Системы
навигации
А.В. Федотов, кандидат военно-морских наук,
контр-адмирал
С началом
создания ракетно-ядерного флота в СССР (1958-1964гг.) стало ясно, что для
повышения эффективности действия подводных лодок с атомными энергетическими
установками и использования ракетного оружия и с кораблей, и с подводных лодок
требуется решить ряд сложных задач: навигационного обеспечения, курсоуказания в
любой широте, включая Северный полюс (широта90°), и сложного маневрирования со
сравнительно большой скоростью; автоматического счисления текущих координат и
отображение на карте пройденного пути на любой широте плавания; длительного
высокоточного хранения координат без использования средств коррекции,
нарушающих скрытность действия подводных лодок, а также при подледном плавании,
исключающем возможность всплытия подводной лодки в любой момент, что повышало
требования к надежности и точности технических средств навигации.
Для решения
новых возникших проблем навигационного обеспечения ракетно-ядерного флота
страны были перепрофилированы специальные научно-исследовательские институты в
Москве, Ленинграде, Баку. Кроме того, были привлечены силы многих научных
учреждений страны, работающих в области радиоэлектроники, гироскопии,
вычислительной техники, спутниковых навигационных систем, радионавигационных
систем, навигационной гидроакустики, оптики, радиоастрономии и других областях.
При этом приоритетными направлениями исследований явились создание:
навигационных комплексов для подводных лодок; корабельных инерциальных
навигационных систем; спутниковых радионавигационных систем. Большой объем
научных исследований проводился в 60-е и особенно в 70-80-е годы в институтах
АНСССР и АН союзных республик, в прикладных институтах промышленности и
Военно-Морского Флота.
Созданный в
1950г. принципиально новый штурманский прибор - автопрокладчик “Путь-1” можно
считать прообразом навигационного комплекса. Дальнейшая интеграция
навигационных приборов привела к созданию навигационного комплекса для первой
атомной подводной лодки (главный конструктор Э.И.Эллер, заместитель
А.И.Вдовин). Однако этот комплекс еще не мог обеспечить плавание в широтах выше
80°.
В 1953г. к
разработке гироскопических приборов для атомных подводных лодок был привлечен
НИИ-303 (ныне ЦНИИ “Электроприбор”) - единственное в то время предприятие,
обладавшее технологией изготовления гироскопов на аэродинамическом подвесе. По
результатам проведенных в 50-х годах научно-исследовательских и
опытно-конструкторских работ в НИИ-303 был разработан навигационный комплекс
“Сила-Н”, основанный на применении шаровых гироскопов и аналоговых
электромеханических счетно-решающих устройств и элементов. В апреле 1963г. за
разработку навигационного комплекса “Сила-Н” Ленинской премии СССР были
удостоены Г.Д.Блюмин, П.М.Дианов, В.Н.Дукальский, А.Е.Елькин, А.И.Коган,
Г.М.Малышев, В.И.Маслевский, М.И.Пахомов, Ю.Д.Рихтерман, В.Д.Теплов и
С.Ф.Фармаковский.
Военно-Морским
Флотом в конце 50-х годов было выдано техническое задание на разработку всеширотного
навигационного комплекса. Создать всеширотный навигационный комплекс проще
всего было бы, используя инерциальную навигационную систему. Но в то время для
этого не имелось высокоточных гироскопов и надежных вычислительных средств.
Без
инерциальной системы возникли трудности в создании курсоуказателей и систем
автоматической прокладки, способных работать в высоких широтах. Использовать
гирокомпасы при приближении к полюсу было нельзя, так как они теряли
направляющую силу, заставляющую их чувствительные элементы приходить к
меридиану. Использование автопрокладчиков, работающих на картах в меркаторской
проекции в высоких широтах, невозможно. Трудности казались в то время
непреодолимыми. Однако коллектив инженеров под руководством В.И.Маслевского,
который возглавил работу над всеширотным навигационным комплексом, совместно со
специалистами ВМФ, нашел выход для решения поставленной задачи. Была
разработана и внедрена в системы курсоуказания, автосчисления и прокладки
“квазигеографическая система координат”, в которой “Северный полюс” переносился
по меридиану 180° на экватор. В системе квазигеографических координат зона в
районе географического Северного полюса оказывалась в зоне “квазиэкватора”.
Сходимость меридианов становилась пренебрежимо малой, и трудности
курсоуказания, счисления и автоматической прокладки в высоких широтах были
преодолены.
В 1963-1964гг.
головной образец всеширотиого навигационного комплекса “Сигма” прошел успешно
государственные испытания на атомной подводной лодке, включая поход в район
Северного полюса, и в 1965г. был принят на вооружение ВМФ. Главным
конструктором навигационного комплекса был В.И.Маслевский, его заместителем -
Ю.Д.Рихтерман.
Навигационный
комплекс оказался наиболее удачным и устанавливался в различных модификациях на
подводных лодках более десяти проектов. Подобный всеширотный навигационный
комплекс без навигационной инерциальной системы не имеет аналогов в мировой
практике навигационного вооружения атомных подводных лодок.
В 1972г. под
руководством О.В.Кищенкова был создан первый отечественный навигационный
комплекс с инерциальной навигационной системой; существенно повысились
точностные характеристики выдаваемых навигационных параметров.
В результате
проведенных теоретических исследований в 1983г. была закончена разработка и
принят на вооружение принципиально новый навигационный комплекс с точностными
характеристиками, близкими к мировому уровню навигационного обеспечения.
Комплекс начал устанавливаться на ракетных подводных лодках стратегического
назначения.
Наибольший
научный и организационный вклад в создание навигационных комплексов подводных
лодок внесли В.И.Маслевский, О.В.Кищенков, Э.И.Эллер, В.Г.Пешехонов,
В.Д.Теплов, Ю.Д.Рихтерман, Л.К.Овчинников, А.П.Князев, В.А.Монтелли, И.И.Тузов,
большинство из них были удостоены за проделанную работу Ленинской и
Государственных премий.
Научные
исследования, проведенные в начале 60-х годов в прикладных институтах ВМФ и
промышленности, показали, что для дальнейшего совершенствования навигационных
комплексов необходимо создание инерциальных систем. Основные трудности в
создании корабельных инерциальных систем состояли в том, что ни один из типов
гироскопов и акселерометров не отвечал предъявляемым требованиям, цифровая
техника обладала низкой надежностью и отсутствовал опыт использования ЭВС в
контурах управления гироскопических систем. В связи с этим к проведению
теоретических исследований и созданию элементной базы инерциальных систем были
привлечены институты АНСССР и организаций промышленности.
В 1961г. при
Отделении технических наук АНСССР был организован Научный совет по проблеме
“Научные основы построения систем навигации и автоматических устройств с
применением новых физических явлений”, который возглавил академик Б.Н.Петров. В
состав Научного совета вошли ученые АНСССР, ВМФ и промышленности, в т.ч. от
НИУВМФ В.Д.Теплов, Е.А.Ананченко и Г.А.Левит. Совет сыграл определенную роль в
координации исследований по созданию инерциальной навигационной системы и ее
элементной базы.
Технический и
психологический барьеры в разработке инерциальной навигационной системы первым
решился преодолеть коллектив, возглавляемый главным конструктором
О.В.Кищенковым. Работы начались в 1963г.
Опытные образцы
инерциальной навигационной системы “Тавда” (главный конструктор В.С.Зябрев) в
1970г. прошли испытания на заводе-изготовителе, а затем на опытном судне ОС-19
и на одной из подводных лодок.
Параллельно с
разработкой инерциальной навигационной системы (ИНС) в институтах ВМФ в
1964-1967гг. проводились широкие исследования по разработке теории построения
морских ИНС, изучению перспектив создания высокоточных чувствительных
элементов.
С середины 60-х
годов в ЦНИИ “Электроприбор” были начаты работы по созданию шарового
вакуумированного гироскопа с электростатическим подвесом ротора (главный
конструктор А.С.Анфиногенов). На этой основе был создан гирокорректор, который
в настоящее время успешно используется в навигационных комплексах.
Научным поиском
высокоточных глобальных средств коррекции с конца 50-х годов занимались многие
научные учреждения страны. В 1956г. научными сотрудниками
Научно-исследовательского гидрографическо-штурманского института (НИГШИ) ВМФ
В.А.Фуфаевым и Л.И.Гордеевым была высказана идея использования искусственных
спутников Земли, снабженных радиопередатчиками необходимой мощности для
навигации. Идея казалась фантастической, но после запуска в Советском Союзе
4октября 1957г. первого искусственного спутника Земли появилась реальная основа
для ее реализации.
Научные основы
низкоорбитных спутниковых радионавигационных систем были существенно развиты в
процессе выполнения комплексных научных исследований по теме “Спутник”
(1958-1959гг.), которые осуществляли Институт теоретической астрономии АН СССР,
Институт электромеханики АНСССР, Научно-исследовательские институты ВМФ и
Горьковский научно-исследовательский радиофизический институт. В этой работе
принимали активное участие М.М.Кобрин, заместитель директора НИР-ФИ,
осуществлявший общее научное руководство, В.С.Шебшеевич (заместитель
руководителя), Ю.В.Батраков, Е.Д.Голиков, Л.И.Гордеев, В.П.Заколодяжный,
Э.А.Жижемский, А.А.Колосов, Л.И.Кузнецов, В.Ф.Проскурин, А.Н.Радченко,
Н.К.Сергеев, А.Ф.Смирновский, Б.А.Смольников, Е.Ф.Суворов, В.А.Фуфаев,
Г.И.Черепанов, А.В.Чижов, Е.П.Чуров, В.И.Юницкий.
Таким образом,
благодаря исследованиям, проводимым в 1958-1959гг. в институтах АНСССР, ВМФ и
промышленности, в нашей стране был заложен фундамент спутниковой радионавигации
для практического создания низкоорбитной спутниковой радионавигационной системы
(СРНС).
В конце 60-х
годов возникла проблема расширения возможностей СРНС для навигационного
обеспечения высокодинамичных объектов и повышения ее оперативности и точности.
Учеными институтов АНСССР, ВМФ и промышленности в 1968-1969гг. были обоснованы
возможность и целесообразность создания единой СРНС для воздушных, морских,
сухопутных и космических объектов. В 1970г. были сформулированы
тактико-технические требования к такой системе.
Разработка
глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) как единой СРНС для
потребителей различного назначения развернулась в 70-е годы. Научные
исследования сопровождали ее на всех этапах, начиная с обоснования основных
параметров и кончая доработкой математического обеспечения по результатам
испытаний. Первая очередь системы ГЛОНАСС была сдана в эксплуатацию в 1993г.
Исследования продолжались и после передачи системы в эксплуатацию, ориентируясь
на ее дальнейшее развитие, повышение точности и устойчивости функционирования.
Ход разработок навигационных систем неоднократно рассматривался руководством
ВМФ с участием НИУ ВМФ и промышленности.
Разработка ИСЗ
и наземных средств ГЛОНАСС проводилась коллективами, руководимыми академиком
М.Ф.Решетневым, Ю.К.Гужвой, Л.И.Гусевым, А.Г.Геворкяном, Н.Е.Ивановым,
В.Ф.Черемисиным, В.И.Ермоленко, В.Н.Казанцевым. Аппаратура потребителей
различного назначения разрабатывалась коллективами под руководством
Р.И.Полонникова, Ю.М.Устинова, В.А.Салищева.
Создание
современных и перспективных средств навигации стало возможным только на основе
фундаментальных исследований в области гироскопии, электроники, лазерной и
вычислительной техники, системных исследований, проводимых в академических и
прикладных институтах страны, позволивших в 70-80-е годы совершить ряд
революционных сдвигов в области навигации и обеспечивших создание корабельных
инерциальных систем и построение на их основе навигационных комплексов с
высокими точностями за счет прорыва в области технологии элементной базы
инерциальных навигационных систем и математического обеспечения; создание
спутниковых радионавигационных систем, давших возможность на единой
высокоточной координационно-временной основе существенно повысить эффективность
навигационного обеспечения новейших систем оружия.
Список
литературы
Для подготовки
данной работы были использованы материалы с сайта http://www.navy.ru/