Предварительные результаты наблюдений ГСС на 1-м телескопе с ПЗС-матрицей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Предварительные результаты наблюдений ГСС на 1-м телескопе с ПЗС-матрицей

А.В. Диденко

Б.И. Демченко

А.А. Комаров

М.В. Нифонтова

Л.А. Усольцева

ДТОО «Астрофизический институт им. В.Г. Фесенкова», АО НЦ КИТ

г. Алматы

Представлены предварительные результаты исследований, связанных с разработкой методики наземных наблюдений и программного комплекса для получения и обработки координатной и фотометрической информации о малоразмерных фрагментах космического мусора, находящихся на геостационарных орбитах. В качестве основы исследований использованы имеющиеся наработки, в том числе и разработанный ранее комплекс программ информационной базы данных по ГСС и идентификации космических объектов. Для оценки возможностей системы ПЗС-матрица - телескоп проведены наблюдения звездных полей и ряда ГСС на 1-м телескопе Тяньшанской обсерватории с ПЗС-матрицей ALTA U10. Результаты показывают, что разрабатываемая методика наблюдений малоразмерных ГСС и их обработки может быть использована для получения координатной информации.

Ключевые слова: космический мусор, геостационарная орбита, информационная база данных, ПЗС-матрица.

ПЗС-матрицы используются наземными службами наблюдений для поиска и сопровождения малоразмерных объектов на высоких орбитах уже в течение многих лет. Тем не менее, проблемы модернизации применяемой аппаратуры, совершенствования методик наблюдения и обработки получаемой информации нельзя считать решенными. Как правило, для каждого конкретного пункта наблюдений (ПН) подбирается (разрабатывается или дорабатывается) своя методика. Дело в том, что в выполнении таких работ участвуют не специализированные, а обычные оптические инструменты, имеющиеся в ПН. В зависимости от финансовых возможностей обсерваторий они дооснащаются светоприемниками, необходимым вспомогательным оборудованием и соответствующим программным обеспечением. При этом приходится решать ряд новых задач, связанных с автоматической обработкой ПЗС-кадров; поиском и построением наиболее оптимальных стратегий наблюдения для разных классов орбит в зависимости от типа используемого телескопа; автоматической сортировкой и идентификацией полученных координатных измерений по каждому из наблюдавшихся объектов. Следует подчеркнуть, что стоимость ПЗС-матриц, которые могут быть использованы для получения координатной и фотометрической информации о фрагментах космического мусора (КМ), очень высока.

Работы в этом направлении активно развиваются многими международными организациями и кооперациями, и РК не является исключением. Регулярное сопровождение работающих аппаратов и крупных фрагментов КМ на геостационарных орбитах (ГСО) проводится в Астрофизическом институте им. В.Г. Фесенкова с начала 1980-х годов. Наземными пунктами наблюдений РК контролируется геостационарная зона в диапазоне долгот подспутниковых точек от 10о до 140о в.д. Существующая база данных (БД) и Зональный каталог геостационарных объектов по состоянию на начало 2013 года включают координатную информацию для 1063 ГСС не слабее 15m,5 в том числе - для 270 из них - фотометрическую.

В их составе только 266 корректируемых (работающих аппаратов), все остальные - отработавшие свой срок (пассивные) спутники и крупные фрагменты космического мусора.

В качестве базового пункта наблюдений ГСС в Астрофизическом институте им. В.Г. Фесенкова использовался 70-см телескоп АЗТ-8, расположенный в районе Каменского плато. Но в последние годы условия наблюдений здесь существенно ухудшились из-за городской подсветки. Поэтому было принято решение о переносе наблюдений ГСС на 1-м телескоп Цейсса Тянь-шаньской обсерватории и переходе на ПЗС-матрицу для того, чтобы обеспечить получение информации о малоразмерных фрагментах КМ.

В связи с этим необходимо было разработать (или адаптировать имеющиеся) методику проведения наблюдений и программное обеспечение. За основу этих исследований принят многолетний опыт наблюдений ГСС и программный комплекс, предназначенный для их обработки и получения информации о пространственно-временной ориентации, стабилизации и идентификации КА, [1,2]. Адаптация программного обеспечения к наблюдениям с ПЗС-матрицей предусматривала включение в основной комплекс автономных программ, учитывающих специфику наблюдаемых объектов и используемого приемника, комплекс программ проверки оборудования.

Основная проблема, возникающая при работе с ПЗС-матрицей, - небольшое поле зрения установки, в которое попадает мало опорных звезд. В системе 1-м телескоп Цейсса - ALTA U-10 оно составляет всего 7?,4 х 7?,4. Поэтому при проведении наблюдений логично использовать метод «прямых» отсчетов», а в качестве опорного астрометрического каталога - упакованный вариант TYCHO-2. При этом в обработку наблюдений включаются все звезды, наблюдаемые в течение ночи, а не только те, которые расположены в непосредственной близости от ГСС. Это позволяет свести до минимума время, необходимое для наблюдения опорных звезд по трассе движения объекта, и проводить поисковые работы. Данный метод апробирован при работе ПН в г. Приозерске.

Основные требования, предъявляемые к методике наблюдений, сводятся к периодическому учету геометрических искажений оптической системы канала регистрации изображения, корректному определению центра тяжести изображения звезд и объекта, использованию внутренне согласованного астрометрического каталога опорных звезд. Для учета геометрических искажений канала регистрации астрометрической информации предлагается использовать калибровочную тест - решетку, установленную на входе в систему.

В основной комплекс программ получения и обработки астрометрической информации с использованием метода «прямых» отсчетов и ПЗС-матрицы включены: управляющая программа, прием и предварительная обработка ПЗС-кадра, обработка калибровочной (дисторсионной) решетки, астрометрическая обработка, формирование файла результатов астрометрической обработки. Кроме этого есть автономные программы, обеспечивающие работу основного комплекса, в том числе привязку получаемой информации к сигналам точного времени, комплекс программ проверки оборудования.

Во второй половине 2012 г. было проведено несколько сеансов пробных наблюдений звездных полей и ГСС для оценки возможностей системы ПЗС-матрица - телескоп и работоспособности программного обеспечения. При регистрации точного времени использовалась синхронизация системных часов ПК с NTP-серверами, передающими информацию о точном времени по протоколу NTP. При этом учитывалась задержка по времени, связанная с прохождением сигналов по сети INTERNET. Работу телескопа обеспечивали Н.В. Личкановский и И.В. Рудаков под руководством М. Кругова.

В качестве примера на рисунках 1 и 2 показаны изображения звездного поля и ГСС Казсат-2, полученные в августе 2012г.

Рис.1. Снимок звездного поля вблизи планетарной туманности М 5, получен 25.08.2012 в кассегреновском фокусе 1-м телескопа Цейсс Тянь-шаньской обсерватории, ПЗС-камера ALTA U10, поле зрения 7?,4 х 7?,4, экспозиция 240 секунд. Стрелкой отмечена звезда 19,m7

наземный наблюдение космический мусор

Рис. 2. Снимки ГСС Kazsat-2, полученные в Кассегреновском фокусе 1-м телескопа Тянь-шаньской обсерватории с ПЗС-камерой ALTA U10: слева - с остановленным часовым ведением, справа - с часовым ведением, экспозиция 10 сек.

Список наблюдавшихся геостационарных спутников приведен в таблице, там же указаны их международные номера, даты наблюдений, количество полученных кадров, звездные величины объектов. В последнем столбце - результаты оценки «внешней» точности (величина среднеквадратической ошибки ?). Для этих оценок мы использовали результаты наблюдений тех же самых ГСС на ПН КОС «Сажень» полигона Сары-Шаган (РК) и Уссурийске (РФ).

Список наблюдавшихся геостационарных спутников

Как видим, величины ? достаточно велики, хотя они и соответствуют стандартам, принятым при построении орбит с нескольких пунктов наблюдений.

Из 450 кадров, полученных в течение двух наблюдательных ночей, только в одном кадре оказалось три каталожных звезды, в восьми - две, во всех остальных - одна или ни одной. В среднем в поле зрения 7?,4 х 7?,4 попадает 0,8 звезды из каталога TYCHO-2, откуда следует, что применение метода «прямых» отсчетов с использованием всех звезд, наблюдаемых в течение ночи, - это насущная необходимость.

Результаты проведенных наблюдений показали, что основная погрешность связана с приемом сигналов точного времени и его привязкой ко всемирному времени. Необходима доработка самой системы приема сигналов точного времени и ряда вспомогательных программ, связанных этим процессом. В целом разрабатываемая методика наблюдений малоразмерных ГСС и их обработки, безусловно, может быть использована для получения координатной информации.

Очевидно, что для того, что бы иметь представление о реальной ситуации с засорённостью в области ГСО, следует привлекать все имеющиеся наземные средства слежения за работающими аппаратами и фрагментами КМ. Подключение 1-м телескопа Тянь-шаньской обсерватории это вклад РК в решение проблем околоземной астрономии. Телескопы небольшого размера широко используются сейчас наземными ПН во всем мире. Разрабатываемая методика наблюдений и обработки получаемой информации может быть адаптирована на любом из них. Это позволит существенно расширить и дополнить имеющиеся БД, создать основу для формирования архива слабых ГСС, необходимого для изучения их физических свойств и вероятных источников образования. Получаемая информация может быть использована как отечественными и зарубежными центрами обработки информации для выполнения совместных международных научных программ, при анализе аварийных ситуаций на околоземных орбитах, моделировании обстановки в околоземном космическом пространстве, разработке механизмов контроля за его мирным использованием.

Работа выполнена в рамках бюджетной программы 002 «Прикладные научные исследования в области космической деятельности».

Литература

1. Диденко А. В., Демченко Б.И., Усольцева Л.А. Автоматизированный комплекс обработки и анализа координатной и фотометрической информации о ГСС. // Доклады II Международной научной конференции «Наблюдение околоземных космических объектов», Звенигород, 24-28января 2008г.

2. Диденко А.В., Демченко Б.И., Нифонтов С.Г., Нифонтова М.В., Усольцева Л.А. Программный комплекс обработки и анализа координатной и фотометрической информации о ГСС, используемый в АФИФ РК. //V Международная научная конференция «Наблюдения околоземных космических объектов», 10 -12 ноября 2011, Звенигород, РФ.

Размещено на Allbest.ru