Dẫn hướng trọng lực - Công cụ của tương lai

Hướng tiềm năng

Các hệ thống dẫn hướng đang được sử dụng khác nhau về nguyên tắc hoạt động và độ chính xác. Sự hiện diện của các nhóm vệ tinh và việc cải tiến các công nghệ cơ bản mở ra cơ hội mới cho nhân loại. Đặc biệt, sự sẵn có của các thiết bị có độ chính xác cao để đo các trường vật lý của hành tinh và các vật thể trên bề mặt của nó đã đặt nền móng cho các nghiên cứu dẫn hướng trọng lực – sử dụng lực hấp dẫn.

Hoạt động của hệ thống vệ tinh GLONASS phụ thuộc rất nhiều vào thông tin vô tuyến, vì vậy tiềm ẩn nhiều rủi ro; Nguồn: topwar.ru

Trong tương lai gần, một hệ thống dẫn hướng mới đặc biệt chính xác, dựa trên trường hấp dẫn của Trái Đất (гравитационнoe полe Земли - ГПЗ) để tính toán tọa độ, sẽ được đưa vào hoạt động. Các nguyên tắc cơ bản của hệ thống định vị mới đã được xác định và quá trình tạo ra nó đang được thực hiện. Ở Nga, một số cơ quan, trong đó có Viện Nghiên cứu đo đạc Vật lý - Kỹ thuật và Vô tuyến (ВНИИФТРИ) của Rosstandart chuyên phát triển các kỹ thuật thu thập dữ liệu và xử lý thông tin, đang nghiên cứu nhằm tạo ra các thiết bị hỗ trợ dẫn hướng mới.

Đo lường và tính toán

Khái niệm dẫn hướng trọng lực dựa trên thực tế là các thông số ГПЗ tại các điểm khác nhau trên bề mặt hành tinh khác nhau. Trái Đất không phải là một khối cầu hoặc khối ellipsoid lý tưởng, bề mặt của nó có kiến trúc phức tạp và độ dày của lớp vỏ bao gồm các vật liệu khác nhau, không đồng nhất. Tất cả các yếu tố này ảnh hưởng đến các giá trị của trọng lực trên bề mặt và cận bề mặt. Nhiều trường hợp các giá trị lực hấp dẫn thực tế khác với các giá trị tính toán đối với một điểm nhất định, được gọi là sai số, hay dị thường hấp dẫn. Ngoài ra, do một số yếu tố, các lực ly tâm được quan sát tại các điểm khác nhau cũng khác nhau.

Thiêt bị tàu vũ trụ GLONASS với nhiều cấu hình khác nhau; Nguồn: topwar.ru

Các quan sát cho thấy ГПЗ là một "nền tảng" đáng tin cậy cho các hệ thống định vị. Tốc độ thay đổi của trường hấp dẫn thấp hơn nhiều so với từ trường và dữ liệu ГПЗ có thể được sử dụng trong nhiều thập kỷ mà không có sự mất mát đáng kể về độ chính xác tính toán. Tuy nhiên, động đất và các quá trình khác có thể thay đổi thực trạng ГПЗ và đòi hỏi cập nhật bản đồ. Bản đồ giá trị lực hấp dẫn có thể được nhập vào bộ nhớ của thiết bị dẫn hướng và được sử dụng để tính toán. Dựa trên dữ liệu về ГПЗ, có thể hiệu chỉnh hệ thống dẫn đường quán tính hoặc vệ tinh. Trong trường hợp này, tổng sai số của toàn bộ hệ thống giảm xuống còn centimet. Không những vậy, hệ thống định vị quán tính (ИНС) dẫn hướng theo dữ liệu ГПЗ có khả năng chống nhiễu cực cao.

Các bước đi thực tiễn

Các thiết bị chuyên dụng trên các máy bay và vệ tinh đo đạc các giá trị trường tại một số lượng lớn các điểm và truyền chúng đến các trung tâm tính toán trên mặt đất để tạo ra một bản đồ giúp điều hướng với độ chính xác cao. Hiện các nhà khoa học Nga cùng các đồng nghiệp nước ngoài đã thu thập dữ liệu, xác định các dị thường hấp dẫn và biên soạn các bản đồ về các giá trị trọng lực. Đồng thời, việc phát triển các thiết bị dẫn hướng có khả năng sử dụng bản đồ mới và tương tác với các thiết bị khác cũng đang được thực hiện, tuy vẫn chưa có được sản phẩm phù hợp cụ thể.

Sự ra đời của các nguyên tắc dẫn hướng mới hiện tại có thể bị cản trở do thiếu bản đồ chính xác của một phần quan trọng của bề mặt Trái Đất. Trên thực tế, tại thời điểm này, việc dẫn hướng dựa trên giá trị ГПЗ không mang lại lợi thế đặc biệt so với ИНС hoặc các hệ thống vệ tinh. Tình hình chỉ có thể thay đổi trong tương lai khi tất cả các công việc nghiên cứu và thiết kế cần thiết được hoàn thành và dữ liệu về các tham số ГПЗ và các lực quan sát được xử lý và chuyển đổi sang dạng thích hợp cho việc sử dụng.

Lĩnh vực ứng dụng

Các nguyên tắc dẫn hướng mới có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau khi cần xác định tọa độ đặc biệt chính xác không bị ảnh hưởng bởi các nguồn tín hiệu và các tính năng cụ thể khác, sẽ được sử dụng trong quân sự. Sự xuất hiện của các hệ thống dẫn hướng trọng lực sẽ làm tăng hiệu quả chiến đấu của một loạt các mẫu vũ khí và thiết bị. Giới quân sự có thể quan tâm đến việc tăng độ chính xác trong việc tính toán tọa độ và khả năng chống nhiễu độc đáo. Về bản chất, cách duy nhất để tác động đến các hệ thống như vậy là thay đổi các số liệu về ГПЗ - công việc đòi hỏi những nỗ lực to lớn hoặc hầu như không thể.

Sai số lực hấp dẫn bề mặt Trái Đất theo số liệu của NASA; Nguồn: topwar.ru

Một tên lửa có độ chính xác cao được dẫn hướng bởi bản đồ trọng lực, có thể được theo dõi theo quỹ đạo và tấn công mục tiêu có tọa độ đã biết với độ sai lệch nhỏ hơn. Những nguyên tắc như vậy có thể được sử dụng cho cả tên lửa hành trình và tên lửa đạn đạo. Tuy nhiên, việc sử dụng đòi hỏi một bản đồ ГПЗ chính xác và cập nhật, đặt các yêu cầu đặc biệt cho công tác trinh sát và tấn công.

Độ chính xác của việc thu thập dữ liệu được cải thiện và điều này có thể trở thành nền tảng cho những khám phá quan trọng mới. Trong giao thông dân dụng và thương mại, tàu biển hoặc máy bay hiện có đủ thiết bị hỗ trợ dẫn hướng, nhưng trong một số trường hợp, có thể cần các hệ thống chính xác hơn. Các tập đoàn sản xuất máy bay và đóng tàu, cũng như vận chuyển cũng quan tâm đến các thiết bị dẫn hướng dựa trên ГПЗ.

Thành công đang được chờ đợi

Theo các thông báo gần đây, ВНИИФТРИ hiện đang biên soạn các bản đồ trọng lực chính xác của các khu vực khác nhau và phát triển các thiết bị định vị mới để sử dụng trong thực tiễn. Cả hai nội dung này có độ phức tạp cao, đòi hỏi thời gian, công sức và hiện tại, vẫn chưa có thời biểu ra mắt các thiết bị mới này. Tuy nhiên, một khi công nghệ dẫn hướng trọng lực được đưa vào ứng dụng và đáp ứng mong đợi, một sự thay đổi căn bản sẽ xảy ra trong nhiều lĩnh vực./.