Отождествление геостационарных спутников по орбитальным параметрам, полученным из позиционных измерений тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.01 ВАК РФ

Введение

Глава 1. Геостационарные спутники (ГСС)

§1.1. Геостационарная орбита и ее население

§ 1.2. Особенности орбитальной эволюции ГСС

§1.3. Классификация ГСС и каталоги орбитальных данных

Глава 2. Методы обработки и идентификации измерений ГСС

§2.1. Обработка измерений

§ 2.2. Идентификация измерений управляемых ГСС

§ 2.3. Идентификация измерений неуправляемых ГСС

Глава 3. Базы данных измерений и орбитальных данных ГСС

§3.1. Банк данных позиционных измерений

§ 3.2. Банк данных орбитальных элементов

Глава 4. Исследования области движения ГСС и фрагментов космического мусора

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, определяются ее цели, раскрывается новизна и практическая ценность полученных результатов. Перечислены основные положения, выносимые на защиту. Приводится краткая характеристика диссертации и список статей, в которых опубликованы ее основные результаты.

В первой главе кратко описывается объект исследований -геостационарная орбита и особенности долгопериодической орбитальной эволюции геостационарных спутников. Описана система координат, связанная с плоскостью Лапласа [Сочилина А.С., 1985] и приведены примеры эволюции орбит спутников различных типов.

Приводится классификация геостационарных спутников. Отмечено, что разделение ГСС по степени влияния резонансных возмущений от геопотенциала необходимо при выборе алгоритма вычисления эволюции орбит.

Дана характеристика существующих каталогов орбитальных элементов и приводится обзор основных работ, посвященных идентификации измерений и каталогизации геостационарных спутников.

Во второй главе дается описание методики обработки и идентификации измерений. Кратко описаны методы вычисления первоначальных орбит и улучшения параметров орбит на различных интервалах времени. Разработана и исследована процедура представления долготы степенным рядом, для коэффициентов которого получены аналитические выражения. Приводятся примеры оценки точности полученных элементов и представления данных наблюдений.

Приведены методики идентификации наблюдений для ГСС различных типов и примеры для некоторых спутников. Полученные результаты свидетельствуют о надежности идентификации измерений по вычисленным орбитальным параметрам и возможности использования теории движения Киладзе-Сочилиной для поиска временно несопровождаемых объектов на интервалах времени в десятки лет.

В третьей главе содержится описание банков данных позиционных измерений ГСС и орбитальных параметров. Систематизированы архивные данные измерений одиннадцати наблюдательных пунктов. Отмечено, что данные были опубликованы или получены непосредственно от обсерваторий при проведении совместных работ. В настоящее время база данных содержит 30346 положений. Сформированы ряды измерений для избранных резонансных объектов. Дано краткое описание структуры базы данных.

Приводится общая информация о базе орбитальных данных ГСС: 932 объекта имеют международное обозначение, для 832 объектов имеются орбитальные данные, для 382 объектов - ряды измерений.

Проводится сравнение с данными Европейского центра контроля космического пространства [C.Hernandez, R.Jehn, 2002]. Приводятся списки геостационарных спутников, для которых в базе данных имеются «старые» данные, и объектов только с регистрационным номером запуска. Дается описание основных форматов данных, используемых для прогноза движения.

В четвертой главе приводятся примеры применения разработанных алгоритмов и банков данных для исследования области движения геостационарных объектов и планирования программ наземных и космических наблюдений. Приводится сравнение области движения каталогизированных геостационарных объектов и модельных фрагментов взрывов на геостационарной орбите. Построена модель пространственной плотности объектов и анализируется область движения фрагментов известного взрыва [Pensa A.F., et al., 1996]. Для исследования возможности идентификации измерений космического мусора приводится сравнение результатов моделирования области распределения орбитальных параметров с данными наблюдений [Schildknecht Т., et al., 2001].

В заключении сформулированы основные итоги работы.

В приложении содержатся списки каталогизированных геостационарных объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в диссертации получены следующие результаты.

1. Разработана методика отождествления измерений ГСС на длительных интервалах времени. Показано, что эволюция плоскости орбиты управляемых спутников, для которых коррекции производятся в плоскости орбиты, может быть вычислена как для неуправляемых спутников и использоваться для идентификации некаталогизированных объектов. Для неуправляемых объектов использование аналитической теории Киладзе-Сочилиной позволяет надежно отождествлять орбитальные данные.

2. Сформирован банк данных измерений и орбитальных параметров ГСС. Для резонансных спутников отождествлены ряды измерений на интервалах времени до 15 лет, которые могут быть использованы для контроля точности теории движения и уточнения параметров геопотенциала.

3. Создан программно-алгоритмический комплекс для систематизации, хранения и использования данных измерений и орбитальных параметров; разработана процедура для улучшения долготы и прогноза движения.

4. Проведены исследования изменения области движения каталогизированных ГСС и выполнено ее сравнение с областью движения модельных мелкоразмерных фрагментов. Результаты могут быть использованы для планирования обзорных и поисковых программ наблюдений, моделирования и отождествления фрагментов на геостационарной орбите.

1. C.Hernandez, R.Jelm Classification of geosynchronous objects. 1.sue 4 ESOC, January 2002.

2. Kiladze R.I., Sochilina A.S., et al. On new investigations of geostationary satellite motion, Revista Brasileira de Ciencias Mecanicas, vol.21, special issue, 1999, pp.534—541.

3. Сочилина A.C. Лунно-солнечные возмущения и движение высоких спутников. Бюлл. ИТА АН СССР, т.15, № 7 (170), 1985, с.383-395.

4. Pensa A.F., G.E.Powell, E.W.Pork and R.Sridharan. "Debris in Geosynchronous orbits". Space Forum, Vol.1 No 1 -4 (1996) ISSN 1024-803X, pp.23-37.

5. T.Schildknecht, R.Musci, M.Ploner, S.Preisig, J.de Leon Cruz, H.Krag Optical observation of space debris in the geostationary ring, Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. ESOC, Darmstadt, Germany 19-21 March 2001, pp.89-94.

6. W.Flury, A.Massart, T.Schildknecht, U.Hugentobler, J.Kuusela, Z.Sodnik. Searching for small debris in the geostationary ring. Bulletin ESA №104 -November 2000, pp.92-100.

7. Сочилина A.C., Киладзе Р.И., Григорьев K.B., Вершков А.Н. Каталог орбит геостационарных спутников. 1996, ИТА РАН. 104 с.

8. Столкновения в околоземном космическом пространстве (космический мусор). Сборник научных трудов под ред.А.Г.Масевич, Москва, Космосинформ, 1995, 322 с.

9. Сборник научных трудов конференции «Околоземная астрономия и проблемы изучения малых тел солнечной системы», 25-29 мая 1999, отв.ред. Л.В.Рыхлова, Москва, 2000, 372 с.

10. Околоземная астрономия. Сборник научных трудов конференции «Околоземная астрономия», 21-25 мая 2001, Звенигород, отв.ред. Л.В.Рыхлова, Москва, 2001, 374 с.

11. Drolshagen G., et al. In situ measurement of cosmic dust and space debris in the geostationary orbit. Proceedings of the Second European Conference on Space Debris. ESOC, Darmstadt, Germany 17-19 March 1997, pp.129-134.

12. Sochilina A.S., et al. On statistics of changes in rates of drift among uncontrolled geostationary objects. Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. ESOC, Darmstadt, Germany, 19-21 March 2001 pp. 367-372.

13. Сочилина A.C., Киладзе P.M. Обнаружение взрывов на геостационарной орбите. Тезисы докладов Межрегиональной конференции «Экология космоса», СПб ГУ, 10-14 июня 2002, с.28.

14. K.S.Jarvis, et al. Observations of the geosynchronous earth orbital debris enviroument using NASA's CCD debris telescope, Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. ESOC, Darmstadt, Germany, 19-21 March 2001, pp.95-100.

15. Sochilina A.S., et al. On Catalogue of Geostationary Satellites, in Proceedings of the First European Conference on Space Debris, Darmstadt, Germany, 5-7 April 1993, pp.665-670.

16. Сочилина А.С. 1984. О движении геостационарных спутников в гравитационном поле Земли. Бюлл. ИТА, № 4(167), с.225-233.

17. Каталог улучшенных орбит неуправляемых геостационарных объектов. Санкт-Петербург, ИТА РАН, 1994, в 2 т. 200 с.

18. Stringer М., Teets В. Tools and Databases used to Maintain the Space Catalog at 1 CACS. Forth US/Russian Space Surveillance Workshop 23-27 October, 2000. US Naval Obs. Washington, DC.

19. Agapov V. M. Space Objects Data Catalogue. Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. ESOC, Darmstadt, Germany 19-21 March 2001, pp.759-764.

20. Амелина T.A., Батырь Г.С. и др. Сопровождение геостационарных космических объектов на основе информации от наземной сети оптических станций. Сб.: Столкновения в околоземном космическом пространстве. - М.: Космосинформ, 1995, с.288-306.

21. Бахтигараев H.C., Пирогов К.В. Каталог орбит геостационарных объектов на октябрь 1986 года. Набл. ИНТ, 1990, № 87, с. 8- 19.

22. Демченко Б.И., Диденко А.В., Усольцева JI.A. и др. Зональный каталог геостационарных спутников Алматы: Гылым, 1996, 92 с.

23. Диденко А.В., Демченко Б.П., Усольцева Л.А. и др. Зональный каталог геостационарных спутников. Выпуск 2. Алматы: Рылым, 2000. - 108 с.

24. Демчик М.И., Кириченко А.Г. и другие Результата спостереженнь i ототожнення геосинхронних косм1чних об'ектгв. Додаток до журналу «Косм1чна наука i технолопя. 1996, Т.2 № 1.

25. Бахтигараев Н.С. Анализ наблюдений геостационарных спутников. Дисс. . канд. физ.-мат. наук, ГАИШ МГУ, 1997, 101 с.

26. Klinkard, Н., DISCOS ESA's Database and Information System Characterising Objects in Space, Adv.Space Res., Vol.11, №12, pp.(12)43-(12)52, 1991.

27. King-Hele D. G., et al. The R.A.E. table of Earth satellites 1957-1989, Royal Aerospace Establishment, Farnborough, England, 1990.

28. King-Hele D. G, et al. The R.A.E. table of Earth Satellites 1990-1991, Royal Aerospace Establishment, Farnborough, England, 1992.

29. Geosynchronous satellite report. NASA/GODDARD SPACE FLIGHT CENTER. 1984,1985,1987,1989,1990,1991.

30. Janin G., LOG of objects near the geostationary ring. ESOC, №6-12, 1990-1990.

31. Каталог улучшенных орбит неуправляемых геостационарных объектов. Санкт-Петербург, ИТА РАН, 1994, 200 с.

32. Kiladze R.I., Sochilina A.S. On Orbital Evolution of Geostationary Satellites, "U.S.-Russian Second Space Surveillance Workshop, 4—6 July 1996, Poznan, Poland", Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland, 1996, pp.150-155.

33. Kiladze R. On the motion of uncontrolled geostationary satellites. Bull, of Georgian Acad. Sci., 2001, 164, No.2, pp. 41 43.

34. Hoots F., et al. Accuracy Comparison of US and Russian Geosynchronous Orbit Models. Forth US/Russian Space Surveillance Workshop 23-27 October, 2000. US Naval Obs. Washington, DC.

35. Yurasov V.S., Moscovsky A.A. Geostationary Orbit determination and Prediction. "U.S.-Russian Second Space Surveillance Workshop, 4-6 July 1996, Poznan, Poland", Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland, 1996, pp. 132-149.

36. Yurasov V.S. Long-term Prediction of Space Object Motion in GEO. Proceedings of Third US/Russian Space Surveillance Workshop. 20-23 October 1998, Naval Observatory, Washington, pp.119-130.

37. Boikov V., Testov A., Khutorovsky Z. Near-Geostationary Orbit Model, Used in Satellite Catalog Maintenance. Forth US/Russian Space Surveillance Workshop 23-27 October, 2000. US Naval Obs. Washington, DC.

38. Khutorovsky Z.N. Monitoring of GEO satellites in Russian Space Surveillance Center. Forth US/Russian Space Surveillance Workshop 23-27 October, 2000. US Naval Obs. Washington, DC.

39. Сочилина A.C. Об использовании геостационарных спутников для определения параметров геопотенциала. Наблюдения ИСЗ. Прага, Астросовет АН СССР, 1984, № 23, с. 211-231.

40. Nobili A.M. An international campaign for optical observations of geosynchronous satellites COGEOS - scientific aims and organization. Bull. CSTG. 1987. N9, pp. 19-30.

41. Багров A.B., Микиша A.M., Рыхлова JI.B., Смирнов M.A. Геодинамические исследования на основе позиционных и фотометрических наблюдений геостационарных спутников: Предложения по программе. Наблюдения ИНТ, 1989, № 85, с. 99-103.

42. Багров А.В., Ерпылев Н.П., Микиша A.M., Рыхлова Л.В., Смирнов М.А., Сочилина А.С. Экспериментальная геодинамика: наблюдения геостационарных ИСЗ. Научн. инф. Инст. астрономии АН СССР, М., 1991, с. 35-51.

43. Кузнецов Э.Д., Кайзер Г.Т. Об алгоритме уточнения резонансных гармоник геопотенциала по результатам позиционных наблюдений геосинхронных спутников. Сборник научных трудов конференции «Околоземная астрономия», Звенигород, 21-25 мая 2001.

44. Диденко А.В., Усольцева Л.А. Методы идентификации геостационарных спутников по фотометрической информациии. RAU Transaction №1.

45. Сочилина A.C. Об отождествлении геосинхронных спутников по их первоначальным орбитам. Наблюдения ИНТ, 1990, 85, сс.104-110.

46. Гаязов И.С., Сочилина А.С. 1986. О выборе координатной системы для исследования движения высокоорбитальных спутников Бюлл.ИТА, №9(172), с.481-485.

47. Киселев А.А., Быков О.П., Ягудин Л.И. Алгоритмы метода параметров видимого движения для определения орбит ИСЗ и параметров слежения за спутниками. Известия ГАО РАН, 1980, № 198, с.139-149.

48. Субботин М.Ф. Введение в теоретическую астрономию. М., "Наука", 1968.

49. Херрик С. Астродинамика, т.2, М.,"Мир", 1977.

50. Эскобал П.Р. Определение орбит. М.,"Мир". 1980.

51. Лозинский A.M., Бахтигараев Н.С., Бирюков А.Н., Бург Б.М., Пак Кен Су. Результаты наблюдений зоны геостационарных ИСЗ в Звенигороде за 1975-1983 годы. Научн. информ. Астрон. совета АН СССР, 1987, вып. 64, с. 47-160.

52. Литвинов С.П. О точности определения сферических координат объектов на снимках камеры ВАУ. Наблюдения искусственных небесных тел, 1990, № 87, с. 3- 8.

53. Быков О.П., Демченко Б.И., Клокачева М.Ю. Анализ результатов телевизионных позиционных наблюдений геостационара и определение его орбиты. Наблюдения ИНТ, М., 1990, №87, с. 135-142.

54. Гаязов И.С., Сочилина А.С. Применение аналитической теории движения для геостационарных спутников. Доклад на Всесоюзном совещании "Аналитическая небесная механика". Казань, 1989.

55. Hoots F.R. A history of analytical orbit modeling in the United States Space Surveillance System. Third U.S.-Russian Space Surveillance Workshop 20-23 October 1998, US Naval Observatory, Washington, 1998.

56. Schumacher P.W. and Glover R.A. "Analytical orbit model for U.S. naval space surveillance: an overview", U.S.-Russian Second Space Surveillance Workshop 4-6 July 1996, Poznan, Poland, pp.66 105.

57. Kiladze R.I., et al. On Ways of Modernization of Geostationary Ring Surveillance. Forth US/Russian Space Surveillance Workshop 23-28 oct. 2000. US Naval Observatory, Washington, DC.

58. ВАУ сб. O-TO. Высокоточная Астрономическая Установка (ВАУ). Техническое описание. Взамен ТО редакции 1-65: утв. 25.08.72., издано ЦКБ КМЗ, 1972.

59. Демченко Б.И., Диденко А.В. и др. Автоматизация наблюдений подвижных космических объектов. Алма-Ата: Наука, 1990, 160 с.

60. Kiladze R.I., Sochilina A.S. On the Program "Resonance". Space forum, 1996, OPA, Amsterdam, pp. 15-22

61. Братийчук M.C., Галас Т.Ю. и др. Позиционные фотографические наблюдения геостационарных объектов и их предварительное отождествление, Наблюдения ИНТ, М., 1990, №87, с. 19-83.

62. Братийчук М.С., Демчик М.И. и др. Результаты отождествления геостационарных объектов, наблюденных в г.Ужгороде в 1993 году. Деп. в ГНТБ Украины, 14.07.94, №41.12.21.

63. Кайзер Г.Т., Кайзер B.JI. и др. Результаты наблюдений геостационарных спутников в Астрономической обсерватории Уральского университета. В кн.: Астрономо-геодезические исследования. Свердловск, 1985, стр. 128-133.

64. Каталог экваториальных топоцентрических координат и звездных величин стационарных спутников Земли I-II. Ур. гос.ун-т.-Свердловск, 1989-1990. Деп. В ВИНИТИ 15.01.90, №290-В90, №4986-В90.

65. Юзюн JI.M., Сафронов Ю.1. Каталог положень геостащонарних i кваз1геостацюнарних штучних супутниюв Землк Кшв, 1995.- 121 с. -Препринт / Головна астроном1чна обсерватория НАН Украш

66. Руденко С.П. Комплекс программ численного определения орбит геостационарных ИСЗ по позиционным и лазерным дальномерным наблюдениям. Наблюдения искусственных небесных тел, 1994, № 88, с. 41-46.

67. Каткова Е.В., Гусева И.С. Наблюдения ГСО с короткофокусным ПЗС-астрографом. Тезисы докладов конференции «Экология космоса», 10-14 июня 2002 г., НИИФ СПбГУ, Санкт-Петербург, с.29-30.

68. Nazarenko A. The development of the statistical theory of a satellite ensemble motion and its application to space debris modeling. Proceedings of the Second European Conference on Space Debris. ESOC, Darmstadt, Germany 17-19 March 1997, pp.233-238.

69. Назаренко А.И., Юрасов B.C. Моделирование техногенного загрязнения области геостационарных орбит. Материалы научной конференции «Околоземная астрономия XXI века», 21-25 мая 2001, Звенигород.