Полет без внешних ориентиров

Что такое инерциальная навигация и как развивался этот метод

Долгое время отсутствие точной информации о местоположении было серьезным препятствием на пути развития авиации. Пилотам была необходима навигационная система, которая не зависела бы от земных ориентиров и капризов природы. Первые инерциальные системы в нашей стране были разработаны в 1950-х годах в Раменском приборостроительном конструкторском бюро, ныне входящем в КРЭТ.

В наши дни на предприятиях концерна создается новое поколение инерциальных навигационных систем для самых современных отечественных самолетов и вертолетов.

Первым применением инерциальных методов в навигации можно считать появление корабельных гирокомпасов в начале прошлого века. Одновременно с работой над компасами возникла идея создания систем инерциальной навигации, в которых местоположение движущегося объекта определяется интегрированием изменяемых на борту ускорений. Замечательное свойство подобных систем – их полная автономность. Это можно сравнить с часами: они измеряют время вне зависимости от контактов с внешним миром.

Принцип действия

Итак, инерциальная навигация – это автономный метод навигации, то есть не требующий наличия внешних ориентиров или поступающих извне сигналов. Координаты и параметры движения различных объектов: судов, подлодок, самолетов или ракет – основываются на свойствах инерции тел.

Как известно, неавтономные методы решения задач навигации основываются на использовании внешних ориентиров или сигналов, например звезд, или более продвинутых методов в виде маяков и радиосигналов. Эти методы в принципе достаточно просты, но в ряде случаев не могут быть осуществлены из-за отсутствия видимости или наличия помех для радиосигналов.

Кстати, именно поэтому военной технике просто необходимы автономные средства навигации, которые не требовали бы внешних сигналов, а потому и не боялись бы радиоэлектронного подавления. Сегодня инерциальные навигационные системы (ИНС) находят широкое применение для навигации не только военных летательных аппаратов.

Устройство

Инерциальные навигационные системы состоят из гироскопов, акселерометров, а также управляющей электроники и вычислительной техники. ИНС является основным источником сигналов для навигационно-пилотажных комплексов, осуществляющих навигацию и пилотирование летательных аппаратов.

Выходные данные гироскопов поступают непосредственно на компьютер, который вычисляет мгновенное направление акселерометров в опорной системе координат и соответствующие корректирующие сигналы. Таким образом можно получить углы ориентации летательного аппарата: рыскание (курс), тангаж и крен. Угловое отклонение координат в виде широты, долготы и высоты определяется путем интегрирования показаний акселерометров.

Итак, основными приборами системы инерциальной навигации являются акселерометры и гироскопы. Акселерометр измеряет величину ускорения, а информацию о направлении дают гироскопы, обеспечивающие опорную систему координат для акселерометров.

В прежних системах инерциальной навигации опорная система координат обеспечивалась установкой акселерометров и гироскопов на стабилизированной платформе в кардановом подвесе. Такой подвес изолировал платформу от поворотов летательного аппарата или судна. Это позволяло удерживать акселерометры в неизменной ориентации относительно Земли при движении объекта. В современных системах инерциальной навигации применяются компьютеры, следящие за ориентацией акселерометров. Такие системы называются бесплатформенными.

История и современность

Разработка основ инерциальной навигации относится к 1930-м годам. Значительную роль в теоретических основах инерциальной навигации играет теория устойчивости механических систем, большой вклад в которую внесли российские математики Ляпунов и Михайлов.

Значительные трудности в создании первых инерциальных навигационных систем были связаны с необходимостью обеспечить высокую точность и надежность работы всех устройств при заданных весах и габаритах. Кстати, первый вариант ИНС, разработанный в США в начале 1960-х, представлял собой несколько ящиков внушительных размеров, которые занимали почти весь салон самолета. Для сравнения: современные инерциальные навигационные системы весят около 15 кг и размером с небольшую коробку 20 на 40 см.

У нас в стране история инерциальной навигации начинается с 1957 года, когда в Раменском приборостроительном конструкторском бюро (РПКБ), ныне входящем в КРЭТ, была разработана первая автономная навигационная гироинерциальная система (АНИС). Эта система, претерпев множество модификаций, вошла в историю не только РПКБ, но и в историю авиаприборостроения СССР.

В те годы на РПКБ было создано целое бюро по инерциальным системам, которое объединило всех специалистов, занимающихся созданием инерциальных систем и входящих в них электромеханических и электронных узлов.

А в 2005 году на предприятии было организовано ЗАО «Инерциальные технологии технокомплекса» (ИТТ) с целью решения общих проблем разработчиков и производителей инерциальных систем и первичных датчиков информации (гироскопов и акселерометров).

Сегодня ИТТ обеспечивает производителей военной и гражданской техники высокотехнологичными решениями в области инерциальной навигации. В числе его партнеров предприятия с мировым именем: ОКБ Сухого, РСК «МиГ», ОАО «Камов», МВЗ им. Миля.

Специалисты концерна принимают участие в разработке инерциального измерительного блока «БИИ-КМ» для разгонного блока ракеты-носителя «Протон-М». На предприятиях КРЭТ разрабатывается и производится новое поколение бесплатформенных инерциальных навигационных систем для самых современных отечественных самолетов и вертолетов, например для вертолета Ми-28Н «Ночной охотник», для военных самолетов Су-35, Ту-160 и истребителя пятого поколения ПАК ФА.