Новый подход к определению звездной ориентации при космических экспериментах

При проведении космических экспериментов для наведения научных приборов необходимо знать ориентацию космического аппарата. Для этого используют наблюдения звездного неба. Применяемая для навигационных определений техника менялась. Например, на Луноходе использовались панорамные телевизионные камеры для обзора неба и шариковый уровень для определения направления вертикали, а на станции Салют использовался комплект из двух фотокамер БА ЗК, одна из которых выполняла съемку земной поверхности, а вторая обеспечивала звездную привязку. Одним из основных средств для навигационных определений сегодня служат звездные датчики на матричных фотоприемниках с встроенными звездными каталогами. Многие из них разработаны в нашем Институте. Главное их достоинство заключается в том, что один прибор позволяет автономно производить ориентацию сразу по трем координатным осям.
Для обеспечения высокой точности определений оптическая часть имеет высокое разрешение, но при этом малое поле зрение, в которое попадает только небольшое число звезд. Это определяет сложность задачи. Функционирование прибора основывается на том, взаимное положение звезд на небесной сфере остается неизменным, а минимальное наблюдаемое созвездие составляет треугольник, представляющей недеформируемую геометрическую фигуру. Измеренные межзвездные расстояния в каждом таком треугольнике уникальны. Поэтому, процесс определения ориентации заключается в наблюдении группы звезд, измерении межзвездных расстояний между ними, сравнении результатов измерений с данными координат звезд из бортового каталога и идентификация звезд по совпадению этих данных определением их каталожных координат на небесной сфере. А затем, c учетом положения звезд в поле зрения звездного датчика, определяют ориентацию космического аппарата. Главный недостаток такого подхода заключается в необходимости перебора данных бортового каталога для идентификации звезд и определения ориентации. При большом количестве звезд в каталоге и отсутствии предварительной информации об ориентации космического аппарата этот процесс может занимать неопределенное время.
Предложено формировать структуру бортового каталога в координатах межзвездных расстояний. Координаты звезды в каталоге будет определятся тройкой чисел – расстояниями до первой ближайшей звезды, расстоянием до второй из ближайших звезд и расстоянием между этими ближними звездами, например. Координаты звезды на небесной сфере определят имя звезды в бортовом каталоге. Несмотря на необычность такого подхода, каждая из звезд займет свое положение в новом признаковом пространстве расстояний. При этом, измерив межзвездные расстояния, мы сразу обнаружим положение в нем звезды не делая перебора данных каталога. Более того, если из за ошибок измерений звезда не обнаруживается в указанном положении, то может быть найдена в ближайшей окрестности определяемой областью ошибок, что при традиционном подходе невозможно.
Вычислительный эксперимент показал, что при выборке из каталога Тихо 25 тысяч звезд для составления бортового каталога звездного датчика с полем зрения 2 градуса и разрешением 0,001375 градуса, не следует в него включать только 0, 03% совпадающих по координатам звезд. Была оценена работоспособность такого решения. Предлагаемый подход позволяет повысить скорость и эффективность навигационных определений при использовании звездной ориентации.