„Предпазливостта не причинява главоболия.“

Появата на нови оръжия и оборудване във флота изисква подобряване на тяхната навигационна и хидрографска поддръжка по отношение на точността на генериране на навигационни параметри, повишаване на надеждността, намаляване на тегловните и размерните характеристики и намаляване на разходите за разработка, серийно производство и експлоатация. Частично изход е намерен чрез използването на лазерната технология в разглежданата област.

Лазерните средства, притежаващи редица ценни свойства и възможности (бързо запускане и готовност, приемлива точност при генериране на навигационни параметри, лекота на работа и относително ниска цена), все повече се използват в навигационното и хидрографско осигуряване на ВМС. Ние отделяме следните приоритетни области за използване на лазери, които според нас в момента са най-актуални по отношение на създаването:
– система за космическа навигация и комуникация;
– помощни средства за навигация (Aids to Navigation);
– жироскопи и безкартови инерциални навигационни системи (INS);
– средства за сканиране на морското дъно.
Лазерна космическа навигационна и комуникационна система. Значителен скок в подобряването на бойната стабилност на подводниците чрез повишаване на скритостта на техните действия трябва да се очаква в случай на използване на сателитни и лазерни технологии. Такава система ще позволи да се предава голямо количество разнородна информация с висока скорост до подводници, намиращи се на работна дълбочина.
За да се осигури предаването на бойни контролни сигнали, навигационна информация, най-приемливата част от светлинния диапазон е синьо-зеленият (0,42-0,53 микрона) спектър, който преодолява водната среда с най-малко загуби и може да проникне на дълбочина до 300м.

Фундаментални и проучвателни изследвания, проведени през последните десетилетия от Руската академия на науките (РАН), приложна работа на индустрията за решаване на научни и технически проблеми на навигацията и комуникациите на ВМС, както и полеви експерименти проведени през този период в Северния Атлантик, Черно и Балтийско море, позволиха да се доближим до етапа на техническо развитие на лазерната космическа навигационна и комуникационна система (ЛКНСС).

В момента, използвайки съществуващите технически и технологични резерви, може да се разработи лазерно оборудване за създаване на локални навигационни полета за потребители, които са извън зоните за достъп на радионавигационните сигнали GLONASS. В литературата се предоставя подробна информация за принципа на работа и дизайна на ЛКНСС на базата на спътници GLONASS. По-специално, в такива ситуации има подводни потребители, както и потребители, разположени в зони, където сателитното радионавигационно поле е „потиснато“ от смущения, включително от индустриален и природен произход.

В литературата е описана подробно теорията за определяне на местоположението на подводница в потопено положение с помощта на лазерно лъчение, разработени са методи за предаване на информация от носители към подводница и обратно и е експериментално доказана осъществимостта на тези методи. Предложените методи за адаптивно предаване на информация правят възможно предаването на лазерни сигнали през морската повърхност с минимално отклонение на излъчването и точност на насочване. Адаптирането се основава на избора на фасети (елементарни квазиплоски зони на морската повърхност) на необходимия наклон, както и на контрола на отблясъците (случайни фокуси), които се образуват, когато лазерното лъчение от борда на носителя се отклонява през морската повърхност. Изборът на фасети с желания наклон може да се извърши с помощта на отделен диагностичен предавател и фотодетектор, както и метода на обръщане на вълновия фронт (ОВФ). Същността е в това, че отговорният лазерен импулс трябва да следва същия оптичен път на запитващия сигнал.

Следователно скоростта на цялата система се изчислява по такъв начин, че отговорният лазерен импулс да се формира за време (от момента, в който запитващият сигнал пристигне на фотодетектора), което не надвишава средното време на „замръзване“ на развънувана морска повърхност. В този случай импулсът на ответното лазерно лъчение ще премине през повърхността на морето, което практически не се е променило от момента, в който запитващият сигнал е преминал през него. Така се постига почти пълно обръщане на посоката на запитващия лъч от борда на носителя. Концепцията за създаване и използване на такава система за военни потребители е описана в литературата по въпроса.
Предоставянето на информация на ПП и формирането на локално лазерно навигационно поле за него в дадена акватория се осъществява от всички спътници, в зоната на видимост на които се намира осигуряваната зона. Цялото това съзвездие от спътници, което може да включва от четири до 14 космически навигационни апарата, взаимодейства (по-специално, е синхронизирано) чрез междуспътникови лазерни канали. Моделирането на навигационните дефиниции показва, че ако орбиталното съзвездие на GLONASS съдържа поне четири спътника с лазерно оборудване във всяка от трите орбитални равнини, тогава местоположението на потребителя в зони с разкъсани облаци може да бъде осигурено по всяко време в квазиреалното (с ефективност не по-лоша от няколко десетки секунди) във времева скала с точност до метър.
С разгръщането на ЛКНСС се създават необходимите условия за превръщането й в система за бойно управление на военноморските сили, съоръженията на търговския флот и различни производствени операции на дъното на акваторията, над водната повърхност и на брега.

Средства за навигационно оборудване. Подобряването на ефективността на визуалните средства за навигационното оборудване е възможно чрез замяната им с лазерни навигационни системи, по-специално маяци и лазерни створове. Установено е, че дори при условия на намалена прозрачност на атмосферата, обхватът на лазерен фар е най-малко два пъти по-дълъг от обхвата на фар с мощен традиционен източник на електромагнитно излъчване.

Предимствата на лазера са най-силно изразени през нощта, привечер и при намалена прозрачност на атмосферата. Използването на бинокъл увеличава обхвата на видимост на лазера с 40–50% при обхват на метеорологична видимост Sm = 10–20 km. Развитието на лазерните технологии в близко бъдеще ще направи лазерните системи едно от ефективните средства за навигация в крайбрежната зона.
Експлоатационните характеристики на лазерните створове са дадени в табл. 1.

Таблица 1. Работни характеристики на лазерните створове Забележка: Sm е обхватът на метеорологичната видимост.

Лазерните жироскопи (ЛЖ). Това са електронни устройства, които имат ценни за навигацията свойства: те практически не се влияят от вибрации, ускорения и удари, в резултат на което лазерните жироскопи са много ефективни за използване на високоскоростни и много маневрени кораби и самолети . Лазерните пръстеновидни жироскопи са демонстрирани за първи път през 1963 г., но до средата на 70-те години. не намират приложение. През изминалото време лазерните жироскопи са преминали през всички етапи на развитие: от лабораторни модели до масово произведени образци, използвани като чувствителен елемент на безкарданни инерционни навигационни системи (БИНС) с различни класове на точност.

На рис. 2 се показва областите на приложение на лазерните жироскопи.

Рис. 2. Области на приложение на лазерните жироскопи

На рис. 3 се показва дрейфовете на различни жироскопи.

Рис. 3. Дрейф на жироскопи

Определящите изисквания за точността на елементната база на безрамкова инерционна навигационна система (БИНС), която е част от навигационното въоръжение на корабите от началото на XXI век, ще бъдат изискванията на IMO за точността на определяне на координатите на позицията в интерес на навигационната безопасност за открити морски зони (пределна грешка на мястото = 100 m с P = 0,95) и теснота (10 m), както и изискванията за предоставяне на навигационна информация на потребителите на кораби в условия на ограничена информационна автономност.

В близко бъдеще е възможно да се създаде БИНС със средна точност за надводни кораби на ЛЖ въз основа на повишаване на точността на чувствителните елементи в рамките на съществуващите технологии, като се използват структурни методи за автокомпенсиране на инструментални грешки, по усъвършенствани алгоритми за интегриране на БИНС със сателитна навигационна апаратура и електронна картографска навигационно-информационна система.