Es gibt verschiedene Arten von Navigationssystemen, die weit verbreitet sind und sich in den Betriebsprinzipien und der Messgenauigkeit unterscheiden. In Zukunft könnte ein grundlegend neues System zum Einsatz kommen, das Koordinaten basierend auf den Eigenschaften des Gravitationsfeldes (GPF) der Erde berechnet. Es wird erwartet, dass diese Methode der Positionierung besonders genau ist – und gleichzeitig hochkomplex.
Vielversprechende Richtung
Das Vorhandensein einer entwickelten Weltraumkonstellation und die Verbesserung aller Basistechnologien eröffnen der Weltwissenschaft neue Möglichkeiten. Insbesondere das Vorhandensein von hochpräzisen Instrumenten zur Messung der physikalischen Felder des Planeten und der Objekte auf seiner Oberfläche ermöglicht es, detaillierte Modelle verschiedener Art zu erstellen, die für den Einsatz in verschiedenen Bereichen geeignet sind.
In den letzten Jahren wurde im In- und Ausland in Richtung der sog. Gravitationsnavigationssysteme. Die notwendigen Arbeiten werden durchgeführt und neue Daten erhoben, für die weitere Verwendung aufbereitet. Die Grundprinzipien des neuen Navigationssystems sind bereits festgelegt und der Entstehungsprozess geht weiter.
In Russland arbeiten mehrere Organisationen in diese Richtung. Insbesondere das Allrussische Forschungsinstitut für physikalische, technische und funktechnische Messungen (VNIIFTRI) aus Rosstandart entwickelt Geräte zur Datenerfassung und Verarbeitung eingehender Informationen über die Gasaufbereitungsanlage, um neue Navigationshilfen zu schaffen.
Neulich erschienen Beiträge zum Thema Gravitationsnavigation. Die Wochenzeitung "Svezda" schrieb mit Verweis auf die Geschäftsführung von Rosstandart über die Fortsetzung der Arbeit an einem vielversprechenden Projekt und das Erzielen neuer Ergebnisse. Sie erinnerten auch an die Vorteile neuer Technologien und deren Anwendungsgebiete.
Messung und Berechnung
Das Konzept der Gravitationsnavigation basiert auf der Tatsache, dass die Parameter der GPZ an verschiedenen Punkten auf der Planetenoberfläche (oder darüber) leicht unterschiedlich sind. Die Erde ist keine perfekte Kugel oder Ellipsoid; seine Oberfläche weist das komplexeste Relief auf, und die Dicke der Erdkruste setzt sich aus verschiedenen Materialien zusammen. All dies beeinflusst die Parameter der Schwerkraft auf und in der Nähe der Oberfläche. Oft weichen die tatsächlichen Werte von den berechneten für einen bestimmten Punkt ab, was als Gravitationsanomalie bezeichnet wird. Darüber hinaus werden aufgrund einer Reihe von Faktoren an verschiedenen Stellen unterschiedliche Fliehkräfte beobachtet.
Das Konzept sieht die Messung der Parameter GPP und Fliehkraft an verschiedenen Stellen mit Weiterverarbeitung vor. Die resultierende gravimetrische Karte kann in den Speicher von Navigationsgeräten eingegeben und in Berechnungen verwendet werden. Basierend auf den Daten des GPZ ist es möglich, den Betrieb von Trägheits- oder Satellitennavigationssystemen zu korrigieren. In diesem Fall wird der Gesamtfehler des gesamten Komplexes auf Zentimeter reduziert. Darüber hinaus zeichnet sich ein INS mit Korrektur auf Basis von GPZ-Daten durch höchste Störfestigkeit aus.
Beobachtungen zeigen, dass die GPZ ein ziemlich zuverlässiger "Benchmark" für Navigationssysteme ist. Die Änderungsrate des Gravitationsfeldes ist viel geringer als die des Magnetfelds, und die Daten des GPZ können ohne merklichen Verlust an Genauigkeit der Berechnungen über mehrere Jahrzehnte verwendet werden. Erdbeben und andere Prozesse können jedoch den Zustand der GPZ verändern und eine Aktualisierung der Karten erfordern.
Praktische Maßnahmen
Berichten der letzten Jahre zufolge sammeln russische Wissenschaftler – wie ihre ausländischen Kollegen – seit mehreren Jahren Daten, suchen nach Gravitationsanomalien und erstellen gravimetrische Karten. Spezielle Geräte an Bord von Flugzeugen und Satelliten messen an einer Vielzahl von Punkten Feldwerte und übermitteln diese an Bodenrechenzentren. Das Ergebnis dieser Arbeit ist eine Karte, die eine hohe Navigationsgenauigkeit bietet.
Wir entwickeln auch Navigationsgeräte, die neue Karten verwenden und mit anderen Geräten interagieren können. Solche Projekte haben jedoch, soweit bekannt, noch nicht zum Erscheinen von praxistauglichen Produkten geführt.
Die Einführung neuer Navigationsprinzipien kann immer noch durch das Fehlen genauer Karten eines bedeutenden Teils der Erdoberfläche behindert werden. Tatsächlich bietet die Navigation durch das GPZ in der Praxis derzeit keine besonderen Vorteile gegenüber INS oder Satellitensystemen. Die Situation kann sich erst in Zukunft ändern, wenn alle notwendigen Forschungs- und Konstruktionsarbeiten abgeschlossen sind.
Anwendungen
Die neuen Navigationsprinzipien können in verschiedenen Bereichen Anwendung finden, in denen eine besonders genaue Koordinatenbestimmung, Unabhängigkeit von externen Signalquellen und andere Besonderheiten gefordert sind. In erster Linie geht es um militärische Angelegenheiten. Das Aufkommen brauchbarer Gravitationsnavigationssysteme wird die Kampfkraft einer breiten Palette von Ausrüstung und Waffen erhöhen.
Das Militär könnte sowohl an der erhöhten Genauigkeit der Koordinatenberechnung als auch an der einzigartigen Störfestigkeit interessiert sein. Tatsächlich kann man auf solche Systeme nur Einfluss nehmen, indem man die GPZ künstlich verändert – was enorme Anstrengungen erfordert oder völlig unmöglich ist.
Ein hochpräziser Lenkflugkörper, der eine gravimetrische Karte verwendet, wird in der Lage sein, einer bestimmten Route genauer zu folgen und ein Ziel mit bekannten Koordinaten mit geringerer Abweichung zu treffen. Solche Prinzipien können sowohl von Marschflugkörpern als auch von ballistischen Flugkörpern verwendet werden. Eine solche Operation erfordert jedoch eine genaue und aktuelle Karte der GPZ auf der Strecke, was besondere Anforderungen an die Aufklärung und Organisation des Streiks stellt.
Neue Navigationsprinzipien sind für die Wissenschaft von großem Interesse. Mit ihrer Hilfe können Sie eine genauere Verknüpfung herstellen, die für verschiedene Studien in verschiedenen Bereichen nützlich ist. Die Genauigkeit der Datenerhebung verbessert sich, und dies kann die Grundlage für wichtige neue Entdeckungen bilden.
Wir sollten den zivilen und kommerziellen Verkehr nicht vergessen. Unter normalen Umständen verfügen Schiffe oder Flugzeuge über ausreichende Navigationshilfen, aber in einigen Situationen können genauere Systeme erforderlich sein. Es ist durchaus möglich, dass das Aufkommen vollwertiger operativer Navigationsmittel durch die Gasaufbereitungsanlage für Flugzeug- und Schiffsbauer sowie kommerzielle Fluggesellschaften von Interesse sein wird.
auf Erfolg warten
Nach den neuesten Berichten ist VNIIFTRI nun damit beschäftigt, genaue gravimetrische Karten verschiedener Gebiete zu erstellen, die für die weitere Verwendung in der Praxis geeignet sind. Die Daten zu den Parametern des GPP und den beobachteten Kräften werden aufbereitet und in eine anwendungsfreundliche Form gebracht. Auch die Entwicklung von Navigationsgeräten für die praktische Umsetzung ist im Gange.
Beide Komponenten der Neuausrichtung zeichnen sich durch hohe Komplexität, Dauer und Arbeitskosten aus. Leider bleibt auch der ungefähre Zeitpunkt der Einführung neuer Technologien in der Praxis unbekannt. Darüber hinaus sind die tatsächlichen Anwendungsaussichten solcher Entwicklungen in verschiedenen Bereichen unklar. Nichtsdestotrotz ist die Arbeit im Gange und in der Zukunft sind echte Ergebnisse zu erwarten. Wenn neue Technologien zum Einsatz kommen und die Erwartungen erfüllen, wird es in vielen Bereichen zu einem radikalen Wandel kommen.
