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.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки