Визначення орбіт ШСЗ для вирішення задач геодинаміки та моніторингу геостаціонарної зони за результатами спостережень

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ

УДК 521.31:521.93

ВИЗНАЧЕННЯ ОРБІТ ШСЗ ДЛЯ ВИРІШЕННЯ ЗАДАЧ ГЕОДИНАМІКИ ТА МОНІТОРИНГУ ГЕОСТАЦІОНАРНОЇ ЗОНИ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ СПОСТЕРЕЖЕНЬ

01.03.01 Астрометрія і небесна механіка

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

РУДЕНКО СЕРГІЙ ПЕТРОВИЧ

Київ 2000

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Головній астрономічній обсерваторії Національної академії наук України.

Науковий керівник:

кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Тарадій Володимир Кирилович, Міжнародний центр астрономічних та медико-екологічних досліджень НАН України, директор.

Офіційні опоненти:

Доктор фізико-математичних наук, професор Дума Дмитро Павлович, Головна астрономічна обсерваторія НАН України, м. Київ, головний науковий співробітник;

Доктор фізико-математичних наук, професор Марченко Олександр Миколайович, Державний університет "Львівська політехніка", м. Львів, професор.

Провідна установа: Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ.

Захист відбудеться “14” квітня 2000 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.208.01 при Головній астрономічній обсерваторії НАН України (ГАО НАН України, Голосіїв, Київ-127, МСП, 03680). Початок засідань о 10 годині.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Головної астрономічної обсерваторії НАН України (ГАО НАН України, Голосіїв, Київ-127, МСП, 03680).

Автореферат розіслано “6” березня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат фізико-математичних наук Н.Г. Гусєва

Анотація

Руденко С.П. Визначення орбіт ШСЗ для вирішення задач геодинаміки та моніторингу геостаціонарної зони за результатами спостережень. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.01 астрометрія і небесна механіка. Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 2000.

Дисертацію присвячено вдосконаленню існуючих та розробці нових алгоритмів, що використовуються при визначенні орбіт високоорбітальних супутників Землі, а саме геодинамічних супутників “Lageos-1” та “Lageos-2”, а також геостаціонарних супутників. Отримано нову реалізацію земної системи відліку, що містить геоцентричні координати 108 станцій та швидкості 64 станцій. Обчислено також ряд параметрів обертання Землі з кроком 3 доби на інтервалі з 6 вересня 1983 р. по 13 грудня 1998 р. Обчислено орбіти 126 геостаціонарних об'єктів на основі аналізу 1966 фотографічних спостережень, отриманих у Києві та Ужгороді 1996 р.

Ключові слова: визначення орбіт, штучні супутники Землі, параметри обертання Землі, система відліку.

Abstract

Rudenko S.P. Determination of orbits of Earth artificial satellites for solving problems of geodynamics and monitoring the geostationary ring using observational data. Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 01.03.01 astrometry and celestial mechanics. Main Astronomical Observatory of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2000.

The dissertation is devoted to elaboration of the existing algorithms and development of new ones used in the determination of orbits of the high Earth's satellites, namely, geodynamic “Lageos-1” and “Lageos-2” satellites and geostationary satellites. A new realization of the Terrestrial Reference Frame containing geocentric coordinates of 108 stations and velocities of 64 stations has been derived. The Earth rotation parameter series has been also obtained at 3-day intervals since September 6, 1983 till December 13, 1998. The orbits of 126 geostationary objects were also derived by processing 1966 photographic observations obtained in Kyiv and Uzhhorod in 1996.

Key words: orbit determination, Earth's artificial satellites, Earth rotation parameters, Reference Frame.

Аннотация

Руденко С.П. Определение орбит ИСЗ для решения задач геодинамики и мониторинга геостационарной зоны по результатам наблюдений. Рукопись. орбіта геостаціонарний геодинамічний спутник

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.01 астрометрия и небесная механика. Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена совершенствованию существующих и разработке новых алгоритмов, используемых при определении орбит высокоорбитальных спутников Земли, а именно, геодинамических спутников “Lageos-1” и “Lageos-2”, а также геостационарных спутников, и использованию этих алгоритмов и программ при анализе наблюдений.

Проведено исследование эффективности использования программы численного интегрирования VASOMI для вычисления орбит высокоорбитальных ИСЗ на орбитальных дугах длиной до двух лет. Найдены оптимальные значения параметров программы интегрирования.

На основе анализа лазерных наблюдений ИСЗ “Lageos-1” и “Lageos-2”, полученных мировой сетью станций в 19831998 гг., были определены параметры вращения Земли (координаты полюса и всемирное время) на интервале с 6 сентября 1983 года по 13 декабря 1998 года с шагом 3 суток. Средние квадратичные ошибки координат полюса составили 0,18 мс дуги, всемирного времени 0,015 мс.

Получена также новая реализация земной системы отсчета SSC(GAOUA)99L01, представленная прямоугольными геоцентри-ческими координатами 108 станций лазерной локации на момент 1 января 1997 г. и скоростями изменения координат 64 станций. Средние квадратичные ошибки координат составляют 0,1-2 см, скоростей 0,1-2 мм/год для большинства станций.

Вычислены параметры преобразования значения координат станций, даваемых реализациями Международной земной системы отсчета ITRF94, ITRF96 и ITRF97 к полученной в диссертации реализации SSC(GAOUA)99L01.

В диссертации разработаны алгоритмы и программы определения орбит геостационарных ИСЗ на основе результатов фотографических и ПЗС-наблюдений, позволяющие определять орбиты ГИСЗ со средними квадратичными значениями невязок по прямому восхождению и склонению на уровне 0,5-1.

С использованием алгоритмов и программ определения орбит геостационарных ИСЗ был выполнен орбитальный анализ результатов фотографических наблюдений ГИСЗ, полученных в ГАО НАН Украины в Киеве и Ужгородском университете в 1996 г., и ПЗС-наблюдений ГИСЗ, выполненных на пике Терскол в 1997-1998 г. Установлены факты многочисленных коррекций орбит для управляемых ГИСЗ.

На основе орбитального анализа 362 ПЗС-наблюдений ИСЗ “Купон” (97070A), выполненных сотрудниками МЦ АМЭИ с помощью двухметрового телескопа на пике Терскол с 12 ноября 1997 г. по 3 мая 1998 г., вычислены элементы его орбиты на этапе выведения на геостационарную орбиту, перевода спутника в точку стояния на долготе 55, этапе удержания в точке стояния, а также в пассивном полете после отказа бортовых систем спутника. Средние квадратичные ошибки определения координат ИСЗ “Купон” составляют 50200 м на большинстве орбитальных дуг.

На основе определения орбит ГИСЗ “Купон” и спутника “Арабсат 1С” (92010B), переведенного 16 января 1998 г. в окрестность точки стояния спутника “Купон”, исследовано их взаимное движение и установлены пять тесных сближений спутников на расстояние 1,3-4,2 км в феврале-марте 1998 г.

Сделан вывод о том, что разработанное автором программное обеспечение определения орбит ГИСЗ может использоваться для анализа позиционных наблюдений ГИСЗ, оперативного определения орбит, мониторинга избранных участков геостационарной зоны, предвычисления опасных сближений объектов на геостационарных орбитах.

Ключевые слова: определение орбит, искусственные спутники Земли, параметры вращения Земли, система отсчета.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В наш час супутникові методи космічної геодезії, такі як лазерна локація ШСЗ (ЛЛС), радіотехнічні спостереження супутників глобальної навігаційної системи GPS, метод допплерівського визначення орбіт DORIS, а також метод радіоінтерферометрії із наддовгою базою (РНДБ), успішно використовуються для вирішення фундаментальних задач геодинаміки та геодезії. До числа таких задач належать вивчення нерівномірності обертання Землі та руху її полюса, дослідження деформації земної поверхні, побудова та підтримання реалізації земної системи відліку (ЗСВ), що завдається координатами та швидкостями зміни координат пунктів, і ряд інших. Досягнута супутниковими методами сучасна точність визначення координат полюса Землі складає 0,3 мс дуги, всесвітнього часу (надлишку тривалості доби) 0,04 мс, координат пунктів 12 см, змін координат пунктів 3 мм/рік [3].

Збільшення в порівнянні з класичними методами у 50100 разів точності визначення параметрів обертання Землі (координат полюса та всесвітнього часу) та інших геодинамічних параметрів було досягнуто, з одного боку, завдяки прогресу вимірювальних технологій, а з іншого внаслідок удосконалення алгоритмів аналізу спостережень, адекватних за точністю результатам вимірювань.

Найкращими космічними об'єктами для визначення параметрів обертання Землі (ПОЗ) та створення реалізації земної системи відліку методом ЛЛС є високоорбітальні геодинамічні супутники “Lageos-1” та “Lageos-2”, спеціально запущені з цією метою у 1976 та 1992 рр. Систематична локація цих супутників, що ведеться світовою мережею станцій, дозволила накопичити великі масиви спостережень.

Підвищення точності лазерних спостережень, створення нових, більш точних моделей, що описують рух ШСЗ, уточнення значень чисельних параметрів, а також збільшення масиву лазерних спостережень ШСЗ “Lageos-1” та “Lageos-2”, зробили актуальним удосконалення алгоритмів та програм аналізу лазерних спостережень.

В Головній астрономічній обсерваторії (ГАО) НАН України були розроблені алгоритми та програми аналізу лазерних спостережень ШСЗ для визначення геодинамічних параметрів, координат лазерних станцій і швидкостей змін координат станцій та інших параметрів. Це програмне забеспечення має назву “Київ-Геодинаміка” [1, 2, 5]. Аналіз лазерних спостережень ШСЗ “Lageos-1” та “Lageos-2”, отриманих світовою мережею станцій у 19831998 рр., дозволив на більш високому рівні визначити ПОЗ та створити нову реалізацію земної системи відліку.

ШСЗ активно використовуються як у фундаментальних, так і у прикладних дослідженнях. Вони застосовуються для здійснення супутникового зв'язку та телекомунікацій, моніторингу земної поверхні та атмосфери, космічної навігації, дослідження космічного простору та при розв'язанні інших задач.

Крім того, кількість штучних небесних тіл в геостаціонарній зоні постійно зростає (в середньому 35 об'єктів за рік), що актуалізує також і задачу моніторингу об'єктів на геостаціонарних орбітах з метою їх ототожнення та каталогізації, вивчення їхньої динаміки та запобігання можливих зіткнень.

При аналізі результатів фотографічних спостережень геостаціонарних супутників, що виконуються в ГАО НАН України з 1983 року, виникла потреба у розробці алгоритмів та програм визначення орбіт та ототожнення об'єктів. Використання розроблених автором алгоритмів та програм дозволило виконати орбітальний аналіз фотографічних спостережень геостаціонарних ШСЗ (ГШСЗ), отриманих в ГАО НАН України і Лабораторії космічних досліджень Ужгородського держуніверситету 1996 р., та спостережень ГШСЗ, виконаних в обсерваторії Міжнародного центру астрономічних та медико-екологічних досліджень (МЦ АМЕД) на піку Терскол у 19971998 рр. з використанням астрономічного комплексу, оснащеного приймачем випромінювання із зарядовим зв'язком (ПЗЗ).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наведені в дисертації дослідження виконувалися за планом науково-дослідних робіт відділу космічної геодинаміки ГАО НАН України та в рамках міжнародних проектів.

Алгоритми та програми визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ за позиційними спостереженнями були розроблені автором за участю в НДР “Апаратурно-програмне забезпечення центру збору та автоматизованої обробки даних спостережень у мережі станцій ГЕОССРЕА” (19881990), “Розробка і застосування методів аналізу спостережень високоорбітальних ШСЗ” (19911993) та “Еспериментальні радіотехнічні і світлолокаційні спостереження небесних тіл та їхня обробка” (19921995). Визначення орбіт та ототожнення геостаціонарних ШСЗ проводилося також за участю в науковій програмі COGEOS (International Campaign of Optical Observations of Geosynchronous Satellites for Geodynamics).

Удосконалення алгоритмів та програм аналізу лазерних спостережень високоорбітальних ШСЗ і обробка лазерних спостережень ШСЗ “Lageos-1” та “Lageos-2” були виконані автором за участю в НДР “Створення та розвиток системи визначення параметрів обертання Землі та шкали всесвітнього часу” (19951999) і “Дослідження змін орієнтації Землі в космічному просторі та інших геодинамічних явищ за даними ЛЛС-, РНДБ- та GPS-спостережень” (19961999).

Мета і задачі дослідження. Метою цієї роботи є вдосконалення алгоритмів та програм, а також визначення орбіт, геодинамічних параметрів та створення нової реалізації земної системи відліку на основі аналізу спостережень високоорбітальних ШСЗ. Задачами дослідження є:

Вдосконалення алгоритмів і програм аналізу лазерних спостережень високоорбітальних ШСЗ для визначення параметрів обертання Землі та створення реалізації земної системи відліку.

Аналіз лазерних спостережень ШСЗ “Lageos-1” та “Lageos-2”, отриманих світовою мережею станцій у 19831998 рр., з метою визначення параметрів обертання Землі, координат та швидкостей змін координат станцій.

Розробка алгоритмів та програм визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ на основі результатів фотографічних та ПЗЗ-спостережень.

Застосування розроблених алгоритмів та програм визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ для аналізу результатів фотографічних спостережень ГШСЗ, отриманих в ГАО НАН України (м. Київ) і Лабораторії космічних досліджень Ужгородського держуніверситету 1996 р., та ПЗЗ-спостережень ГШСЗ, виконаних в астрономічної обсерваторії МЦ АМЕД на піку Терскол у 19971998 рр.

Наукова новизна одержаних результатів.

Одержано нову реалізацію земної системи відліку, що завдається координатами 108 станцій лазерної локації та швидкостями 64 станцій. Середні квадратичні похибки визначення координат станцій становлять 0,12 см, а швидкостей 0,12 мм/рік для більшості з них.

Отримано однорідний ряд параметрів обертання Землі на інтервалі часу з 6 вересня 1983 р. по 13 грудня 1998 р. з кроком 3 доби із середніми квадратичними похибками координат полюса, рівними 0,18 мс дуги, і всесвітнього часу, рівними 0,015 мс.

З використанням програмного забезпечення для визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ на основі аналізу результатів ПЗЗ-спостережень ГШСЗ “Купон” та “Арабсат 1С”, виконаних на двометровому телескопі на піку Терскол, встановлено п'ять зближень супутників на відстанях 1,34,2 км у лютомуберезні 1998 р. Визначення орбіт ГШСЗ “Купон” та “Арабсат 1С” на основі їх ПЗЗ-спостережень проводилося через 1224 години після моментів спостережень.

Практичне значення одержаних результатів. Значення параметрів обертання Землі, координат та швидкостей станцій лазерної локації були передані до Центрального бюро Міжнародної служби обертання Землі (МСОЗ, Париж) у 19961999 рр. Значення ПОЗ отриманого автором рішення EOP(GAOUA)99L01 було використано у Центральному бюро МСОЗ 1999 р. при створенні об'єднаних рядів EOP(IERS)C01,02,03,04. Значення координат та швидкостей станцій лазерної локації рішення SSC(GAOUA)99L01 можуть використовуватися при створенні реалізацій Міжнародної земної системи відліку. Значення швидкостей станцій, що знаходяться на різних тектонічних плитах, можуть бути використані для верифікації сучасних геофізичних моделей руху тектонічних плит.

Розроблені автором алгоритми та програми визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ на основі позиційних спостережень були успішно застосовані при оперативному аналізі спостережень ШСЗ “Купон”, виконаних в астрономічній обсерваторії на піку Терскол у 19971998 рр. Елементи орбіти передавалися до ЦУП ШСЗ “Купон” (НВО ім. Лавочкіна, Москва) не пізніше, ніж через 16 годин після моменту останнього спостереження сеанса. Розроблене автором програмне забезпечення визначення орбіт ГШСЗ може використовуватися для аналізу позиційних спостережень ГШСЗ, оперативного визначення орбіт, моніторингу вибраних ділянок геостаціонарної зони, передобчислення небезпечних зближень об'єктів на геостаціонарних орбітах.

Особистий внесок здобувача. Дванадцять робіт виконані автором самостійно, три у співавторстві. В роботі [5] зі списку публікацій за темою дисертації автор брав участь у вимірюваннях та обговоренні отриманих результатів. У статті [6] автор брав участь у постановці задачі, визначенні орбіт та ототожненні об'єктів, аналізі одержаних результатів. В роботі [7] автору належать постановка задачі, результати визначення орбіт ГШСЗ, а також аналіз одержаних результатів.

Апробація результатів дисертації. Занесені до дисертації результати були представлені на Всесоюзній нараді “Алгоритмічне та програмне забезпечення теорій руху ШСЗ” (1990, Ленінград), міжнародному науковому семінарі з проблем астрометрії та геодинаміки (1990, Київ), VI Всесоюзній нараді “Наукові та прикладні дослідження, що базуються на оптичних спостереженнях високоорбітальних ШСЗ” (1990, Ужгород), IV робочій нараді COGEOS (1991, Піза), VII Всесоюзній нараді “Наукові та прикладні дослідження, що базуються на оптичних спостереженнях високоорбітальних ШСЗ” (1991, Свердловськ), міжнародній нараді “Сучасні методи фізичної геодезії, супутникової геодинаміки та астронавігації” (1992, Санкт-Петербург), семінарі кафедри небесної механіки Санкт-Петербурзького університету (1992, Санкт-Петербург), науковому семінарі з супутникової геодезії (1993, Боровець), міжнародній конференції “Динаміка та астрометрія природних та штучних небесних тіл” (1993, Познань), робочій нараді IERS та IGS (1994, Париж), міжнародній науковій конференції Journees-1994 “Просторово-часові системи відліку” (1994, Париж), VI робочій нараді COGEOS (1994, Волферданж), семінарі з супутникової геодезії (1995, Грибов), колоквіумі 165 МАС “Динаміка та астрометрія природних та штучних небесних тіл” (1996, Познань), конференції “Сучасні проблеми та методи астрометрії та геодинаміки” (1996, Санкт-Петербург), міжнародній науковій конференції Journees-1997 “Просторово-часові системи відліку” (1997, Прага), IV з'їзді Української Астрономічної Асоціації (1997, Київ), семінарі “Наземні автоматизовані системи управління автоматичними ШСЗ” (1998, Калінінград), міжнародній робочій нараді з геодезичних вимірювань за допомогою колокації космічних методів на Землі (1999, Токіо) та наукових семінарах ГАО НАН України.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані у 15 роботах: шести статтях у наукових журналах, одній статті у збірникові наукових праць, п'яти статтях у матеріалах конференцій та трьох тезах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків та списку літератури, що містить 96 найменувань на 11 сторінках. Загальний обсяг дисертації складає 160 сторінок, у тому числі 27 ілюстрацій та 30 таблиц.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність та визначено мету роботи, відмічено її наукову новизну, практичне значення одержаних результатів та особистий внесок здобувача.

Перший розділ містить інформацію про основні сили, що впливають на рух високоорбітальних ШСЗ, а також про величини прискорень супутників “Lageos-1”, “Lageos-2” та геостаціонарних ШСЗ під дією цих сил. Проводиться аналіз сучасного стану досліджень з моделювання та визначення орбіт високоорбітальних ШСЗ.

Показано актуальність визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ у зв'язку з постійно зростаючим числом об'єктів у геостаціонарній зоні. Оскільки сучасна похибка визначення сферичних координат ГШСЗ на основі результатів позиційних спостережень становить 0,41, що відповідає 70175 м на геостаціонарній орбіті, а також враховуючи віддаленість ГШСЗ від Землі в порівнянні з супутниками “Lageos-1” та “Lageos-2”, зроблено висновок про те, що при моделюванні й визначенні орбіт ГШСЗ може застосовуватися простіша теорія руху, ніж для супутників “Lageos-1” та “Lageos-2”. Проведено короткий огляд відомих авторові аналітичних теорій руху ГШСЗ. Перевагою аналітичних теорій руху ГШСЗ є те, що їхнє використання потребує значно меншого часу для обчислення орбіт на великих інтервалах часу. Однак чисельні теорії руху, засновані на методах чисельного інтегрування рівнянь руху, дозволяють визначати орбіти ГШСЗ за будь-яких значень нахилу та ексцентриситету орбіти. В дисертації використовуються чисельні алгоритми руху високоорбітальних ШСЗ.

У другому розділі описано системи відліку, що використовуються, а також наведено алгоритми обчислення прискорення ШСЗ під дією збурюючих сил. Для досягнення сантиметрового рівня точності при визначенні орбіт високоорбітальних ШСЗ “Lageos-1” та “Lageos-2” використовувалася модель діючих на ШСЗ прискорень, яка включає прискорення, спричинені гравітаційним тяжінням супутника Землею (з урахуванням гармонік геопотенціалу до 20-го степеня і порядку), Місяцем (прямий та непрямий ефекти фігури Землі), Сонцем, Венерою, Марсом, Юпітером та Сатурном, варіаціями гравітаційного поля Землі внаслідок припливів твердої землі та океанічних припливів, впливом прямого сонячного випромінювання, відбитого від поверхні Землі сонячного випромінювання, інфрачервоного випромінювання Землі, емпіричного прискорення супутників, а також прискорень, спричинених релятивістськими ефектами (релятивістське зміщення перигею орбіти супутника, геодезична прецесія та прецесія Лензе-Тіррінга) [4].

Рівняння руху ШСЗ записані в небесній системі відліку. Вони інтегруються програмою чисельного інтегрування VASOMI, яка реалізує метод Адамса змінного кроку та змінного порядку. З метою досягнення ефективного використання програми VASOMI проведено її тестування на орбітальних дугах до двох років для високоорбітальних ШСЗ “Lageos-1”, “Etalon-1” та геостаціонарних ШСЗ. Знайдено оптимальні значення параметрів програми VASOMI, що дозволяють досягти найбільшої точності інтегрування за найменших витрат часу.

Третій розділ присвячено особливостям алгоритмів моделювання та визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ на основі позиційних спостережень. Вони базуються на алгоритмах та програмах визначення орбіт геодинамічних ШСЗ “Lageos-1” та “Lageos-2” і мають такі особливості.

В розглянутому випадку спостережуваними величинами є сферичні координати, тому рівняння нев'язок виведене для топоцентричних прямого сходження та схилення ГШСЗ.

Близькість до нуля значень ексцентриситету та нахилу площини орбіти до площини земного екватора для ГШСЗ змусила відмовитися від використання кеплерівських елементів орбіти як початкових умов рівнянь руху, оскільки в цьому випадку невпевнено визначаються довгота висхідного вузла та аргумент перигею. За початкові умови обрано геоцентричні прямокутні координати та складові вектора швидкості супутника.

Проведено дослідження впливу основних збурюючих сил на рух ГШСЗ. Показано, що для обчислення положень ГШСЗ з точністю 0,5 на 30-добовій орбітальній дузі модель сил, що впливають на супутник, має включати геопотенціал з гармоніками до n=m=6, гравітаційне тяжіння супутника Місяцем та Сонцем, сонячний світловий тиск, а також активні сили для керованих ГШСЗ.

Розроблено та реалізовано алгоритм уточнення інтегрального коефіцієнту відбиття сонячного світлового тиску поверхнею супутника. Включення до числа параметрів, що уточнюються, дозволяє зменшити значення середніх квадратичних нев'язок за прямим сходженням та схиленням у 1,31,5 рази в порівнянні з випадком, коли світловий тиск не враховується і коефіцієнт відбиття не уточнюється.

Розроблено модель прискорення ГШСЗ під дією активних сил, що виникають внаслідок включення двигунів супутника в період корекції його орбіти з метою утримання в заданому інтервалі за довготою й широтою. Модель реалізується через завдання значень модулів і кутів вектора тяги кожного двигуна в орбітальній системі координат, а також моментів включення й виключення кожного двигуна. На прикладі ГШСЗ “Купон” (97070A) показано, що неврахування активних сил, що виникають від включення чотирьох двигунів малої тяги (величина тяги 0,004 кг) протягом 80 хв. двічі на добу на інтервалі 5 діб, призводить до похибок обчислення координат супутника, що сягають 33 по довготі й 44 по широті. Використання розробленої моделі прискорення супутника “Купон” внаслідок дії активних сил дозволяє визначати його орбіту з середніми квадратичними значеннями нев'язок за і , які не перевищують 1 на орбітальних дугах до 5 діб.

Програмне забезпечення дозволяє у пакетному режимі визначати і уточнювати за результатами позиційних спостережень орбіти великої кількості високоорбітальних ШСЗ з будь-якими значеннями нахилу та ексцентриситету орбіти, а також обраховувати ефемериди супутників у геоцентричній та топоцентричній системах координат на будь-якому інтервалі часу.

У четвертому розділі наведено результати визначення координат та швидкостей зміни координат станцій лазерної локації, а також параметрів обертання Землі з аналізу лазерних спостережень ШСЗ “Lageos-1” та “Lageos-2”, отриманих у 1983-1998 рр.

В результаті аналізу 939134 спостережень (нормальних точок) супутника “Lageos-1”, отриманих 108 станціями лазерної локації з 1 вересня 1983 р. по 13 грудня 1998 р., та 370861 спостереження (нормальних точок) супутника “Lageos-2”, виконаного 72 станціями з 24 жовтня 1992 р. по 15 грудня 1998 р., одержано нову реалізацію земної системи відліку та ряд параметрів обертання Землі. Реалізація земної системи відліку представлена прямокутними геоцентричними координатами 108 станцій на момент 1 січня 1997 р. та швидкостями 64 станцій, які знаходяться на 42 геодинамічних майданчиках. Середні квадратичні похибки координат становлять 0,1-2 см, швидкостей - 0,1-2 мм/рік для більшості станцій. Обчислено параметри перетворення координат від реалізацій Міжнародної земної системи відліку (ITRF97, ITRF96 та ITRF94) до отриманої автором реалізації SSC(GAOUA)99L01.

Ряд параметрів обертання Землі EOP(GAOUA)99L01 містить значення координат полюса та і різниць значень всесвітнього часу (UT1UTC) на інтервалі з 6 вересня 1983 р. по 13 грудня 1998 р. з кроком 3 доби. Середні квадратичні похибки координат полюса становили 0,18 мс дуги, всесвітнього часу 0,015 мс. Проведено порівняння значень ПОЗ ряду EOP(GAOUA)99L01 та об'єднаного ряду EOP(IERS)C04, обчисленого Центральним бюро Міжнародної служби обертання Землі. Середні абсолютні значення різниць склали 0,51 мс дуги для - координати, 0,54 мс дуги -координати полюса, 0,059 мс для UT1 на всьому 15-літньому інтервалі часу.

Реалізації земної системи відліку та ряди параметрів обертання Землі щорічно з 1996 р. по 1999 р. передавалися до Центрального бюро МСОЗ для використання при створенні об'єднаних розв'язків.

П'ятий розділ містить результати аналізу різних рядів фотографічних та ПЗЗ-спостережень з використанням розробленого програмного забезпечення для визначення орбіт ГШСЗ.

Обчислено оскулюючі кеплерівські елементи орбіти 32 геостаціонарних об'єктів на основі аналізу 746 фотографічних спостережень, отриманих в ГАО НАН України 1996 р. за допомогою подвійного ширококутного астрографа.

Визначено оскулюючі кеплерівські елементи орбіти 94 геостаціонарних об'єктів на основі аналізу 1220 фотографічних спостережень, виконаних у Лабораторії космічних досліджень Ужгородського держуніверситету 1996 р. за допомогою камери СБГ.

Середні значення середніх квадратичних значень нев'язок за і становили біля 0,6 для київських та 1,5 для ужгородських спостережень на 16 добових орбітальних дугах, котрі не містили корекцій орбіти.

Встановлено факти численних корекцій орбіти для керованих ГШСЗ.

На основі орбітального аналізу 362 ПЗЗ-спостережень ШСЗ “Купон”, виконаних співробітниками МЦ АМЕД за допомогою двометрового телескопа на піку Терскол з 12 листопада 1997 р. по 3 травня 1998 р., обчислено елементи його орбіти на етапі виведення на геостаціонарну орбіту, переведення супутника в точку стояння на довготі 55, етапі утримання в точці стояння, а також у пасивному польоті після відмови бортових систем супутника. Середні квадратичні похибки визначення координат ШСЗ “Купон” складають 50200 м на більшості орбітальних дуг.

При визначенні орбіти ШСЗ “Купон” на етапі його утримання в точці стояння використовувалася розроблена автором модель прискорення ШСЗ під дією активних сил, яка дозволила обчислювати орбіту супутника з середніми квадратичними значеннями нев'язок за прямим сходженням та схиленням, що не перевищують 12 на дугах до 5 діб.

На основі визначення орбіт ГШСЗ “Купон” та супутника “Арабсат 1С” (92010B), переведеного 18 січня 1998 р. в околицю точки стояння супутника “Купон”, досліджено їхній взаємний рух та встановлено п'ять тісних зближень супутників на відстань менше 5 км. Вони мали місце 3 лютого 1998 р. о 16 год. 13 хв. всесвітнього координованого часу (UTC) на відстані 4,2 км, 3 березня 1998 р. о 15 год. 12 хв. на відстані 1,3 км, 4 березня 1998 р. о 15 год. 10 хв. на відстані 2,3 км, 5 березня 1998 р. о 15 год. 00 хв. на відстані 3,1 км та 6 березня 1998 р. о 14 год. 50 хв. на відстані 4,2 км. Похибки передобчислення мінімальної відстані становлять 0,31 км.

Використання ПЗЗ-спостережень супутників “Купон” та “Арабсат 1С” уможливило оперативне визначення їхніх орбіт не пізніше 12 годин після моменту останнього спостереження. Оперативність спостережень та визначення орбіт дозволили передобчислити декілька зближень обох геостаціонарних супутників на відстань менше 5 км і завчасно поінформувати про це ЦУП ШСЗ “Купон”.

У висновках наведено основні результати дисертаційної роботи, які зводяться до наступного.

1. Проведено вдосконалення алгоритмів та програм аналізу лазерних спостережень ШСЗ для визначення параметрів обертання Землі та реалізації земної системи відліку.

2. З аналізу лазерних спостережень ШСЗ “Lageos-1” та “Lageos-2”, отриманих світовою мережею станцій у 1983-1998 рр., були визначені параметри обертання Землі (координати полюса та всесвітній час) на інтервалі з 6 вересня 1983 року по 13 грудня 1998 року з кроком 3 доби. Середні квадратичні похибки координат полюса становлять 0,18 мс дуги, всесвітнього часу 0,015 мс.

3. Отримано нову реалізацію земної системи відліку, що представлена прямокутними геоцентричними координатами 108 станцій лазерної локації на момент 1 січня 1997 р. та швидкостями зміни координат 64 станцій. Середні квадратичні похибки координат становлять 0,1-2 см, швидкостей 0,1-2 мм/рік для більшості станцій.

4. Розроблено алгоритми та програми визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ на основі результатів фотографічних та ПЗЗ-спостережень, що дозволяють визначати орбіти ГШСЗ із середніми квадратичними значеннями нев'язок за прямим схожденням та схиленням на рівні 0,5-1.

5. З використанням алгоритмів та програм визначення орбіт геостаціонарних ШСЗ було виконано орбітальний аналіз результатів фотографічних спостережень ГШСЗ, отриманих у Києві та Ужгороді 1996 р., та ПЗЗ-спостережень ГШСЗ, виконаних на піку Терскол у 1997-1998 рр.

Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації

Руденко С.П. Топоцентрическая угловая скорость движения ИСЗ // Вестник ЛГУ. 1988. Сер.1, вып.2 (№8). С.119121.

Руденко С.П. Определение топоцентрической угловой скорости небесного тела с вращающейся планеты // Вестник ЛГУ. 1989. Сер.1, вып.3 (№15). С.106107.

Руденко С.П. О точности элементов орбит, используемых при вычислении эфемерид для фотографических наблюдений геостационарных ИСЗ // Кинематика и физика небесных тел. 1993. Т.9, №6. С. 9193.

Rudenko S. Investigating the effectiveness of VASOMI numerical integration code in satellite dynamics at long orbital arcs // Artificial Satellites, Planetary Geodesy No.25. 1995. Vol.30, No.23. P. 145152.

Samoilenko A., Rudenko S., Schillak S. Local geodetic tie of the Borowiec-1 SLR station to GPS markers // Artificial Satellites. 1997. Vol.32, No.3. P. 175184.

Kizyun L.M., Kirichenko A.G., Rudenko S.P., Demchyk M.I., Klimik V.U., Kudak K.A., Matso G.M., Starodubtseva O.E. Catalogue GOCKU96 of positions and orbital elements of geosynchronous space objects observed in 1996 // Космічна наука і технологія. 1998. Т.4, No.1. С. 2.

Rudenko S.P., Ivashchenko Yu.N., Epishev V.P., Motrunich I.I. Some results of the analysis of the geosynchronous satellite observations // Proceedings of the Conference “Dynamics and Astrometry of Natural and Artificial Celestial Bodies”. Poznan, Poland, September 1317, 1993. P. 151156.

Rudenko S. Software for the analysis of photographic observations of geosynchronous satellites // Proceedings of the Workshop “Accurate orbit determination and observations of high Earth satellites for Geodynamics”, October 1719, 1994, Walferdange, Luxembourg, edited by A. Alipe and P. Paquet. 1995. P. 6370.

Rudenko S.P. Earth rotation parameters and terrestrial reference frame derived from Lageos-1 and Lageos-2 19831995 SLR data analysis // Труды конференции “Современные проблемы и методы астрометрии и геодинамики”, 2327 сентября 1996 г. Санкт-Петербург. 1996. C. 259265.

Rudenko S.P. Geosynchronous satellite orbit determination // In: I.M.Wytrzyszczak, J.H.Lieske and R.A.Feldman “Dynamics and Astrometry of Natural and Artificial Celestial Bodies”. Kluwer Academic Publishers. 1997. P. 351354.

Rudenko S. Terrestrial reference frame realization from the analysis of the 13-year Lageos-1 and Lageos-2 SLR world network data // Journees 1997 “Systemes de reference spatio-temporels”, Praha, 1997. P. 109.

Rudenko S. Terrestrial reference frame realization from the analysis of 15-year Lageos-1 & Lageos-2 SLR world network data // Proceedings of the International workshop on geodetic measurements by the collocation of space techniques on Earth (GEMSTONE), January 2528, 1999, CRL, Tokyo, Japan. 1999. P. 201207.

Руденко C.П. Построение численной теории движения геостационарных спутников // Всесоюзное совещание “Алгоритмическое и программное обеспечение теорий движения ИСЗ”. Программа и тезисы докладов. Ленинград. 1990. C. 56.

Rudenko S. Use of high precision Satellite Laser Ranging Data in Space Geodynamics // Joint European and National Astronomical Meeting JENAM-97. Thessaloniki, Greece, 25 July 1997, Abstracts. 1997. P. 22.

Rudenko S.P. Determination of the Earth rotation parameters, coordinates of stations and velocities from the analysis of Lageos-1 and Lageos-2 SLR world network data obtained in 19831996 // Информационный Бюллетень Украинской Астрономической Ассоциации, Киев. 1998. №12. С. 5556.

Размещено на Allbest.ru