[go: up one dir, main page]

RU2660090C1 - Method of the celestial sphere space surveillance system for approaching from the sun celestial bodies detection and threatening collision with the earth - Google Patents

Method of the celestial sphere space surveillance system for approaching from the sun celestial bodies detection and threatening collision with the earth Download PDF

Info

Publication number
RU2660090C1
RU2660090C1 RU2017135613A RU2017135613A RU2660090C1 RU 2660090 C1 RU2660090 C1 RU 2660090C1 RU 2017135613 A RU2017135613 A RU 2017135613A RU 2017135613 A RU2017135613 A RU 2017135613A RU 2660090 C1 RU2660090 C1 RU 2660090C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
earth
telescope
celestial body
celestial
Prior art date
Application number
RU2017135613A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Алексеевич Емельянов
Константин Сергеевич Ёлкин
Сергей Степанович Логинов
Валерий Владимирович Маслов
Юрий Константинович Меркушев
Юлия Сергеевна Бодрова
Роман Петрович Рамалданов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС"
Priority to RU2017135613A priority Critical patent/RU2660090C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2660090C1 publication Critical patent/RU2660090C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G3/00Observing or tracking cosmonautic vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention relates to the satellite systems for the Solar system celestial bodies detection, observation and monitoring, threatening collision with the Earth. Method comprises placing two spacecrafts with telescopes T1 (SC T1) and T2 (SC T2) on the Earth's orbit (2) around the Sun (1). Both SC are rotated at a constant angular velocity around their longitudinal axes, for example, around the line connecting T1 and T2. Telescopes fields of view describe conical surfaces. With the celestial body (3) detection in the telescope field of view (for example, SC T2), the of the two spacecrafts rotation is terminated, transferring the SC T2 into the tracking mode, and the radiation receivers is into the signal recording mode, constantly directing the T2 telescope field of view on the body (3). Orienting the second SC T1 telescope T1 field of view to the first SC T2 and deploying in the plane T1-(3)-T2 until the body (3) appearance in the telescope T1 field of view. Tracking the celestial body (3) by both telescopes, performing measurements to determine its orbit parameters.
EFFECT: reduction in the SC formation and increase in the system operation speed.
4 cl, 3 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании систем обзора околоземного пространства космическими средствами для обнаружения, наблюдения и мониторинга небесных тел Солнечной системы, в том числе астероидов и комет, приближающихся со стороны Солнца и угрожающих столкновением с Землей.The invention relates to space technology and can be used to create near-Earth space observation systems with space-based devices for detecting, observing, and monitoring the celestial bodies of the solar system, including asteroids and comets approaching from the side of the sun and threatening a collision with the Earth.

Создание космических средств наблюдения и мониторинга для решения задачи астероидно-кометной безопасности исключительно за счет космических средств, осуществляющих обзор всей небесной сферы, нецелесообразно, поскольку стоимость создания космических телескопов на два порядка выше стоимости наземных [1]. Более рациональным путем является создание космических систем, дополняющих систему наземных телескопов в той части, где с земной поверхности недоступно наблюдение приближающихся к Земле опасных небесных тел. В связи с этим актуальна задача создания эффективных, наименее затратных и быстродействующих космических систем предупреждения. Применение современных систем передачи информации и ее обработки не всегда могут обеспечить требуемое быстродействие и эффективность космической системы. Наиболее эффективным методом повышения быстродействия космической системы предупреждения об астероидно-кометной опасности является уменьшение потока первичной информации, подлежащей обработке. В данном случае это возможно за счет ограничения областей обзора небесной сферы космическими средствами только тех, которые недоступны для наблюдения наземными средствами. Это, в первую очередь, области обзора возможного подлета астероидов и комет со стороны Солнца.The creation of space-based observation and monitoring tools to solve the problem of asteroid-comet safety solely at the expense of space-based devices that review the entire celestial sphere is inexpedient, since the cost of creating space telescopes is two orders of magnitude higher than the cost of ground-based ones [1]. A more rational way is to create space systems that complement the terrestrial telescope system in that part where the observation of dangerous celestial bodies approaching the Earth is not possible from the earth's surface. In this regard, the urgent task of creating effective, least costly and high-speed space warning systems. The use of modern information transmission systems and its processing can not always provide the required speed and efficiency of the space system. The most effective way to increase the speed of the space warning system for asteroid-comet hazard is to reduce the flow of primary information to be processed. In this case, this is possible due to the restriction of the field of view of the celestial sphere by space means only to those that are not available for observation by ground-based means. This is, first of all, the field of view of the possible approach of asteroids and comets from the side of the Sun.

Известно изобретение - аналог «Способ картографирования небесной сферы и космический аппарат для его осуществления», патент РФ №2014252 МПК5 B64G 1/00, при реализации которого осуществляют просмотр кольцевых полос небесной сферы в видимом диапазоне спектра с помощью двух наблюдательных труб, расположенных под некоторым углом друг к другу. При ориентации одной наблюдательной трубы на известную опорную звезду вращают космический аппарат относительно этого направления до попадания в поле зрения второй наблюдательной трубы объекта, положение которого необходимо внести в каталог. Способ обеспечивает измерение угловых расстояний между двумя неподвижными светящимися объектами на небесной сфере. Количество опорных звезд и их координаты выбирают заранее, до запуска космического аппарата.The invention is known - an analogue of “A method for mapping the celestial sphere and a spacecraft for its implementation”, RF patent No. 2014252 IPC5 B64G 1/00, which implements viewing the annular bands of the celestial sphere in the visible range of the spectrum using two observation tubes located at some angle to each other. When one observation tube is oriented towards a known reference star, the spacecraft is rotated relative to this direction until the second observation tube of the object falls into the field of view, the position of which must be entered into the catalog. The method provides a measurement of the angular distances between two stationary luminous objects in the celestial sphere. The number of reference stars and their coordinates are selected in advance, before the launch of the spacecraft.

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает обнаружение и измерение параметров орбит, движущихся к Земле небесных тел, так как нет возможности заблаговременно определить опорные ориентиры, на которые необходимо направить наблюдательную трубу при обзоре небесной сферы для обнаружения и сопровождения небесных тел, движущихся к Земле по неизвестным заранее траекториям.The disadvantage of this method is that it does not provide the detection and measurement of the parameters of the orbits moving to the Earth of celestial bodies, since there is no way to determine in advance reference points to which the observation tube must be directed when viewing the celestial sphere to detect and track celestial bodies moving to Earth along unknown paths in advance.

Известен способ - аналог «Способ мониторинга астероидно-кометной опасности», патент РФ №2573509, B64G 4/00 (МКП 2006.01), 2014 г., при реализации которого космические аппараты, размещают в точках Лагранжа L1, L2 и L4 или L5 системы Солнце - Земля.There is a known method - an analogue of “Asteroid-Comet Hazard Monitoring Method”, RF patent No. 2573509, B64G 4/00 (MKP 2006.01), 2014, in the implementation of which spacecraft are placed at the Lagrange points L1, L2 and L4 or L5 of the Sun system - Earth.

Недостатком этого способа является значительная удаленность космического аппарата, находящихся в точках Лагранжа L4 или L5 от Земли (150 млн. км), что создает существенные трудности информационного обмена в реальном времени с наземными пунктами приема и обработки оперативной информации об астероидно-кометной опасности, в особенности при малом времени заблаговременного обнаружения ранее неизвестных малых небесных тел, приближающихся со стороны Солнца. Размеры таких тел, представляющих реальную опасность для биосферы Земли, могут быть 50 м и менее, а время их подлета к Земле может быть не более 1 суток, поэтому задача своевременного обнаружения и предупреждения о приближении таких тел остается весьма сложной.The disadvantage of this method is the significant remoteness of the spacecraft located at the Lagrange points L4 or L5 from the Earth (150 million km), which creates significant difficulties in real-time information exchange with ground-based points for receiving and processing operational information about asteroid-comet hazard, in particular with a short time for the early detection of previously unknown small celestial bodies approaching from the side of the Sun. The dimensions of such bodies, which constitute a real danger to the Earth’s biosphere, can be 50 m or less, and the time of their approach to the Earth can be no more than 1 day, so the task of timely detection and warning of the approach of such bodies remains very difficult.

Недостатком этого способа является также то, что в окрестностях точек L4 и L5 находятся остатки газопылевого облака эпохи формирования планет Солнечной системы, что может создавать реальные помехи и формировать ложные цели при обзоре небесной сферы при решении задачи обнаружения небесных тел небольших размеров приближающихся к Земле со стороны Солнца (http://fiz.1september.ru/view_article.php?ID=201000910). В 2010 году в четвертой точке Лагранжа обнаружен достаточно крупный астероид. В пятой точке Лагранжа на данный момент крупных космических объектов не обнаружено, однако последние исследования подтверждают, что там находится большое скопление межпланетной пыли.The disadvantage of this method is that in the vicinity of points L4 and L5 there are the remains of a gas-dust cloud of the era of formation of the planets of the Solar system, which can create real interference and form false targets when viewing the celestial sphere when solving the problem of detecting small celestial bodies approaching the Earth from the side The Sun (http://fiz.1september.ru/view_article.php?ID=201000910). In 2010, a sufficiently large asteroid was discovered at the fourth point of Lagrange. No large space objects have been found at the fifth point of Lagrange at the moment, but recent studies confirm that there is a large accumulation of interplanetary dust.

Известна «Международная аэрокосмическая система глобального мониторинга (МАКСМ)» - прототип. Патенте №2465729 B64G 99/00 (МКП 2009.01), 2010 г. Космический сегмент системы реализуется таким образом, что два космических аппарата с инфракрасными телескопами на борту располагают на орбите Земли с опережением и отставанием от нее на расстояниях ~0,1 а.е. и 0,7 а.е., соответственно, направляют оси вращения космических аппаратов на Землю, вращают оба космических аппарата вокруг собственных осей с постоянной угловой скоростью, телескопы располагают под некоторыми углами к осям вращения космических аппаратов и создают тем самым барьерную зону обзора вокруг Земли, а при обнаружении небесного тела, движущегося к Земле, информацию о его движении передают на космический аппарат с длиннофокусным инфракрасным телескопом на борту, размещенным в точке Лагранжа L1 системы Солнце-Земля, направляют длиннофокусный телескоп на обнаруженное небесное тело и определяют его угловые положения относительно всех трех телескопов, при этом в телескопах в качестве приемника излучения применяют приборы с зарядовой связью (ПЗС) в режиме временной задержки и накопления (ВЗН) заряда.The famous "International Aerospace Global Monitoring System (MAXM)" is a prototype. Patent No. 2465729 B64G 99/00 (MKP 2009.01), 2010. The space segment of the system is implemented in such a way that two spacecraft with infrared telescopes on board are placed in orbit of the Earth ahead of and behind it at distances of ~ 0.1 AU . and 0.7 AU, respectively, direct the axis of rotation of the spacecraft to the Earth, rotate both spacecraft around their own axes at a constant angular velocity, the telescopes are placed at certain angles to the axis of rotation of the spacecraft and thereby create a barrier field of view around the Earth and when a celestial body moving toward the Earth is detected, information about its motion is transmitted to a spacecraft with a long-focus infrared telescope on board located at the Lagrange point L1 of the Sun-Earth system, the lengths are sent nofocus telescope on the detected celestial body and determine its angular position relative to all three telescopes, while telescopes use charge-coupled devices (CCD) in the mode of time delay and accumulation (WZN) of charge as radiation receiver.

Недостатками данной космической системы является необходимость наличия инфракрасного телескопа в точке Лагранжа L1, что существенно сокращает срок активного существования специализированной космической системы оперативного мониторинга астероидной и кометной опасности и зависит от первоначального объема хладагента для охлаждения элементов оптической схемы телескопа. Недостатком является также то, что в процессе функционирования инфракрасных телескопов в режиме вращения для создания барьерной зоны, неизбежна засветка со стороны Солнца элементов телескопа, находящихся перед входным зрачком оптической схемы телескопа, например, частей внутренних поверхностей бленд инфракрасных телескопов, что вызывает их разогрев и возникновение фоновой засветки оптического тракта инфракрасного телескопа в его рабочем диапазоне спектра. В наибольшей степени засветка влияет на функционирование телескопа, находящегося на расстоянии 0,1 а.е. от Земли. Это приводит к снижению соотношения сигнал/шум на приемнике излучения и, соответственно, к ухудшению пороговой чувствительности инфракрасного телескопа. Наиболее эффективным способом устранения этого недостатка является ориентация инфракрасного телескопа в плоскости перпендикулярной направлению на Солнце и в направлении от Земли, но в этом случае невозможно создание барьерной зоны вокруг Земли с помощью инфракрасных телескопов. Так, к примеру, телескоп WISE находится на солнечно-синхронной орбите, и его оптическая ось всегда направлена в противоположную сторону относительно направления на центр Земли и отстоит на 90° от направления на центр диска Солнца (https://ru.wikipedia.org/wiki/Wide-Field_Infrared_Survey_Explorer). Именно это и обеспечивает его эффективное функционирование в инфракрасном диапазоне за счет отсутствия засветки со стороны Солнца и оптимальных условий для экономного расходования запасенного при старте хладагента.The disadvantages of this space system is the need for an infrared telescope at the Lagrange point L1, which significantly reduces the active life of a specialized space system for operational monitoring of asteroid and comet hazard and depends on the initial volume of refrigerant for cooling the elements of the telescope optical circuit. The disadvantage is that during the operation of infrared telescopes in rotation mode to create a barrier zone, the sun is inevitably exposed to telescope elements located in front of the entrance pupil of the telescope optical circuit, for example, parts of the inner surfaces of the blends of infrared telescopes, which causes them to heat up and cause background illumination of the optical path of the infrared telescope in its working range of the spectrum. Most exposure affects the functioning of a telescope located at a distance of 0.1 AU from the earth. This leads to a decrease in the signal-to-noise ratio at the radiation receiver and, accordingly, to a deterioration of the threshold sensitivity of the infrared telescope. The most effective way to eliminate this drawback is to orient the infrared telescope in a plane perpendicular to the direction to the Sun and in the direction from the Earth, but in this case it is impossible to create a barrier zone around the Earth using infrared telescopes. So, for example, the WISE telescope is in a sun-synchronous orbit, and its optical axis is always directed in the opposite direction relative to the direction to the center of the Earth and is 90 ° away from the direction to the center of the solar disk (https://ru.wikipedia.org/ wiki / Wide-Field_Infrared_Survey_Explorer). This is what ensures its effective functioning in the infrared range due to the lack of exposure from the sun and optimal conditions for the economical use of the refrigerant stored at startup.

В тоже время, в виду существенной удаленности инфракрасного телескопа в точке Лагранжа L1, имеются существенные трудности информационного обмена в реальном времени с наземными пунктами приема и обработки оперативной информации, поскольку возможно необходим специализированный космический аппарат-ретранслятор.At the same time, in view of the considerable remoteness of the infrared telescope at the Lagrange point L1, there are significant difficulties in real-time information exchange with ground-based points for receiving and processing operational information, since a specialized relay space vehicle is probably necessary.

Целью предлагаемого изобретения - способа построения космической системы обзора небесной сферы для обнаружения небесных тел, приближающихся со стороны Солнца и угрожающих столкновением с Землей, является сокращение группировки космических аппаратов за счет отсутствия необходимости размещения дополнительного космического аппарата в точке Лагранжа L1 и повышение быстродействия космической системы за счет сокращения обзора околоземного космического пространства только в пространстве между Землей и Солнцем (фиг. 1).The aim of the invention is a method of constructing a space system for viewing the celestial sphere to detect celestial bodies approaching from the side of the Sun and threatening a collision with the Earth, is to reduce the grouping of spacecraft due to the lack of the need to place an additional spacecraft at the Lagrange point L1 and increase the speed of the space system due to reducing the review of near-Earth outer space only in the space between the Earth and the Sun (Fig. 1).

Указанная цель достигается тем, что оси вращения космических аппаратов T1 и Т2, (фиг. 2) расположенных на орбите Земли с опережением и отставанием, находятся в пределах от 0,2 до 0,5 астрономической единицы и направлены в расчетные точки К1 и К2 расположенные также на орбите Земли таким образом, что поля зрения телескопов, расположенные под некоторыми углами к осям вращения космических аппаратов, описывают конические поверхности в пространстве между Землей и Солнцем, а при обнаружении небесного тела в поле зрения телескопа одного из космических аппаратов, вращение обоих космических аппаратов прекращают, переводят космический аппарат, обнаруживший небесное тело в режим сопровождения, и обеспечивают постоянное направление поля зрения телескопа этого космического аппарата на обнаруженное небесное тело, телескоп второго космического аппарата также переводят в режим сопровождения обнаруженного небесного тела, при этом ориентируют поле зрение телескопа на первый космический аппарат и осуществляют разворот в плоскости, содержащей оба космические аппарата и обнаруженное небесное тело до появления его в поле зрения второго телескопа, и в режиме совместного сопровождения обнаруженного небесного тела обоими телескопами выполняют триангуляционные измерения с учетом расстояния D между космическими аппаратами для определения параметров орбиты обнаруженного небесного тела.This goal is achieved by the fact that the axis of rotation of the spacecraft T 1 and T 2 (Fig. 2) located in orbit of the Earth ahead of and behind, are in the range from 0.2 to 0.5 astronomical units and sent to the calculated points K 1 and K 2 located also in the Earth’s orbit in such a way that the telescopes' fields of view, located at certain angles to the axis of rotation of the spacecraft, describe conical surfaces in the space between the Earth and the Sun, and when a celestial body is detected in the telescope field of view of one of the space their spacecraft, the rotation of both spacecraft is stopped, the spacecraft that has detected the celestial body is in tracking mode, and the field of view of the telescope of this spacecraft is constantly directed to the detected celestial body, the telescope of the second spacecraft is also put into tracking mode of the detected celestial body, while orient the field of vision of the telescope to the first spacecraft and carry out a turn in a plane containing both spacecraft and the detected sky the other body before it appears in the field of view of the second telescope, and in the mode of joint tracking of the detected celestial body with both telescopes, they perform triangulation measurements taking into account the distance D between the spacecraft to determine the orbit parameters of the detected celestial body.

Если оси вращения космических аппаратов T1 и Т2 для осуществления способа, направленные в точки К1 и К2 на орбите Земли, которые совпадают с расположениями космических аппаратов T2 и Т1 соответственно, то при этом оси вращения космических аппаратов направлены вдоль линии, соединяющей эти космические аппараты.If the axis of rotation of the spacecraft T 1 and T 2 for implementing the method, directed to the points K 1 and K 2 in the orbit of the Earth, which coincide with the locations of the spacecraft T 2 and T 1, respectively, then the axis of rotation of the spacecraft are directed along the line connecting these spacecraft.

Расстояние D между телескопами, находящимися на орбите Земли для реализации способа определяют соотношениемThe distance D between telescopes located in the Earth’s orbit for the implementation of the method is determined by the ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

где ΔА - требуемая точность определения положения небесного тела в околоземном пространстве;where ΔA is the required accuracy in determining the position of a celestial body in near-Earth space;

L - расстояние до небесного тела;L is the distance to the celestial body;

Δα - угловое разрешение телескопа.Δα is the angular resolution of the telescope.

Два космических аппарата Т1 и Т2 (фиг. 2) с телескопами на борту, размещаемые на орбите обращения Земли вокруг Солнца на расстоянии D друг от друга, которое превышает в 103 - 104 раз возможные расстояния между наземными телескопами. Отсюда априори следуют преимущества синхронно - базисных наблюдений, проводимых космическими телескопами в режиме сопровождения небесного тела, обнаруженного одним из телескопов.Two spacecraft T 1 and T 2 (Fig. 2) with telescopes on board, placed in the orbit of the Earth's rotation around the Sun at a distance D from each other, which is 10 3 - 10 4 times greater than the possible distances between ground-based telescopes. From here a priori follow the advantages of synchronous basis observations made by space telescopes in the tracking mode of a celestial body detected by one of the telescopes.

Ромб А1А2А3А4 является возможной зоной неопределенности положения обнаруженного небесного тела.Rhombus A 1 A 2 A 3 A 4 is a possible zone of uncertainty in the position of the detected celestial body.

Величины

Figure 00000002
и
Figure 00000003
- минимальное и максимальное значения квазидальностей от телескопа Т2 до точек А1 и А3, а величины L1 (1) и L3 (1) - минимальное и максимальное значения квазидальностей от телескопа T1 до точек А1 и А3 ромба неопределенности положения обнаруженного небесного тела; ϕ1 и ϕ2 - максимальное и минимальное значения угла между квазидальностями от небесного тела до телескопов T1 и Т2; α(1) и α(2) - углы между базой D и минимальными квазидальностями L1 (1), L1 (2); ρ - расстояние между серединой базы D и Ах - средним возможным положением небесного тела, являющимся центром ромба.Quantities
Figure 00000002
and
Figure 00000003
- the minimum and maximum values of quasidalities from the telescope T 2 to points A 1 and A 3 , and the values L 1 (1) and L 3 (1) - the minimum and maximum values of quasidalities from the telescope T 1 to points A 1 and A 3 of the uncertainty rhombus the position of the discovered celestial body; ϕ 1 and ϕ 2 - the maximum and minimum values of the angle between quasidalities from the celestial body to the telescopes T 1 and T 2 ; α (1) and α (2) are the angles between the base D and the minimum quasidalities L 1 (1) , L 1 (2) ; ρ is the distance between the middle of the base D and A x is the average possible position of the celestial body, which is the center of the rhombus.

В качестве среднеквадратической погрешности определения дальности, принимаем половину максимального размера ромба возможных положений небесного тела, то есть, расстояние ΔА подлежащее определению. Погрешность ΔА зависит от расстояния D между телескопами, углов α(1) и α(2) и угловой погрешности измерения Δα=Δα(1)=Δα(2).As the standard error of determining the range, take half the maximum size of the rhombus of the possible positions of the celestial body, that is, the distance ΔA to be determined. The error ΔА depends on the distance D between the telescopes, the angles α (1) and α (2) and the angular measurement error Δα = Δα (1) = Δα (2) .

Из фиг. 1 следуют соотношения:From FIG. 1 follows the relationship:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Из треугольника Т2А1А3 получаемFrom the triangle T 2 A 1 A 3 we get

Figure 00000006
Figure 00000006

Из треугольника T2A1T1 имеемFrom the triangle T 2 A 1 T 1 we have

Figure 00000007
Figure 00000007

Из треугольника T2A3T1 получаемFrom the triangle T 2 A 3 T 1 we get

Figure 00000008
Figure 00000008

Полагаем, что погрешность ΔА по порядку величины равна половине максимальной разности квазидальностей L3 (2) и L1 (2), поскольку угол Δα очень мал. ТогдаWe believe that the error ΔА in order of magnitude is equal to half the maximum difference of the quasidalities L 3 (2) and L 1 (2) , since the angle Δα is very small. Then

Figure 00000009
Figure 00000009

Это выражение можно привести к видуThis expression can be coded as

Figure 00000010
Figure 00000010

Вследствие малости угла Δα выражение (cosΔα - cos2 Δα) ~ 3/2 Δα2 и равно 0.Due to the small angle Δα, the expression (cosΔα - cos2 Δα) ~ 3/2 Δα 2 and is equal to 0.

Используя представления для sin ϕ1 = sin(α(1)(2)) и для cosϕ1 = -cos(α(1)(2)), получаем формулуUsing the representations for sin ϕ 1 = sin (α (1) + α (2) ) and for cosϕ 1 = -cos (α (1) + α (2) ), we obtain the formula

Figure 00000011
Figure 00000011

По теореме косинусов находим углы α(1) и α(2) By the cosine theorem, we find the angles α (1) and α (2)

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Среднеквадратическая погрешность определения дальности до небесного тела ΔА определяется известными величинами D, погрешностью Δα и величинами L1 (2) и L1 (1).The standard error of determining the distance to the celestial body ΔA is determined by the known values of D, the error Δα and the quantities L 1 (2) and L 1 (1) .

При принятых исходных данных для случая α(1)(2)=α, ΔА имеет видGiven the initial data for the case α (1) = α (2) = α, ΔA has the form

Figure 00000014
Figure 00000014

Учитывая, что при равенстве углов α(1) и α(2) выполняется соотношение L⋅cos α=D/2, получим:Considering that if the angles α (1) and α (2) are equal, the relation L⋅cos α = D / 2 is satisfied, we obtain:

Figure 00000015
Figure 00000015

Если α(1)(2)=α и при этом небесное тело находится от наблюдателей на расстоянии L=L1 (2)=L1 (1), на порядки превышающем величину базы D между телескопами, то α ~π/2, тогдаIf α (1) = α (2) = α and the celestial body is at a distance L = L 1 ( 2 ) = L 1 (1) from the observers, which is orders of magnitude greater than the base D between the telescopes, then α ~ π / 2 then

Figure 00000016
Figure 00000016

Для повышения помехоустойчивости космической системы по заявленному способу спектральным диапазоном оптического тракта космических телескопов является видимый диапазон, поскольку излучение вне поля зрения эффективно может быть устранено с помощью бленды, а нагрев внутренних частей бленды от солнечной засветки дает излучение в диапазоне вне спектральной чувствительности космического телескопа.To increase the noise immunity of the space system according to the claimed method, the spectral range of the optical path of space telescopes is the visible range, since radiation outside the field of view can be effectively eliminated with a lens hood, and heating of the internal parts of the lens hood from solar exposure produces radiation in the range outside the spectral sensitivity of the space telescope.

Для определения возможных негативных последствий падения небесного тела на земную поверхность, важным является определение физико-химических характеристик обнаруженного небесного тела, угрожающим столкновением с Землей. Для этого при осуществлении заявленного способа, на борту космического аппарата дополнительно к телескопам устанавливают измерительную аппаратуру для определения физико-химических характеристик небесного тела.To determine the possible negative consequences of the fall of a celestial body on the earth's surface, it is important to determine the physico-chemical characteristics of the detected celestial body, threatening a collision with the Earth. For this, when implementing the claimed method, on board the spacecraft, in addition to telescopes, measuring equipment is installed to determine the physicochemical characteristics of the celestial body.

Выбор оптимальных расстояний

Figure 00000017
и
Figure 00000018
между космическими аппаратами и Землей зависит от затрат характеристической скорости для вывода космических аппаратов на орбиту Земли
Figure 00000019
и
Figure 00000020
и требуемого запаса характеристической скорости Vx1 и Vx2 для поддержания неизменным расстояние между Землей и космическими аппаратами T1 и Т2.Optimal distance selection
Figure 00000017
and
Figure 00000018
between spacecraft and the Earth depends on the cost of the characteristic speed for putting spacecraft into orbit of the Earth
Figure 00000019
and
Figure 00000020
and the required margin of characteristic velocity V x1 and V x2 to maintain constant the distance between the Earth and spacecraft T 1 and T 2 .

Наиболее энергозатратным является выведение космического аппарата Т1 с опережением Земли [2] и в зависимости от расстояния

Figure 00000021
a.e. характеристическая скорость для вывода космического аппарата на орбиту Земли составляет:The most energy-consuming is the launch of the T1 spacecraft ahead of the Earth [2] and depending on the distance
Figure 00000021
ae the characteristic speed for the launch of the spacecraft into orbit of the Earth is:

Figure 00000022
Figure 00000022

Для космического аппарата с отставанием от Земли затраты характеристической скорости составляют:For a spacecraft with a lag from the Earth, the costs of the characteristic velocity are:

Figure 00000023
Figure 00000023

Для расстояний от 0,2 а.е. до 0,35 а.е. затраты характеристической скорости для вывода космических аппаратов на орбиту Земли существенно не возрастают.For distances from 0.2 AU up to 0.35 au the costs of the characteristic speed for launching spacecraft into the Earth’s orbit do not increase significantly.

При функционировании КА на орбите Земли на расстояниях

Figure 00000017
и
Figure 00000018
на них действует возмущающее ускорение Земли
Figure 00000024
. При небольших расстояниях
Figure 00000017
и
Figure 00000018
возмущающее ускорение практически перпендикулярно вектору центростремительного ускорения
Figure 00000025
от Солнца к Земле, где VЗ - скорость обращения Земли вокруг Солнца, VЗ = 29,85 км/с, радиус орбиты Земли R = 1 а.е. = 1,5⋅108 км. Ускорение qc = 6⋅10-3 м/с2.When the spacecraft operates in the Earth’s orbit at distances
Figure 00000017
and
Figure 00000018
they are affected by the disturbing acceleration of the Earth
Figure 00000024
. At short distances
Figure 00000017
and
Figure 00000018
perturbing acceleration is almost perpendicular to the centripetal acceleration vector
Figure 00000025
from the Sun to the Earth, where V З is the velocity of the Earth around the Sun, V З = 29.85 km / s, the radius of the Earth’s orbit R = 1 a.u. = 1.5⋅10 8 km. Acceleration q c = 6⋅10 -3 m / s 2 .

При условии, что

Figure 00000026
практически нормально к qc Provided that
Figure 00000026
almost normal to q c

Figure 00000027
Figure 00000027

где: qЗ = 9,81 м/с2, RЗ - радиус Земли, 6,37⋅103 км,

Figure 00000028
- расстояние между Землей и КА на ее орбите в км.where: q З = 9.81 m / s 2 , R З - radius of the Earth, 6.37⋅10 3 km,
Figure 00000028
- the distance between the Earth and the spacecraft in its orbit in km.

Для компенсации возмущения, которое стремится уменьшить расстояния

Figure 00000029
и
Figure 00000030
необходимо производить коррекцию орбит космических аппаратов T1 и Т2. Характеристическая скорость, необходимая для компенсации возмущения в течение срока активного функционирования космического ппарата, равного τас ~ 10 лет, равнаTo compensate for disturbances that tend to reduce distances
Figure 00000029
and
Figure 00000030
it is necessary to correct the orbits of the spacecraft T 1 and T 2 . The characteristic speed necessary to compensate for the disturbance during the period of active operation of the spacecraft equal to τ as ~ 10 years is

Figure 00000031
Figure 00000031

Размерность τас в секундах, a Vx в м/с.Dimension τ as in seconds, a V x in m / s.

Figure 00000032
Figure 00000032

Функция характеристической скорости Vx от расстояния

Figure 00000028
наилучшим образом аппроксимируется на отрезке
Figure 00000033
полиномиальным уравнением 6-й степени следующего видаFunction of characteristic speed V x from distance
Figure 00000028
best approximated on a segment
Figure 00000033
6th degree polynomial equation of the following form

Figure 00000034
Figure 00000034

Достоверность аппроксимации R2 = 1.The reliability of the approximation R 2 = 1.

График зависимости

Figure 00000035
представлен на фиг. 3.Dependency graph
Figure 00000035
shown in FIG. 3.

Из приведенных расчетов следует, что при

Figure 00000036
а.е. требуемый запас характеристической скорости на поддержание орбиты равен 22 м/с. При
Figure 00000037
а.е. требует увеличения запаса характеристической скорости на 117 м/с до 139 м/с, что является приемлемой величиной. Расположение космического аппарата ближе 0,2 а.е. к Земле требует значительного увеличения запаса характеристической скорости и энергозатрат на поддержание космического аппарата на заданном расстоянии от Земли на ее орбите. Так приближение космического аппарата к Земле на 0,05 а.е. от 0,2 а.е. до 0,15 а.е. требует увеличения запаса характеристической скорости на 109 м/с (от 139 м/с до 248 м/с.From the above calculations it follows that for
Figure 00000036
a.e. the required margin of characteristic velocity to maintain the orbit is 22 m / s. At
Figure 00000037
a.e. requires an increase in the characteristic velocity margin of 117 m / s to 139 m / s, which is an acceptable value. The location of the spacecraft is closer than 0.2 AU to the Earth requires a significant increase in the reserve of characteristic speed and energy consumption for maintaining the spacecraft at a given distance from the Earth in its orbit. So the approach of the spacecraft to the Earth at 0.05 AU from 0.2 AU up to 0.15 au requires an increase in the characteristic velocity margin of 109 m / s (from 139 m / s to 248 m / s.

Удаление космического аппарата более чем на 0,5 а.е. требует наличия космических аппаратов-ретрансляторов, приводит к сложности связи с наземными пунктами обработки информации и снижает быстродействие космической системы оперативного предупреждения о возможном столкновении небесного тела с Землей.Removing the spacecraft by more than 0.5 AU It requires the availability of spacecraft-transponders, leads to communication difficulties with ground-based information processing points and reduces the speed of the space-based operational warning system about a possible collision of a celestial body with the Earth.

Анализируя приведенные данные и проведенные расчеты можно заключит, что наиболее рациональным с точки зрения энергозатрат и поддержания связи с космическим аппаратом является размещение космического аппарата на орбите Земли на расстояниях 0,2÷0,5 а.е. от нее.Analyzing the data presented and the calculations, we can conclude that the most rational in terms of energy consumption and maintaining communication with the spacecraft is to place the spacecraft in orbit of the Earth at distances of 0.2 ÷ 0.5 a.u. from her.

Фиг. 2. Схема измерений параметров движения обнаруженного небесного телаFIG. 2. Scheme of measurements of motion parameters of a detected celestial body

Т1 - телескоп 1;T 1 - telescope 1;

Т2 - телескоп 2;T 2 - telescope 2;

D - расстояние между телескопами;D is the distance between the telescopes;

А1А2А3А4 - область неопределенности положения небесного тела;A 1 A 2 A 3 A 4 - the region of uncertainty of the position of the celestial body;

Ах - возможное положение небесного тела в области неопределенности;And x is the possible position of the celestial body in the region of uncertainty;

ρ - расстояние от точки AX до середины D;ρ is the distance from the point A X to the middle of D;

Figure 00000038
- расстояния от телескопов до граничных точек А1 и А3 области неопределенности;
Figure 00000038
- the distance from the telescopes to the boundary points A 1 and A 3 areas of uncertainty;

α(1) - угол между направлениями T1T2 и Т1А1;α (1) is the angle between the directions T 1 T 2 and T 1 A 1 ;

α(2) - угол между направлениями T2T1 и Т2А1;α (2) is the angle between the directions of T 2 T 1 and T 2 A 1 ;

ϕ1 - угол между направлениями A1T1 и A1T2;ϕ 1 is the angle between the directions A 1 T 1 and A 1 T 2 ;

ϕ2 - угол между направлениями А3Т1 и А3Т2;ϕ 2 is the angle between the directions A 3 T 1 and A 3 T 2 ;

Δα - угловая погрешность единичного измерения положения НТ.Δα is the angular error of a single measurement of the NT position.

Фиг. 1. Схема обзора околоземного космического пространства.FIG. 1. Scheme of the near-Earth space review.

1 - Солнце;1 - the sun;

2 - Земля;2 - Earth;

3 - астероид;3 - an asteroid;

4 - точка встречи астероида с Землей;4 - the meeting point of the asteroid with the Earth;

T1 - КА с телескопом 1;T 1 - spacecraft with a telescope 1;

Т2 - КА с телескопом 2;T 2 - spacecraft with a telescope 2;

ω - угловая скорость вращения полей зрения телескопов 1 и 2;ω is the angular velocity of rotation of the fields of view of telescopes 1 and 2;

α1, и α2 - углы между осями вращения космических аппаратов Т1 и Т2 и осями телескопов, установленных на них;α 1 and α 2 are the angles between the axes of rotation of the spacecraft T 1 and T 2 and the axes of the telescopes mounted on them;

Q - угол конуса невидимости наземными телескопами;Q is the angle of the cone of invisibility by ground-based telescopes;

К1 и К2 - расчетные точки на орбите Земли для ориентации осей вращения космических аппаратов Т1 и Т2;K 1 and K 2 are the calculated points in the Earth’s orbit for the orientation of the rotation axes of the spacecraft T 1 and T 2 ;

β1, β2 - углы полей зрения телескопов 1 и 2.β 1 , β 2 are the angles of the field of view of telescopes 1 and 2.

Фиг. 3 Необходимый запас характеристической скорости

Figure 00000039
для поддержания космического аппарата на орбите в зависимости от дальности
Figure 00000040
до Земли.FIG. 3 Required margin of characteristic speed
Figure 00000039
to maintain a spacecraft in orbit depending on range
Figure 00000040
to Earth.

ЛитератураLiterature

1. К.Н Свиридов. Оптическая локация космического мусора. - М: Знание, 2006, стр. 413-437.1. K.N Sviridov. Optical location of space debris. - M: Knowledge, 2006, pp. 413-437.

2. В.А. Емельянов, С.С. Климов. Применение космических телескопов для обнаружения опасных небесных тел и определения параметров их орбит. Космонавтика и ракетостроение, №2 (63), 2011, стр. 100-105.2. V.A. Emelyanov, S.S. Klimov. The use of space telescopes to detect dangerous celestial bodies and determine the parameters of their orbits. Space and rocket science, No. 2 (63), 2011, pp. 100-105.

Claims (8)

1. Способ построения космической системы обзора небесной сферы, в котором два космических аппарата Т1 и Т2 располагают на орбите обращения Земли вокруг Солнца, при этом один аппарат опережает Землю, а второй отстает от нее, на каждом космическом аппарате устанавливают телескоп под некоторым углом к продольной оси вращения космического аппарата, при этом в обзорно-поисковом режиме небесных тел, приближающихся к Земле со стороны Солнца в околоземном пространстве, оба космических аппарата вращают одновременно с постоянной угловой скоростью вокруг собственных продольных осей, в телескопах в качестве приемников излучения применяют приборы с зарядовой связью в режиме временной задержки и накопления заряда, отличающийся тем, что оси вращения космических аппаратов T1 и Т2, направляют в точки К1 и К2, расположенные на орбите Земли таким образом, что поля зрения телескопов описывают конические поверхности в пространстве между Землей и Солнцем, а при обнаружении небесного тела в поле зрения телескопа одного из космических аппаратов вращение обоих космических аппаратов прекращают, переводят космический аппарат, обнаруживший небесное тело, в режим сопровождения, приемники излучения переводят в режим кадровой регистрации сигнала, обеспечивают постоянное направление поля зрения телескопа, обнаружившего небесное тело космического аппарата, на обнаруженное небесное тело, а поле зрение телескопа второго космического аппарата ориентируют на первый космический аппарат и осуществляют разворот в плоскости, содержащей оба космических аппарата и обнаруженное небесное тело, до появления этого небесного тела в поле зрения телескопа второго космического аппарата, и при совместном сопровождении обнаруженного небесного тела обоими телескопами выполняют триангуляционные измерения с учетом расстояния D между космическими аппаратами для определения параметров орбиты обнаруженного небесного тела.1. A method of constructing a space system for observing the celestial sphere, in which two spacecraft T 1 and T 2 are placed in orbit around the sun around the sun, with one spacecraft ahead of the earth and the second behind it, a telescope is installed at each spacecraft at a certain angle to the longitudinal axis of rotation of the spacecraft, while in the search and search mode of celestial bodies approaching the Earth from the side of the Sun in near-Earth space, both spacecraft rotate simultaneously with a constant angular velocity around their own longitudinal axes, in telescopes as radiation detectors used charge coupled devices in the mode of time delay and integration charge, characterized in that the spacecraft axis of rotation T 1 and T 2 is sent to the points K 1 and K 2 are located on the orbit Earth in such a way that the telescopes' fields of view describe conical surfaces in the space between the Earth and the Sun, and when a celestial body is detected in the telescope's field of view of one of the spacecraft, the rotation of both spacecraft ceases they’ll take the spacecraft that detected the celestial body into tracking mode, the radiation receivers are put into the frame recording mode of the signal, provide a constant direction of the field of view of the telescope that detected the celestial body of the spacecraft to the detected celestial body, and the field of view of the telescope of the second spacecraft is oriented to the first spacecraft and carry out a turn in a plane containing both spacecraft and a detected celestial body, until this celestial body appears in the field of sp Nia second spacecraft telescope, and when the joint accompanied both telescopes detected celestial body operate triangulation measurement given the distance D between the spacecraft orbital parameters for determining the detected celestial body. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что космические аппараты располагают на расстоянии D в зависимости от требуемой точности определения положения небесного тела в околоземном пространстве, при этом2. The method according to claim 1, characterized in that the spacecraft are located at a distance D depending on the required accuracy of determining the position of a celestial body in near-Earth space, while
Figure 00000041
,
Figure 00000041
,
где ΔА - требуемая точность определения положения небесного тела в околоземном пространстве;where ΔA is the required accuracy in determining the position of a celestial body in near-Earth space; L - расстояние до небесного тела;L is the distance to the celestial body; Δα - угловое разрешение телескопа на борту космического аппарата.Δα is the angular resolution of the telescope on board the spacecraft. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что космические аппараты размещают на орбите Земли на расстояниях 0,2÷0,5 а.е. от нее.3. The method according to claim 2, characterized in that the spacecraft are placed in orbit of the Earth at distances of 0.2 ÷ 0.5 AU from her. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что точки К1 и К2 на орбите Земли совмещают с расположениями космических аппаратов Т2 и Т1 соответственно, при этом оси вращения космических аппаратов направлены вдоль линии, соединяющей эти космические аппараты.4. The method according to claim 1, characterized in that the points K 1 and K 2 in the orbit of the Earth are combined with the locations of the spacecraft T 2 and T 1, respectively, while the axis of rotation of the spacecraft is directed along the line connecting these spacecraft.
RU2017135613A 2017-10-05 2017-10-05 Method of the celestial sphere space surveillance system for approaching from the sun celestial bodies detection and threatening collision with the earth RU2660090C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135613A RU2660090C1 (en) 2017-10-05 2017-10-05 Method of the celestial sphere space surveillance system for approaching from the sun celestial bodies detection and threatening collision with the earth

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135613A RU2660090C1 (en) 2017-10-05 2017-10-05 Method of the celestial sphere space surveillance system for approaching from the sun celestial bodies detection and threatening collision with the earth

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2660090C1 true RU2660090C1 (en) 2018-07-04

Family

ID=62816054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017135613A RU2660090C1 (en) 2017-10-05 2017-10-05 Method of the celestial sphere space surveillance system for approaching from the sun celestial bodies detection and threatening collision with the earth

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660090C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2753200C1 (en) * 2020-05-25 2021-08-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" Method for observing asteroids across the entire celestial sphere

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001080158A1 (en) * 2000-04-18 2001-10-25 Carmel Systems Llc Space weather prediction system and method
JP2002220099A (en) * 2001-01-26 2002-08-06 National Aerospace Laboratory Of Japan Mext Method and apparatus for automatic monitoring and detection of flying objects
RU2465729C2 (en) * 2010-12-07 2012-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" International global monitoring aerospace system (igmas)
RU2517800C1 (en) * 2012-12-17 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" Method of coelosphere coverage from space craft for surveillance of celestial bodies and coelosphere coverage space system for surveillance of celestial bodies and detection of solar system bodies to this end
RU2573509C1 (en) * 2014-08-06 2016-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Monitoring of asteroid-comet danger

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001080158A1 (en) * 2000-04-18 2001-10-25 Carmel Systems Llc Space weather prediction system and method
JP2002220099A (en) * 2001-01-26 2002-08-06 National Aerospace Laboratory Of Japan Mext Method and apparatus for automatic monitoring and detection of flying objects
RU2465729C2 (en) * 2010-12-07 2012-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" International global monitoring aerospace system (igmas)
RU2517800C1 (en) * 2012-12-17 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" Method of coelosphere coverage from space craft for surveillance of celestial bodies and coelosphere coverage space system for surveillance of celestial bodies and detection of solar system bodies to this end
RU2573509C1 (en) * 2014-08-06 2016-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Monitoring of asteroid-comet danger

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2753200C1 (en) * 2020-05-25 2021-08-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" Method for observing asteroids across the entire celestial sphere

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6622970B2 (en) Method and apparatus for autonomous solar navigation
CN106595673B (en) space multi-robot autonomous navigation method facing earth stationary orbit target operation
CN110160516A (en) It is a kind of based on the in-orbit localization method of the extraterrestrial target of angle measurement and ranging information high-precision
US20120249775A1 (en) Optical navigation attitude determination and communications system for space vehicles
CN106643741B (en) A satellite-to-asteroid visual autonomous navigation method
CN104764449B (en) A kind of capture section deep space probe celestial self-navigation method based on ephemeris amendment
Ma et al. An overview of the autonomous navigation for a gravity-assist interplanetary spacecraft
Christian et al. Review of options for autonomous cislunar navigation
Eisenman et al. The advancing state-of-the-art in second generation star trackers
RU2660090C1 (en) Method of the celestial sphere space surveillance system for approaching from the sun celestial bodies detection and threatening collision with the earth
CN102607563B (en) System for performing relative navigation on spacecraft based on background astronomical information
Spiridonov et al. University mobile optical surveillance system for low-Earth space object orbit determination
RU2729339C1 (en) Method for determination of spacecraft orbit
Felicetti et al. Spacecraft formation for debris surveillance
RU82678U1 (en) OBSERVING SYSTEM FOR SPACE OBJECTS
JP7595784B2 (en) Airborne object tracking method, airborne object tracking system, satellite constellation, and ground system
Ma et al. Review of Autonomous Optical Navigation for Deep Space Exploration
Ivanov et al. Satellite relative motion determination during separation using image processing
Danas Rivera et al. Latitude Estimation from Jupiter’s Banded Atmosphere
Jia et al. Autonomous navigation for small body landing using optical and inter-spacecraft measurements
RU2542836C2 (en) Method of determination of state vector of passive space object
Volpe et al. Preliminary analysis of visual navigation performance in close formation flying
Kim et al. Satellite celestial navigation using star-tracker and earth sensor
Nayak et al. Design of relative motion and attitude profiles for three-dimensional resident space object imaging with a laser rangefinder
Erkec et al. Review on relative navigation methods of space vehicles