Жизненная необходимость ориентирования на местности возникла перед человеком в те давние времена, когда в процессе хозяйственной и познавательной деятельности возникла необходимость передвигаться на значительные расстояния по суше и по морю.
Увеличение скорости кораблей, появление подвижных объектов нового типа - самолетов, подводных лодок, ракет, искусственных спутников Земли потребовало создания навигационных систем, обладающих существенно более точными характеристиками параметров движения объекта. При этом одна из наиболее важных задач - разработка соответствующих чувствительных элементов.
К настоящему времени теория инерци-альных навигационных систем выделилась в самостоятельный раздел прикладной механики со своими задачами и методами. При этом в области навигационных систем всегда стояла принципиальная техническая проблема - иметь гирокомпас с минимальным дрейфом, а в идеале - без дрейфа. Это позволило бы для подвижных и неподвижных объектов при их долговременном нахождении (месяцы, годы) в условиях отсутствия возможности определения сторон света иметь точную информацию о собственной ориентации.
Длительными усилиями ученых и инженеров из различных областей науки и техники достигнуто современное состояние гироскопических приборов и в целом навигационных систем.
Все возрастающие требования к навигационному оборудованию, особенно с учетом автономности объекта, в наибольшей степени могут быть удовлетворены лишь при использовании инерциальных навигационных систем, позволяющих автономно вырабатывать основные навигационные параметры и автономно управлять объектами.
Следует отметить, что в современной науке и технике наиболее плодотворно развиваются идеи на стыках различных отраслей знания. Поэтому для создания гироскопов направления, удовлетворяющих требованиям по помехозащищенности, автономности, отсутствии дрейфа и другим качествам, необходимы усилия коллективов специалистов и ученых различных областей науки и техники.
Биологические системы ориентации превосходят большинство технических систем по точности конечных результатов, по миниатюрности, надежности и экономичности, что все чаще заставляет исследователей и разработчиков высокоточных технических систем наведения, работающих на дальних расстояниях (тысячи километров) в длительном режиме (часы, недели, месяцы), обращать внимание на проблему изучения механизмов пространственной ориентации мигрирующих птиц и других передвигающихся животных.
Одновременно с биологическими исследованиями проводились поисковые технические исследования по возможности создания волнового гравитационно-инерциального компаса на основе установленной закономерности и изобретения на способ и устройство волновой ориентации. Они были направлены на освоение теории волновой пространственной ориентации, проведение сравнительного анализа существующих методов ориентации и выявление возможных к технической реализации вариантов чувствительных элементов, обладающих эффектом волнового ориентирования по сторонам света.
В рамках организованной НИР «РОСТ-АН» (Головной исполнитель ФГУП ГосНИИЛЦ РФ «Радуга») под эгидой Российской Академии наук совместно со специализированными институтами РАН были проведены целенаправленные экспериментальные исследования на различных видах животных по выявлению обнаруженного механизма волновой пространственной ориентации. Результаты этих исследований подтвердили установленную закономерность, которая позволила объяснить все известные эксперименты, проведенные в мировой науке по изучению пространственной ориентации животных. Экспериментально было доказано существование механизма полностью автономной волновой пространственной ориентации у всех видов животных. Полученные при этом данные подтвердили теоретические основы принципа волновой ориентации в околоземном пространстве и в пространстве любых космических тел естественного происхождения.
Разработка макета технического аналога гравитационно-инерциального компаса проводилась в рамках НИР «Азимут». Были выполнены аналитические исследования и техническая реализация механизма функционирования волновой пространственной ориентации на биологических и технических моделях, проявляющих выдающиеся навигационные способности, которые стали основой для определения принципов структурно-функциональной организации разрабатываемого волнового гравитационно-инерциального компаса (ГИК) и выбора направления технических исследований [3].
На физической модели, представляющей собой маятник с подвижной вдоль вертикали места точкой подвеса, под действием силы гравитации ответными качательными движениями формируемыми реверсируемой компасной силы инерции маятник приобретает реверсивные колебательные движения постоянные в направлении Восток-Запад.
Проведенные исследования показали техническую возможность реализации биологического принципа гравитационно-инерциального ориентирования.
В настоящий момент изготовлены два макетов маятникового и жидкостного типов. Маятниковый тип макета гравитационно-инерциального компаса представляет собой маятник с подвижной вдоль вертикали места точкой подвеса, в котором имеется двух-координатное оптическое регистрирующее устройство, фиксирующее колебания маятника вдоль направления Восток-Запад.
Основным элементом макета жидкостного гравитационно-инерциального компаса является чувствительный элемент, выполненный в виде поплавка. Поплавок совершает принудительное движение вдоль вертикали места и движение вдоль направления Восток-Запад, являющееся реакцией на Кориолисову силу, возникающую вследствие одновременного движения чувствительного элемента переносное (от вращения Земли) и относительное (вдоль вертикали места).
Техническая реализация вышеизложенного биологического принципа гравитационно-инерциального ориентирования позволяет создать новый тип прибора азимутальной ориентации (гравитационно-инерциальный компас). Предлагаемый компас не будет подвержен воздействию магнитных полей Земли, техногенным электрическим и магнитным полям, в котором также будет отсутствовать дрейф. Отсутствие приведенных выше недостатков позволит определять направление сторон света независимости от места положения и времени базирования объекта.
Список литературы:
- Ильичев В.Д., Вилкс Е.К. Пространственная ориентация птиц. - М.: Наука, 1978. - 286с.
- Швецов Г.А. Гравитационно-инерци-альный механизм волновой ориентации животных в околоземном пространстве: Дис. канд. биолог. наук. - Владимир, 1997. - 163 с.
- Устройство для ориентирования: патент РФ № 2183820/ Гладышев Г.Н., Дмитриев В.С., Гладышев Ю.Г., Швецов Г.А. № 2001107408. Приоритет от 20.03.2001//Открытия. Изобретения. Бюл. № 17, 20.06.2002.