О задачах бортовой гравитационной градиентометрии

Исследования гравитации выполняются по основополагающим направлениям фундаментальных наук, народнохозяйственных и военноприкладных применений.

Бортовая гравитационная градиентометрия является многообещающим техническим средством для решения целого ряда прикладных задач, а именно: навигации, геодезии, геофизики и геологии, а также при проведении фундаментальных научных исследований (рис. 9.2.1).

Бортовой гравитационный градиентометр (БГГ) — это высокоточный измерительный прибор, предназначенный для наблюдения вторых производных по координатам от гравитационного потенциала в возмущенных условиях подвижного основания аппарата-носителя. В соответствии с конкретной конструкторской схемой в этом приборе используют принцип измерения микроперемещений (линейных или угловых), характеризующих относительное расположение системы пробных масс, образующих его чувствительный элемент (ЧЭ).

Фундамент бортовой гравитационной градиентометрии на современном этапе ее становления составляют инерциальные чувствительные элементы и создаваемые с их использованием инерциальные навигационные системы (ИНС) [Парусников и др. 1982], а также комплексные информационно-измерительные технические средства на основе гравиинерциальных навигационных систем (ГИНС) [Britting et al. 1972; Васин 1990], являющихся дальнейшим развитием ИНС путем внедрения в их состав БГГ (рис.

Системный подход при решении задач гравиинерциаль- ной навигации является плодотворным, так как предоставляет методологию построения ГИНС и ее функционирования, проработку наиболее целесообразных схем построения и рациональных направлений технической реализации, и в конечном итоге обеспечивает разработку конструкции ГИНС, различных необходимых узлов и подсистем, эксплуатационных технологий проведения измерений и базового математического обеспечения ГИНС с гарантированной реализацией выходной информации, необходимой точности и надежности в интересах конкретного потребителя.

Полагается, что при производстве съемки тонкой структуры аномального гравитационного поля происходит единый взаимоувязанный процесс, в котором БГГ измеряет весь тензор вторых производных по координатам от гравитационного потенциала и одновременно осуществляется непрерывная координатно-временная привязка результатов выполняемой съемки и решение задачи ориентации.

Такое объединение также необходимо для учета всех действующих инерциальных и гравитационных помех и возмущений различной природы, оперативного контроля точности проводимых измерений.

Главная причина неудач в разработке ГИНС в прошлые десятилетия в нашей стране связана с отсутствием необходимой методической базы, а также со значительной наукоемкосгью бортовой гравитационной градиентометрии, которая базируется на тонких и сложных технологиях с использованием высокоточных измерителей гравитационных характеристик с максимальной точностью и пространственным разрешением непосредственно в процессе возмущенного движения аппарата-носителя информационного средства.

Стоимость доли научно-исследовательских работ в общих затратах на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по космической градиентометрии может достигать 50% [Wells 1984]. На современном этапе развития градиентометрии за рубежом основной акцент смещается от решения чисто инструментальных вопросов к всесторонней проработке методов интерпретации информации, получаемой с использованием градиентометрических измерений.

Определение оптимальных технических параметров БГГ требует проведения всестороннего, исчерпывающего анализа всей измерительной системы, создаваемой на основе его применения в составе носителя и предназначенной для решения конкретной практической задачи.

В бортовой гравитационной градиентометрии можно отметить следующие ключевые аспекты системного подхода: Выбор оптимальных технических характеристик чувствительных элементов в составе инструментальных средств бортовой градиентометрии на основе анализа информативного содержания измеряемых параметров гравитационного поля и диапазонов возможных изменений их значений с целью эффективного решения конкретной целевой задачи. Решение задачи гарантированного выделения полезного сигнала БГГ, проектируемых как по «тепловой» схеме, так и по криогенной схеме, с удалением инструментальных ошибок и контролем точности выполняемых измерений. Учет влияния собственных гравитационных эффектов от близлежащих конструкционных масс (входящих в состав аппаратных компонент и транспортного аппарата) на выходные результаты грави- градиентометрических измерений. Определение уровня динамических и вибрационных помех и возмущений, а также влияния изменения массовой «конфигурации» транспортного аппарата для учета их влияния на показания БГГ, а также для обоснования конструкционных требований, например, к гиростабилизированной платформе и к техническим средствам контроля состояния масс транспортного аппарата (например, для контроля уровня топлива).

ГИНС, в которой в реальном масштабе времени измеряется тензор вторых производных, по своей сути является центральным ядром информационно-измерительных средств, использующих БГГ и предназначенных для решения практически всех вышеперечисленных задач.

Таким образом, для создания инструментальных средств бортовой гравитационной градиентометрии необходимо разработать унифицированное информационно-измерительное средство с использованием БГГ для измерения тонкой структуры гравитационного поля с максимальной точностью и пространственным разрешением, а также проработать способы его адаптации в интересах эффективного решения современных задач навигации, геодезии, геофизики и геологии, а также фундаментальных задач гравитации.