювальних пристроїв та елементів. У квітні 1963р. за розробку навігаційного комплексу "Сила-Н" Ленінської премії СРСР були удостоєні Г. Д. Блюміна, П. М. Діанов, В. Н. Дукальскій, А. Е. Єлькіна, А. І. Коган, Г. М. Малишев, В. І. Маслевскій, М. І. Пахомов, Ю. Д. Ріхтерман, В. Д. Теплов та С. Ф. Фармаковскій.

Військово-Морським Флотом в кінці 50-х років було видано технічне завдання на розробку всешіротного навігаційного комплексу. Створити всешіротний навігаційний комплекс простіше всього було б, використовуючи інерційну навігаційну систему. Але в той час для цього не було високоточних гіроскопів і надійних обчислювальних засобів.

Без інерціальній системи виникли труднощі у створенні курсоуказателей і систем автоматичної прокладки, здатних працювати у високих широтах. Використовувати гірокомпас при наближенні до полюса було не можна, тому що вони втрачали спрямовуючу силу, що змушує їх чутливі елементи приходити до меридіану. Використання автопрокладчіков, що працюють на картах в меркаторской проекції у високих широтах, неможливо. Труднощі здавалися в той час нездоланними. Однак колектив інженерів під керівництвом В. І. Маслевского, який очолив роботу над всешіротним навігаційним комплексом, спільно зі фахівцями ВМФ, знайшов вихід для вирішення поставленого завдання. Була розроблена і впроваджена в системи курсоуказанія, автосчісленія і прокладання "Квазігеографіческая система координат", у якій "Північний полюс" переносився по меридіану 180 ° на екватор. У системі координат квазігеографіческіх зона в районі географічного Північного полюса опинялася в зоні "квазіекватора". Збіжність меридіанів ставала пренебрежимо малої, і труднощі курсоуказанія, числення і автоматичного прокладання у високих широтах були подолані.

У 1963-1964гг. головний зразок всешіротіого навігаційного комплексу "Сигма" пройшов успішно державні випробування на атомному підводному човні, включаючи похід в район Північного полюса, і в 1965р. був прийнятий на озброєння ВМФ. Головним конструктором навігаційного комплексу був В. І. Маслевскій, його заступником -- Ю. Д. Ріхтерман.

Навігаційний комплекс виявився найбільш вдалим і встановлювався в різних модифікаціях на підводних човнах більше десяти проектів. Подібний всешіротний навігаційний комплекс без навігаційної інерціальній системи не має аналогів у світовій практиці навігаційного озброєння атомних підводних човнів.

У 1972р. під керівництвом О. В. Кіщенкова був створений перший вітчизняний навігаційний комплекс з інерціальній навігаційною системою; істотно підвищилися точнісні характеристики видаваних навігаційних параметрів.

У результаті проведених теоретичних досліджень в 1983р. було закінчено розробку і прийнятий на озброєння принципово новий навігаційний комплекс з точносних характеристиками, близькими до світового рівня навігаційного забезпечення. Комплекс почав встановлюватися на ракетних підводних човнах стратегічного призначення.

Найбільший науковий та організаційний внесок у створення навігаційних комплексів підводних човнів внесли В. І. Маслевскій, О. В. Кіщенко, Е. І. Еллер, В. Г. Пешехонов, В. Д. Теплов, Ю. Д. Ріхтерман, Л. К. Овчинников, А. П. Князєв, В. А. Монтелла, І. І. Тузов, більшість з них були удостоєні за виконану роботу Ленінської і Державних премій.

Наукові дослідження, проведені на початку 60-х років в прикладних інститутах ВМФ і промисловості, показали, що для подальшого вдосконалення навігаційних комплексів необхідне створення інерційних систем. Основні труднощі в створення корабельних інерційних систем полягали в тому, що ні один з типів гіроскопів і акселерометров не відповідав пропонованим вимогам, цифрова техніка мала низькою надійністю і був відсутній досвід використання ЕВС в контурах управління гіроскопічних систем. У зв'язку з цим до проведення теоретичних досліджень і створення елементної бази інерційних систем були залучені інститути АНСССР і організацій промисловості.

У 1961р. при Відділенні технічних наук АНСССР був організований Наукова рада з проблеми "Наукові основи побудови систем навігації та автоматичних пристроїв з застосуванням нових фізичних явищ ", який очолив академік Б. Н. Петров. У складу Наукової ради ввійшли вчені АНСССР, ВМФ і промисловості, в т.ч. від НІУВМФ В. Д. Теплов, Е. А. Ананченко і Г. А. Левіт. Рада відіграв певну роль у координації досліджень по створенню інерціальній навігаційної системи та її елементної бази.

Технічний і психологічний бар'єри в розробці інерціальній навігаційної системи першого наважився подолати колектив, очолюваний головним конструктором О. В. Кіщенковим. Роботи почалися в 1963р.

Досвідчені зразки інерціальній навігаційної системи "Тавда" (головний конструктор В. С. Зябрев) в 1970р. пройшли випробування на заводі-виробнику, а потім на дослідному судні ОС-19 і на одному з підводних човнів.

Паралельно з розробкою інерціальній навігаційної системи (ІНС) в інститутах ВМФ в 1964-1967гг. проводилися широкі дослідження з розробки теорії побудови морських ІНС, вивчення перспектив створення високоточних чутливих елементів.

З середини 60-х років в ЦНДІ "Електроприлад" були розпочаті роботи по створенню шарового вакуумованого гіроскопа з електростатичним підвісом ротора (головний конструктор А. С. Анфіногенов). На цій основі було створено гірокорректор, який в даний час успішно використовується в навігаційних комплексах.

Науковим пошуком високоточних глобальних засобів корекції з кінця 50-х років займалися багато наукові установи країни. У 1956р. науковими співробітниками Науково-дослідного гідрографічно-штурманського інституту (НІГШІ) ВМФ В. А. Фуфаевим і Л. І. Гордєєвим була висловлена ідея використання штучних супутників Землі, на яких стояли радіопередавачами необхідної потужності для навігації. Ідея здавалася фантастичною, але після запуску в Радянському Союзі 4октября 1957р. першого штучного супутника Землі з'явилася реальна основа для її реалізації.

Наукові основи нізкоорбітних супутникових радіонавігаційних систем були істотно розвинені в процесі виконання комплексних наукових досліджень за темою "Супутник" (1958-1959гг.), Які здійснювали Інститут теоретичної астрономії АН СРСР, Інститут електромеханіки АНСССР, Науково-дослідні інститути ВМФ і Горьковський науково-дослідний радіофізичний інститут. У цій роботі брали активну участь М. М. Кобрин, заступник директора НДР-ФИ, здійснював загальне наукове керівництво, В. С. Шебшеевіч (заступник керівника), Ю. В. Батраков, Е. Д. Голіков, Л. І. Гордєєв, В. П. Заколодяжний, Е. А. Жіжемскій, А. А. Колосов, Л. І. Кузнєцов, В. Ф. Проскурін, А. Н. Радченко, Н. К. Сергєєв, А. Ф. Смирновская, Б. А. Смольников, Е. Ф. Суворов, В. А. Фуфа, Г. І. Черепанов, А. В. Чижов, Є. П. Чуров, В. І. Юніцкій.

Таким чином, завдяки дослідженням, проведеним у 1958-1959гг. в інститутах АНСССР, ВМФ і промисловості, у нашій країні був закладений фундамент супутникової радіонавігації для практичного створення нізкоорбітной супутникової радіонавігаційної системи (СРНС).

Наприкінці 60-х років виникла проблема розширення можливостей СРНС для навігаційного забезпечення високодинамічний об'єктів та підвищення її оперативності і точності. Вченими інститутів АНСССР, ВМФ і промисловості в 1968-1969рр. були обгрунтовані можливість і доцільність створення єдиної СРНС для повітряних, морських, сухопутних і космічних об'єктів. В 1970р. були сформульовані тактико-технічні вимоги до такої системи.

Розробка глобальної навігаційної супутникової системи (ГЛОНАСС) як єдиної СРНС для споживачів різного призначення розгорнулася в 70-і роки. Наукові дослідження супроводжували її на всіх етапах, починаючи з обгрунтування основних параметрів і кінчаючи доопрацюванням математичного забезпечення за результатами випробувань. Перша черга системи ГЛОНАСС була здана в експлуатацію в 1993р. Дослідження тривали і після передачі системи в експлуатацію, орієнтуючись на її подальший розвиток, підвищення точності та стійкості функціонування. Хід розробок навігаційних систем неодноразово розглядалося керівництвом ВМФ за участю НДУ ВМФ і промисловості.

Розробка ШСЗ і наземних засобів ГЛОНАСС проводилася колективами, який керується академіком М. Ф. Решетньовим, Ю. К. Гужва, Л. І. Гусєвим, А. Г. Геворкяном, Н. Є. Івановим, В. Ф. Черемисин, В. І. Єрмоленко, В. Н. Казанцевим. Апаратура споживачів різного призначення розроблялася колективами під керівництвом Р. І. Полоннікова, Ю. М. Устинова, В. А. Саліщева.

Створення сучасних і перспективних засобів навігації стало можливим тільки на основі фундаментальних досліджень в галузі гіроскоп, електроніки, лазерної та обчислювальної техніки, системних досліджень, що проводяться в академічних і прикладних інститути країни, що дозволили в 70-80-ті роки зробити ряд революційних зрушень у галузі навігації і забезпечили створення корабельних інерційних систем та побудова на їх основі навігаційних комплексів з високої точності за рахунок прориву в галузі технології елементної бази інерційних навігаційних систем і математичного забезпечення; створення супутникових радіонавігаційних систем, які дали можливість на єдиній високоточної координаційно-тимчасовій основі істотно підвищити ефективність навігаційного забезпечення новітніх систем зброї.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.navy.ru/