Файл в формате Microsoft PowerPoint, 6,28 Мб

Российская Академия Наук
Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша
Система РАН для сбора, обработки и анализа
информации о техногенной обстановке в
околоземном космическом пространстве
Директор ИПМ им. М.В. Келдыша РАН,
академик Б.Н. Четверушкин
Заседание Научно-технического совета по вопросам
мониторинга околоземного космического пространства
12 февраля 2013 года
Космический мусор
44000 объектов
600000 объектов
размером > 5 см
размером > 1 см
150 млн. объектов
размером > 1 мм


6 млрд. объектов
размером > 100 мкм
Все нефункционирующие КО искусственного происхождения
В их числе: отработавшие ступени РН, нефункционирующие КА,
фрагменты около 200 разрушений
Рост количества каталогизированных
космических объектов различных типов
Задачи мониторинга ОКП
• Обеспечение безопасности полетов
космических аппаратов
• Предупреждение о падении на Землю
крупных КО
• Обеспечение обороноспособности
государства
• Анализ космической деятельности с точки
зрения возможных угроз экономическим,
политическим и военным интересам РФ
Угрозы для космической деятельности РФ в
условиях техногенной засоренности ОКП
•
•
•
•
•
Потеря или выход из строя российских КА
Ограничение доступа РФ к рынку
коммерческих запусков
Втягивание РФ в чрезвычайно затратные
проекты по очистке ОКП
Возникновение претензий к России
Возникновение информационной
зависимости РФ
Научные и прикладные задачи
мониторинга ОКП
• Создание и верификация эволюционной математической
модели популяции космического мусора
• Выявление и прогнозирование опасных событий в ОКП
• Определение фактической населённости орбит
• Совершенствование используемых моделей движения
• Улучшение методов и алгоритмов обнаружения новых КО
• Создание математических моделей для определения
вероятных источников образования обнаруженных
объектов
• Разработка научно обоснованных предложений по
снижению засоренности ОКП
Системы мониторинга и анализа ситуации в ОКП
• Российская система контроля космического пространства
(МО РФ)
• Автоматизированная система предупреждения об опасных
ситуациях в ОКП – АСПОС ОКП (Роскосмос)
• Научная сеть оптических инструментов для
астрометрических и фотометрических наблюдений -НСОИ
АФН/ISON (РАН) с центром анализа в ИПМ им. М.В.Келдыша
• Американская система контроля космического пространства
US SSN (МО США)
• Начато создание европейской системы информирования о
ситуации в ОКП SSA (ЕКА)
• Объявлено о начале работ по созданию сети оптических
обсерваторий Азиатско-Тихоокеанского региона – APOSOS
• Отдельные радиолокаторы и оптические телескопы
имеются во Франции, Китае, Японии, Германии, Канаде,
также есть планы у Южной Кореи
Средства АСПОС ОКП
НСОИ АФН, РАН
(ИПМ РАН, МАК ВЫМПЕЛ, ИЗМИРАН)
(ЦУП ЦНИИмаш)
Организационная основа работ по
космическому мусору в РАН
• В 2001 г. впервые образована экспертная рабочая группа Совета РАН по
космосу по проблеме космического мусора. Распоряжением
Президиума РАН №10103-142 от 28.02.2001 г., на ИПМ им М.В. Келдыша
возложены обязанности по проведению работ по сбору, хранению,
обработке и анализу информации по космическому мусору в
специальном Центре, созданном на базе Баллистического центра ИПМ
• Решением Роскосмоса (№АП-56 от 02.07.08) и РАН (№69 от 17.10.08) об
организации взаимодействия при решении задач АСПОС ОКП на ИПМ
возложены обязанности по созданию Сегмента АСПОС ОКП мониторинга
опасных ситуаций в области ГСО, ВЭО и СВО и службы для его
эксплуатации, включая координацию работы сети НСОИ АФН
• Распоряжением Президиума РАН № 10310-52 от 25.01.2012 на ИПМ
возложены функции головной координирующей организации по
реализации поручений Решения АСПОС ОКП и положения АСПОС ОКП в
части, касающейся РАН
Работы РАН по мониторингу ОКП
- Традиционными средствами РАН для мониторинга ОКП
являются оптические инструменты (телескопы). Имеется
также одна радиолокационная станция под Иркутском. На
базе антенн дальней космической связи (НКУ ДКА) была
проводилась
отработка
метода
РСДБ-локации
высокоорбитальных КО
- С 2001 г. началась реализация проекта НСОИ АФН, который
сейчас включает в себя около 50 телескопов более 30
обсерваторий в 14 странах мира. Преимущественная
область мониторинга НСОИ АФН - высокие орбиты
(геостационарная – ГСО, высокоэллиптические – ВЭО и
средневысокие – СВО)
- Работы проводятся в интересах решения задач:
• Роскосмоса (АСПОС ОКП)
• ОАО МАК «Вымпел»
• РАН
• Центров управления КА
• МИД (поддержка международной деятельности РФ)
Центр РАН по сбору, обработке и анализу информации о
космическом мусоре и Сегмент АСПОС ОКП мониторинга
опасных ситуаций в области ГСО, ВЭО и СВО
в ИПМ им. М.В. Келдыша РАН
На базе суперкомпьютера К-100 производительностью 100 терафлоп
проводятся работы по созданию специального программного обеспечения
для решения перспективных задач мониторинга ОКП
База данных орбитальных параметров с оценкой точности
База данных ИПМ им. М.В.Келдыша РАН содержит полный архив регулярно
обновляемых параметров движения КО с ковариационными матрицами
ошибок. Ковариационные матрицы ошибок позволяют оценить степень
неопределенности любого параметра, зависящего от орбитальных
параметров КО:
Оценка ошибок является ключевой информацией при
выявлении и анализе опасных сближений КА
Научная сеть оптических инструментов для
астрометрических и фотометрических наблюдений
Рост количества измерений по КО
сети НСОИ АФН за 2003 – 2012 гг.
Структура оптической сети НСОИ АФН
• кооперация оптических обсерваторий:
- поисково-обзорная подсистема
- подсистема обнаружения и сопровождения фрагментов
космического мусора
- подсистема для наблюдений спутников по целеуказаниям
- подсистема для поиска и изучения астероидов и комет
• группа технической поддержки (АНЦ Проект-техника)
• группа отработки новых технологий наблюдения
• группы производства телескопов и монтировок
• группа планирования наблюдений и обработки измерений по
космическому мусору (ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, ОАО
«МАК «Вымпел», ЗАО «АНЦ «Проект-техника»)
• группа планирования и координации работ (ИПМ им. М.В.
Келдыша РАН)
Поисково-обзорная подсистема: двенадцать 22-25 см
телескопов с полем зрения 3.5- 5.5 градусов
Планирование обзоров и наблюдений по ЦУ
Созданы эффективные алгоритмы и программы планирования
работы телескопов, учитывающие многочисленные параметры
(положение траекторий всех КО, тени Земли, Млечного пути и
др.) и обеспечивающие возможность наблюдений сотен КО в
области ГСО и ВЭО одним телескопом за ночь
Научная сеть оптических инструментов
• Основной источник информации для прогноза опасных
событий на высоких орбитах в рамках проекта АСПОС
ОКП, обеспечивает 97% отечественных данных по
высоко-орбитальным КО для решения задач
мониторинга ОКП
• Превосходит сеть слежения США в части мониторинга
ГСО - НСОИ АФН наблюдает на 600 объектов больше
• Обеспечивает более оперативное (по сравнению с США)
обнаружение КО новых запусков на ГСО, маневров КА,
получение более точных орбит с большей частотой
обновления
• За 2012 год получено почти 6 млн. измерений по 3200
объектам (за 6 лет собрано около 14 млн. измерений)
• За 2012 год обнаружено 270 новых КО (2011 – 168 КО,
2010 – 61 КО)
Распределение 1758 ГСО-объектов в базе данных
ИПМ по периоду и наклонению
синие точки – 1162 объекты, имеются также у США
красные точки – 597 объектов, отсутствующих в данных США
3 телескопа (Кисловодск, Нью-Мексико и Андрушёвка)
проводят поиск астероидов и комет,
7 телескопов исследуют физические свойства АСЗ
Обнаружено 6 АСЗ, 3 кометы, включая С/2012 S1 (ISON), и более
2000 астероидов различных типов, для 14 астероидов измерен
период вращения, открыто 2 двойных астероида.
У 3 астероидов удалось обнаружить YORP-эффект
11,8
Relative magnitude R
1862 Apollo
12,0
12,2
12,4
P = 3.0646 hrs
0,0
0,2
April 2007
0,4
0,6
0,8
1,0
Rotational phase
Hv
1620 Geographos
14,8
15,2
15,6
16,0
P = 5.2225 hr
G = 0.15
0,0
0,2
Febr. 2008
0,4
0,6
Rotational phase
0,8
1,0
Программа ООН-НСОИ АФН (UNISON)
Вопросы мониторинга космического мусора обсуждаются в ООН (НТПК,
ЮПК COPUOS), разрабатываются правила «дорожного движения» в
космосе
1 июня 2012 года, во время 55 сессии комитета ООН по использованию
космического пространства в мирных целях (СOPUOS), НСОИ АФН
присоединился к инициативе ООН по фундаментальной космической
науке.
Создание подсистемы специализированных обсерваторий
РАН и Роскосмоса ЭОП-1/ЭОП-2 для АСПОС ОКП
Первая специализированная обсерватория
ЭОП-1 в Кисловодске (25-см, 2х20 см и 40-см)
Выводы:
• Сеть НСОИ АФН является уникальным научным инструментом для
мониторинга ОКП и обеспечивает 97% отечественных данных по
высокоорбитальным КО. Впервые в истории страны осуществляется
глобальный просмотр всей области, выполняется массовое обнаружение
малоразмерных фрагментов и ВЭО-объектов
• Чрезвычайно важно обеспечить скорейшую институализацию НСОИ АФН
• В ИПМ создан Центр сбора, обработки и анализа информации по
техногенным объектам в ОКП, в работе которого применяются самые
передовые математические алгоритмы, а для программной реализации
используются современные суперкомпьютерные технологии
• Созданы специализированные обсерватории ЭОП-1 и ЭОП-2 для слежения
за космическим мусором, способные в несколько раз повысить
эффективность мониторинга высоких орбит.
• Для повышения полноты и качества мониторинга ОКП необходимо
многократное увеличение потока измерений. Предложения по развитию
НСОИ АФН разработаны в проекте создания Единой системы
предупреждения и парирования космических угроз
Существующие проблемы НСОИ АФН
• Нет целевого финансирования, в том числе целевой
поддержки со стороны РАН. Проект развивается
инициативно
• Сеть НСОИ АФН и Центр обработки ИПМ им. М.В.
Келдыша РАН функционируют за счет нерегулярных
контрактов, объем которых каждый год меняется
• Финансирование в 2012 г. осуществлялось на
критически минимальном уровне. По 2013 г.
определенности пока нет
В связи с этим не удается реализовать в полной мере
планы повышения объемов и качества работ
(необходимо увеличивать оперативность, количество
сопровождаемых КО, точность прогноза опасных
сближений)
Рекомендации:
• Необходимо институализировать проект
НСОИ АФН
• Организовать проведение
фундаментальных ориентированных
исследований в интересах создания
эволюционной математической модели
популяции космического мусора
• Оказать содействие развитию
международных отношений в рамках
проекта НСОИ АФН