Идентификация геостационарных спутников DSP по их орбитальным и фотометрическим характеристикам

Размещено на http://www.allbest.ru/

г. Алматы, Астрофизический институт им. В.Г. Фесенкова

Идентификация геостационарных спутников DSP по их орбитальным и фотометрическим характеристикам

А.В. Диденко

Геостационарная орбита имеет особый статус среди всех околоземных орбит. Это круговая орбита, лежащая в плоскости земного экватора на расстоянии 42165 км от центра Земли (6.6 земных радиуса), или 35777 км над ее поверхностью. Спутник, выведенный на нее, имеет период обращения вокруг Земли, равный собственному периоду вращения Земли вокруг своей оси, т. е. одни звездные сутки. В идеальных условиях, при отсутствии различного рода возмущений, такой спутник будет постоянно находиться над одной и той же точкой экватора. С точки зрения земного наблюдателя геостационарный спутник (ГСС) как бы жестко связан с земной поверхностью, а для гипотетического наблюдателя, находящегося на самом спутнике, Земля постоянно повернута к нему одной и той же стороной и имеет вид диска диаметром около 20.

Несмотря на большую привлекательность геостационарной орбиты для использования в практических целях, значительная удаленность и связанные с этим технические трудности длительное время предохраняли ее от антропогенного воздействия. Первый геостационарный спутник связи Syncom-1 (USA) был выведен на орбиту в феврале 1963 г. К настоящему времени в окрестностях геостационарной орбиты находятся примерно 1200 искусственных космических объектов размером более 1 м, из них только около трети функционируют, остальные перешли в разряд космического мусора. Количество объектов с размерами менее 1 м неизвестно, по некоторым оценкам оно составляет несколько десятков тысяч.

80% всех запусков производятся США и Россией, контроль за движением аппаратов и состоянием геостационарной зоны проводятся в основном соответствующими ведомствами этих государств. При сравнении таблиц запусков спутников [1] и сведений, предоставляемых NASA [2], выясняется, что для ряда спутников США информация об их орбитах отсутствует. Всего таких, не- каталогизированных, объектов, которые могут наблюдаться оптическими средствами, около 100, из них 55 обнаружены, сопровождаются и включены в Зональный каталог геостационарных спутников Астрофизического института им. В.Г. Фесенкова [3]. Анализ показывает, что, как правило, эти «неизвестные» объекты отождествляются со спутниками IMEWS, DSP, DSCS и Magnum, а также с ракетами - носителями Transtage и Centaur.

Трудность отождествления таких ГСС состоит в недостаточной информативности имеющихся официальных сведений [1,2]. Однако данные, относящиеся к моменту запуска, наклону орбиты к плоскости экватора и его эволюции можно получать на основе реальных координатных и фотометрических наблюдений [4]. Алгоритм оперативного отождествления типа космического аппарата (КА) по комплексной информации, опирающейся на результаты наблюдений, а не на излишне упрощенные или неоправданно усложненные модельные кривые блеска изложен в работах [4, 5].

Наша фотометрическая информация представляет собой непрерывные ряды измерений в трех спектральных участках. Используется автоматизированный фотометр, работающий на 1-м телескопе в режиме счета фотонов. В большинстве случаев время накопления для отдельного измерения составляет 0.5 сек. и может варьироваться в пределах от 2 до 0.0025 сек., точность измерений блеска не хуже 0.03 зв. величины. Во время наблюдений проводятся также измерения яркости фона с автоматическим вычитанием фонового сигнала из основного и калибровка блеска объекта с использованием внеатмосферных фотометрических стандартов [6]. Каждая полученная кривая блеска содержит от 1.2 до 5 тысяч измерений. Для точной привязки фотометрических наблюдений к точкам на траектории одновременно проводятся и координатные измерения. Наблюдения ведутся при различных фазовых углах и ракурсах спутника по отношению к наблюдателю, продолжительность наблюдений при этом может достигать 10 мин.

Здесь мы приводим результаты отождествления нескольких аппаратов, относящихся, по нашему мнению, к спутникам типа DSP. С 1992 года на долготах 70 и 103 град. в.д. были зарегистрированы шесть КА, информация о них в [2] отсутствовала. С этого времени аппараты регулярно сопровождались нашим пунктом наблюдений и по ним накоплен большой объем координатной и фотометрической информации. Эта информация позволяет определить параметры орбит и проследить их эволюцию, установить ориентировочное время запуска каждого объекта. Полученные сведения свидетельствуют о том, что ГСС относятся к одному типу, после нескольких лет работы старые аппараты заменялись на новые, старые уводились из зоны нашей видимости или меняли точку стояния.

В качестве примера на рис.1 и 2 приведены типичные кривые блеска для двух из шести ГСС, находящихся в разных точках стояния. Видно, что характер поведения обеих кривых одинаков, т. е. объекты относятся к одному и тому же типу. Спектр мощности высокочастотной составляющей для всех шести объектов содержит четко выделяющиеся пики с частотой, близкой к 10 и 2.5 секундам. Кроме того, при анализе длительных по времени рядов данных для каждого объекта выявлены периоды колебания блеска, интерпретированные нами как периоды прецессии оси вращения КА.

Рис. 1. Фрагмент кривой блеска объекта 36 (Unknown 6). Долгота 103 град. в.д., наблюдения 08.09.99, ш = 13?, фильтр R

Рис. 2. Фрагмент кривой блеска объекта 92 (Unknown 11). Долгота 70 град. в.д., наблюдения 15.09.99, ш = 12?, фильтр R

Проведя процедуру фильтрации и свертки всей кривой по величине основного периода пульсаций [7-9], можно сделать следующий вывод. Форма вспышек, характер изменения цветовых показателей, наличие внутри одного периода четырех равноотстоящих друг от друга пиков свидетельствуют о наличии четырех панелей солнечных батарей, расположенных симметрично по отношению к центральному телу. Площадь каждой из панелей S можно определить известными методами, например, по [8]. Если использовать стандартный коэффициент отражения, то S = 3.0 ± 0.3 кв. метрам.

У каждого из шести КА один раз в течение ночи наблюдались мощные, непродолжительные вспышки с периодом, соответствующим периоду вращения КА (рис. 3). Если учитывать эти вспышки при расчете площади эффективно отражающей поверхности со стандартным коэффициентом отражения, то это приводит к нереально завышенным значениям. При использовании коэффициента отражения, соответствующего зеркальным поверхностям [8], удалось получить разумные значения для площади элемента, ответственного за эти вспышки (? 1 кв. м).

Рис. 3. Фрагмент кривой блеска объекта 92 (Unknown 11). Долгота 70 гр.в.д. Наблюдения 15.09.02 г., ш=15?, фильтр R

Используя методику построения геометрического образа КА [9] по его зеркальному и диффузному отражению, удалось получить образ, соответствующий КА типа DSP [10], (рис. 4). Спутники данной серии являются частью системы NORAD (система тактического предупреждения и отражения нападения), действующей с 1970 годов.

Рис. 4. Схематический вид геостационарного спутника типа DSP [10]

Результаты идентификации приведены в Таблице, международный номер соответствует списку [2].

Таблица 1

В заключение автор хотел бы выразить признательность сотрудникам Лаборатории наблюдений ИСЗ Астрофизического института за предоставленную возможность использовать результаты совместных наблюдений.

Литература

космический аппарат орбита

1. Mike Mc Cant. http://www.fc.net/~mikem.

2. Jonathan Mc Dowell. http://www.harvard.edu/~jcm/space/jsr/jsr.html.

3. Диденко А.В., Демченко Б.И., Усольцева Л.А. и др. Зональный каталог геостационарных спутников. (Вып. 2), Алматы, Гылым, 2000, 108 c.

4. A.V. Didenko, L.A. Usoltzeva. Mеthods of geostationary satellites' identification by the photometric information // Transaction of the Kazakh - American University, № 2, 2001, P.P. 83-91.

5. A.V. Didenko, B.I. Demchenko, L.A. Usoltseva. Zone Catalogue and Principles of Identification of Geostationary Satellites. Fifth US / Russian Space Survaillance Workshop. September 24-27, 2003, P.P. 316-324.

6. Диденко А.В., Усольцева Л.А. Обработка электрофотометрических наблюдений геостационарных ИСЗ // Труды АФИ АН КазССР, т. 48, 1987, С. 112-116.

7. W.R. Rambauske, R.I. Gruenzel. Distribution of diffuse optical reflection around some stereometric surfaces // Journal of the Optical Soc. of America, V. 55, № 3, 1965, P.P. 315-318.

8. Епишев В.П. Определение ориентации ИНТ в пространстве по их зеркальному отражению // Астрономия и астрофизика. № 50, 1983, С. 89-94.

9. Диденко А.В. Исследование фотометрических характеристик геостационарных ИСЗ методами электрофотометрии. Автореферат диссертации. Одесса, 1992. с. 15.

10. Encyclopedia Astronautica. http://www. astronautix.com.

Размещено на Allbest.ru