Направления развития сети оптических обсерваторий НСОИ АФН
реклама
Направления развития сети оптических обсерваторий НСОИ АФН/ISON Игорь Молотов Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН [email protected] www.astronomer.ru Околоземная астрономия - 2013 Отправная точка проекта • Распад СССР привел к тому, что большая часть обсерваторий осталась за рубежом и доступ к ним российских астрономов был затруднен, связи в астрономическом сообществе стран бывшего СССР оказались разорваны • Массовый переход на ПЗС-камеры не произошел из-за их дороговизны, а фотопластинки прекратили выпускаться • В 2001 г. 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, обработке и анализу информации по космическому мусору Цели проекта НСОИ АФН • Поддержка обсерваторий бывшего СССР • Запуск интеграционных процессов на постсоветском астрономическом пространстве • Сохранение и модернизация существующих телескопов в странах СНГ • Поддержка телескопостроения, развитие астрономического программного обеспечения • Решение научных и прикладных задач, требующих участия распределенной наблюдательной сети • Наполнение данными центра сбора, обработки и анализа информации по космическому мусору при Баллистическом центре ИПМ им. М.В. Келдыша РАН Основные вехи проекта НСОИ АФН • Май 2001 г. – пробные ПЗС-наблюдения в Пулково • 2002 – грант на выяснение состояния обсерваторий СНГ • 2003-04 – подача заявок на новые гранты, попытки первых координированных наблюдений • 2005-2006 – дооснащение ПЗС-камерами, начало производства новых телескопов, появление АПЕКСа, ХАОСа • 2007-2008 – начало регулярных наблюдений, переход на самофинансирование • 2009-2010 гг. – формирование подсистем телескопов, создание первой эксплуатирующей организации • 2010 – начало работы астероидных обзоров, обсерватории для Роскосмоса, расчеты прогнозов опасных сближений • 2011-12 –организация обсерватории в Кисловодске, создание второй эксплуатирующей организации Научная сеть оптических инструментов для астрометрических и фотометрических наблюдений • Проект кооперации обсерваторий на хозрасчете (33 обсерватории и наблюдательных пункта с 70-ю телескопами в 14 странах мира) • Группа координации проекта организована в ИПМ им. М.В. Келдыша РАН • Центр обработки данных по космическим объектам создан в ИПМ им. М.В. Келдыша РАН • Преимущественная область мониторинга НСОИ АФН высокие орбиты (геостационарная – ГСО и высокоэллиптические – ВЭО) • Проводятся эксперименты по наблюдению объектов на низких и средневысоких орбитах (НОКО и СВО) Поддержка обсерваторий • Возобновлены наблюдения в Уссурийске, Тарихе (Боливия), Китабе (Узбекистан), Абастумани (Грузия), Гиссаре и Санглоке (Таджикистан), Благовещенске, Ужгороде (Украина), Приозерске (Казахстан), Хуралтоготе (Монголия) • Новые пункты наблюдений созданы в Тирасполе, Мильково (Камчатка), Артёме (Дальний Восток), Лесосибирске, Кисловодске, Синалоа (Мексика) • Модернизация существующих телескопов в странах СНГ (80см телескопы в Маяках и на Терсколе, 64-см телескоп АТ-64 в Научном, 60-см Цейссы-600 в Андрушёвке, Тарихе, на Санглоке, в Архызе, 60-см телескопы в Маяках и Андрушёвке) • Приобретено 60 ПЗС-камер, установлено 40 новых телескопов • Созданное программное обеспечение используется в 90% обсерваторий стран СНГ Научная сеть оптических инструментов для астрометрических и фотометрических наблюдений Текущие основные задачи НСОИ АФН • Исследования космического мусора (ИПМ им. М.В. Келдыша РАН) • Участие в обеспечении безопасности космических полётов (ЦНИИмаш, ОАО «ИСС им. Решетнёва») • Участие в анализе космической обстановки (ОАО «МАК «Вымпел») • Изучение астероидов, сближающихся с Землей (НИИ «Институт астрономии» ХНУ) • Поиск новых астероидов и комет (ЛА) • Наблюдение оптического послесвечения гаммавсплесков (ИКИ РАН) Структура оптической сети НСОИ АФН • кооперация оптических обсерваторий: - поисково-обзорная подсистема - подсистема сопровождения слабых КО по ЦУ - подсистема сопровождения ярких КО по ЦУ - подсистема астероидных обзоров - подсистема для фотометрических наблюдений астероидов • группы технической и программной поддержки • группы производства телескопов и монтировок • центры планирования наблюдений и обработки измерений • группа координации и планирования работ по развитию сети Глобальная поисково-обзорная подсистема: двенадцать 22-25 см телескопов с полем зрения 3.5- 5.5 градусов 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 Глобальная поисково-обзорная подсистема - 12 небольших автоматизированных телескопов вокруг Земного шара + один 50-см телескоп в Барселоне - централизованное планирование в ИПМ - каждый телескоп производит обзор видимой части ГСО в полосе шириной 18 градусов и получает несколько тысяч измерений по нескольким сотням объектов за ночь - проницание – до 15,5 звездной величины, длительность проводок 15 – 40 минут - эти обзоры обеспечивают измерения для всех ярких ГСОобъектов, обеспечивая ведение динамического орбитального архива в ИПМ - попутно обнаруживается множество некаталогизированных фрагментов и объектов новых запусков - попутно обнаруживаются много ВЭО-объектов Подсистема для расширенных ГСО-обзоров и обзоров ВЭО-объектов: 18-см и 19,2 см телескопы с полем зрения 7х7 и 7х9 градусов Планирование расширенных ГСО-обзоров – больше выбранных барьеров позволяют проходить за ночь ГСО в несколько раз чаще Подсистема для расширенных ГСО-обзоров - 4 автоматизированных телескопа - централизованное планирование в ИПМ - каждый телескоп производит обзор видимой части ГСО в полосе шириной 18 градусов и получает до 15 тысяч измерений по 500 – 700 объектов за ночь - проницание – до 14 звездной величины, длительность проводок до нескольких часов - Эти обзоры позволяют ИПМ построить более точные орбиты ГСО-объектов дпри расчете опасных сближений, оперативно обнаруживать маневры активных КА и помогают идентифицировать объекты в кластерах - попутно обнаруживаются много ВЭО-объектов Пример распределения проводок по длительности в обзоре Санглока Локальные обзоры областей сгущений орбит ГСО-фрагментов С 2011 г. локальные обзоры позволили обнаружить уже порядка 200 новых объектов Подсистема для наблюдений слабых КО: AT-64 Научный-1, RC-800 Маяки, ОРИ-50 Уссурийск AЗТ-8 Гиссар, АЗТ-14 Монды, Цейсс-600 Архыз, ОРИ-40 Китаб ЧВ-500 Кисловодск, Подсистема сопровождения космических объектов по целеуказаниям: ГАС-250 в Уссурийске, BNC-250 в Ужгороде, ОРИ-25 в Благовещенске, ОРИ-25 в Тирасполе, ОРИ-25 в Кисловодске, PH-1 в Научном-1, АЗТ-28 в Приозерске Рост количества измерений по КО сети НСОИ АФН за 2003 – 2012 гг. Количество телескопов НСОИ АФН по ночам наблюдавших в 2013 года Количество ГСО и ВЭО объектов по ночам наблюдавших в 2013 года При Баллистическом центре ИПМ организованы Центр РАН по сбору, обработке и анализу информации о космическом мусоре, а также Сегмент АСПОС ОКП мониторинга опасных ситуаций в области ГСО, ВЭО и СВО • Созданы программно-алгоритмические комплексы для ведения динамического орбитального архива, массовой обработки получаемого потока информации, идентификации измерений с орбитами из архива, уточнения параметров орбитального движения, прогнозирования и оценки параметров опасных сближений «защищаемых» КА с КО «риска», выявление фактов разрушения КО, планирования наблюдений и расчета целеуказаний • В режиме службы проводится анализ позиционных измерений, поступающих от сети НСОИ АФН каждую ночь, расчет целеуказаний для обсерваторий сети, обновляется банк данных измерений и орбит, выполняется анализ орбитальной эволюции наблюдавшихся за ночь объектов • Создается программно-аппаратный комплекс ведения архива первичной информации (ПЗС-кадров) из обсерваторий НСОИ АФН Научные задачи мониторинга ОКП • Определение фактической населённости орбит в интересах построения и верификации эволюционной модели популяции объектов космического мусора • Совершенствование используемых моделей движения (в особенности для объектов с большим отношением площади к массе), в т.ч. в интересах баллистического обеспечения научных КА (например, Радиоастрон) • Улучшение методов и алгоритмов обнаружения новых КО, построения и регулярного уточнения многих тысяч орбит • Оптимальное планирование наблюдений для получения подтверждающих измерений по вновь обнаруженным объектам и обеспечения устойчивости их траекторного сопровождения • Создание математических моделей для определения вероятных источников образования обнаруженных объектов • Разработка научно обоснованных предложений по снижению засоренности (в т.ч. очистке) ОКП Работы в интересах АСПОС ОКП Основные решаемые задачи: - мониторинг объектов в области ГСО, ВЭО и СВО; выявление объектов риска и возможных опасных ситуаций, связанных с этими объектами; - сбор измерительной информации, обеспечивающей требуемую точность количественных оценок риска - выявления фактов нарушения существующих международных рекомендаций по снижению техногенной засоренности - поддержание в актуальном состоянии баз данных по всем техногенным объектам в областях ответственности - поддержка международной деятельности РФ 26 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 поддерживаются 3 базы данных (БД) – ORDA (ОАО «НПК СПП») , АСПОС (ЗАО «НПП Проект-техника») и ADAPS (ЗАО «НьюКомТехнолоджис») • В БД ADAPS через созданный веб-интерфейс собираются измерения НСОИ АФН, которые идентифицируются и поступают в БД ORDA и АСПОС, а также рассылаются заказчикам • Первоначальный расчет опасных сближений выполняется в БД ORDA, который потом поступает в базу АСПОС • В БД АСПОС прогнозы опасных ситуаций уточняются по результатам дополнительных наблюдений, а затем производится их выдача по выделенному каналу связи в ЦУП ЦНИИмаш вместе с орбитами сближающихся объектов и ковариационными матрицами ошибок • В БД АСПОС работают планировщики обзорных наблюдений и наблюдений по ЦУ – с возможностью удаленного доступа База данных ИПМ • На 15 апреля 2013 в базе данных АСПОС содержится измерительная и орбитальная информация по 4800 объектам, наблюдавшимся сетью НСОИ АФН, в т.ч.: - 1800 КО геостационарной области; - 2700 КО на высокоэллиптических орбитах; - 270 КО на средневысоких орбитах; - по 3260 ГСО, ВЭО и СВО объектам, находящимся на орбите, включая 960 КО открытых проектом НСОИ АФН за 10 лет работы • 15,6 млн. астрометрических измерений • 14,8 млн. измерений блеска • 2 млн. записей с оценкой орбитальных параметров и соответствующих ковариационных матриц ошибок 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 ГСО-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 2012 год обнаружено 270 новых КО (2011 – 168 КО, 2010 – 61 КО) Объекты на ГСО, ВЭО и СВО в базе данных ИПМ им. М.В. Келдыша РАН Объекты, ассоциированные с запусками на орбиты типа Молния Объекты, ассоциированные с запусками на геопереходные орбиты Объекты, произошедшие на ГСО 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 Распределение ГСО объектов по эксцентриситету и отношению площади к массе Распределение по типам ГСОобъектов и блеску в базе данных ИПМ approx. 1 m size approx. 10 cm size Распределение по блеску и количеству фрагментов КМ (включая объекты с большим отношением площади к массе) примерно 1м Примерно 10 см Распределение ВЭО-объектов, наблюдавшихся сетью НСОИ АФН, по эксцентриситету и наклонению Распределение по эксцентриситету и периоду 300 фрагментов, открытых сетью НСОИ АФН Распределение по наклонению и периоду 300 фрагментов, открытых сетью НСОИ АФН Существующие проблемы • в области ГСО – плохое перекрытие западной зоны, большие разрывы в сопровождении фрагментов - много теряется • недостаточная регулярность и точность наблюдений активных спутников (с запозданием выявляются совершаемые маневры, путаница в кластерах на ГСО) • резкое ухудшение качества в летний период (короткие ночи) • в области высокоэллиптических орбит сопровождается только 15% объектов, периодически обнаруживается и теряется порядка 50% популяции ВЭО-объектов. Не хватает телескопов сопровождения по ЦУ • Каталог перестал прирастать – сколько обнаруживается новых КО, столько же и теряется • в области средневысоких орбит типа ГЛОНАСС/GPS – объекты космического мусора практически не сопровождаются (хотя они периодически обнаруживаются) Перекрытие геостационарной орбиты для фрагментов космического мусора в первую половину 2012 г 181 161 141 121 101 81 61 41 21 1 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180 Необходимые направления развития сети оптического мониторинга • Резкое (в несколько раз ) увеличение объема измерительной информации для повышения точности и увеличения количества сопровождаемых КО • Увеличение регулярности обзоров ГСО (лучшее перекрытие западной зоны, снижение зависимости от погодных условий) • Обеспечение обнаружения и отслеживания фрагментов космического мусора на всем протяжении ГСО • Обеспечение равномерности потока данных вне зависимости от времени года (установка обсерваторий в Южном полушарии) • Качественное улучшение работы по обнаружению и сопровождению ВЭО объектов • Начало наблюдений объектов на СВО • Отработка методики оптических наблюдений КО на низких орбитах Планы поэтапного развития сети НСОИ АФН • Нарастить подсистему обзорных телескопов 20 см (поле зр. 7х7 градусов) и 50 см (поле зр. 4х4 градусов) в Западном и Южном полушариях • Нарастить подсистему сопровождения слабых фрагментов по ЦУ • Нарастить подсистему сопровождения ярких объектов по ЦУ • Создать подсистему телескопов для наблюдений низкоорбитальных фрагментов • Специализированный кометный поиск • Запуск новых астероидных обзоров • Формирование подсистемы для подхвата открываемых астероидов и комет Развитие подсистемы сопровождения слабых КО: 40-см в Синалоа, 50-см в Благовещенске, 40-см в Ужгороде, ОРИ-40 в Хуралтоготе, Цейсс-600 на Санглоке и в Тарихе Развитие подсистемы сопровождения ярких КО: ТАЛ-250 в Барнауле, Чугуеве, Маяках, Тарихе, ОРИ25 на Маконе (Аргентина), РК-360 в Китабе Заключение • Сеть НСОИ АФН является уникальным научным инструментом и обеспечивает 97% отечественных данных по ВОКО • В ИПМ им. М.В. Келдыша РАН создан Центр сбора, обработки и анализа информации по техногенным объектам в ОКП. Выполняется прогноз опасных событий на высоких орбитах • Обнаружено 960 ранее неизвестных ВОКО. Количество относительно ярких ГСО-фрагментов непрерывно увеличивается, это является неожиданным фактом, учитывая, что обзоры области ГСО проводятся уже несколько лет • В геостационарной области оказалось неожиданно значительное количество объектов нового класса - с большим отношением площади к массе, которые со временем начинают пересекать области высокоэллиптических и даже низких орбит • Выполняется развитие подсистем для сопровождения ярких и слабых КО, а также для расширенных обзоров области ГСО Информационная поддержка проекта НСОИ АФН Сайт: www.astronomer.ru Форум: http://astronomer.ru/forum/index.php
