Conference KOLOS 2011 01.12.11.

Функционирование Украинской сети
оптических станций исследования
околоземного космического пространства
ЦПОСИ КНП
НЦУИКС
АО ЛНУ
НИИ НАО
НИИ АО ОНУ
ЛКД УжНУ
НИИ АО ОНУ
ЦПНР "Линза"
01.12.11.
Дунаевцы
Евпатория
Львов
Николаев
Одесса
Ужгород
Харьков
Николаев
Conference KOLOS 2011
- Рыщенко С.В.
- Рыхальский В.В.
- Благодыр Я.Т.
- Шульга А.В.
- Кошкин Н.И.
- Епишев В.П.
- Вакулик В.Г.
- Фоменко В.Б.
Содержание
Организационные основания функционирования Сети
Оптические системы контроля космического пространства других стран
Состав наблюдательной сети
Методы координатных наблюдений
Средства ведения каталога орбит
Некоординатные наблюдения и их обработка
Перспективы
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
2
Национальная космическая программа Украины
Первая Программа (1993 - 1997 гг.) - была призвана сохранить научный и
производственный потенциал космической отрасли в пользу национальной
экономики и безопасности страны, а также оказывать содействие выходу
Украины на международные рынки космических услуг.
Вторая Программа (1998 - 2002 гг.) - была направлена на формирование
внутреннего рынка космических услуг, выход на международный космический
рынок с собственной продукцией и услугами, интеграцию Украины в
международное космическое сообщество.
Третья Программа (2003 - 2007 гг.) - является программой развития
космических технологий, которые отвечают новым тенденциям космической
деятельности, потребностям экономического и научно-технического развития
страны.
Четвертая Программа (2008- 2012 г.г). - определять комплекс мероприятий,
направленных на использование космических средств в интересах общества, на
развитие высоких технологий, на качественно новый уровень международного
сотрудничества.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
3
СКАКО
система контроля и анализа космической обстановки
составная часть Национальной космической программы Украины
• Первая Программа (1993 - 1997 г.г.)
Вторая Программа (1998 - 2002 г.г.)
• Третья Программа (2003 - 2007 г.г.) - Проект "Спостереження".
• Система контроля и анализа космической обстановки, баллистическое
обеспечение полетов космических аппаратов, создаваемых в Украину
космических систем.
•
Цель проекту: обеспечение информацией о результатах анализа
космической обстановки; разработка методик и программ баллистического
обеспечения полетов космических аппаратов "Сич-1М", "Сич-2".
• Четвертая Программа (2008 - 2012 г.г). - Проект "Спостереження".
• Обеспечение эксплуатации и развития системы контроля и анализа
космической обстановки (СКАКО).
•
Цель проекта: обеспечение опытной эксплуатации системы контроля
и анализа космической обстановки, модернизация действующих и создание
новых технических средств, совершенствование программного обеспечения
Центра контроля космического пространства, расширение наблюдательной
сети
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
4
Оптические системы контроля
космического пространства
других стран
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
5
США
Оптическая станция воздушных Сил в МАУИ (AMOS)
Основные задачи АМОС
1) Поддержка запусков тактических и
стратегических ракет с Vandenberg и Kauai;
2) Выявление и отслеживание орбитального
мусора и наблюдение специальных
операций Шатла и спутников
3) Лазерная дальнометрия спутников
Адаптивный телескоп – 3.67 м
Приемный телескоп 1.6м
Вспомогательный приемный телескоп - 0.4 м
Приемно–излучающий телескоп - 0.8 м
излучающий телескоп – 0.6м
Два телескопа 1.2 м на общей монтировке
GEODSS: 3 телескопа - 1 м., работающих в кадровом
режиме с полем зрения 2 град.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
6
Россия
Оптико-электронный комплекс "Окно"
Комплекс "Окно", предназначен для автоматического обнаружения
высокоорбитальных космических объектов на высотах до 40,000 км,
определения их орбит, установления класса, предназначения, состояния и
национальной принадлежности.
По сравнению с традиционными радиолокационными средствами комплекс
имеет значительно большую дальность действия и более высокую точность
измерения параметров космических объектов как на геостационарных, так и на
высокоэллиптических орбитах .
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
7
Евросоюз
телескоп для наблюдения космического мусора
Европейского космического агентства
Диаметр зеркала 1м
Монтировка Английская
Оптическая схема Ричи-Кретьен
Поле зрения 1 град.
Звездная величина регистрируемых
объектов при экспозиции в 1-2 сек. 21-22,
т.е. на геостационарной орбите может
наблюдать мусор диаметром 10-20 см.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Телескоп расположен на
территории оптической
наземной станции в Teide
обсерватории
Tenerife, Канарские острова
8
Япония
центр охраны космического пространства в Bisei
BSGC – первый в мире центр
учрежденный специально для
отслеживания астероидов и
космического мусора.
BSGC построен в 2000 г. в Bisei-cho,
Okayama .
Наблюдения искусственных спутников
ведутся в двух направлениях:
• наблюдение небесных тел на
геостационарной и геосинхронной
на неподвижном телескопе
• наблюдение искусственных
спутников и космического мусора на
низких орбитах в режиме
сопровождения.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
9
Пулковская кооперация оптических наблюдателей
(ПулКОН)
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
10
Состав объектов
в околоземном космическом пространстве
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
11
“Заселенность” околоземного космического пространства
7.00%
16.90%
Number  1 274
Mag
 10 - 19
Speed/sec  0" - 5"
76.10%
Geosynchronous Orbit (~36000 km)
Low Earth Orbit (200 - 2000 km)
Other Orbits
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Number  11 591
Mag
 4 - 16
Speed/sec  0.05 - 2
12
Столкновения на низких орбитах
Китайская ракета в ночь на 12 января 2007 года успешно сбила
старый метеорологический спутник, который находился на орбите примерно в
800 километрах от Земли.
По имеющимся у США данным, в результате испытания Китаем
противоспутникового оружия в космосе сейчас находятся более 2600 (размером более
10 см) отслеживаемых осколков и около 100 тысяч осколков, которые слишком малы
для того, чтобы их можно было отследить
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
13
Столкновения на низких орбитах
Российский военный аппарат
"Космос-2251" и американский
аппарат Iridium-33.
10 февраля 2009 года в 19:56 по
московскому времени на высоте
около 800 км.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Маневры по предотвращению
столкновения
космических
аппаратов в 2009 году
14
Вероятность столкновение
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
15
Задачи Состав Методы наблюдений УМОС
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
16
Задачи наблюдательной сети
• Координатные наблюдения КО (ИСЗ, КМ)
• «Ведение» каталога КО
• Расчет параметров сближений КО (ИСЗ, КМ)
• Расчет “целеуказаний” КО (ИСЗ, КМ)
• Фотометрические наблюдения КО (ИСЗ)
• Определение параметров стабилизации КО
(оси и периоды вращения ИСЗ)
• Получение «образов» КО (ИСЗ)
• Обеспечение функционирование сайта Сети
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
17
Координатные наблюдения
низкоорбитальных объектов
Львов
Ужгород
Дунаевцы
Николаев
Одесса
Евпатрия
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
18
Зоны высот КО для наблюдений
телескопов Сети
100 км
25 000 км
50 000 км
LEO
MEO
GSO
HEO
01.12.11.
200  2000 km
2000  36000 km
50000 km
36000 km
36000  200000 km
Conference KOLOS 2011
19
Координатные наблюдения
низкоорбитальных объектов
Город
Телеско
п
Объектив
F/D
Поле
зрения
Мех сопр.
mag
Тип камеры
Евпатория
АЗТ-28
750 / 230
0.4 × 0.3
+
9
CCTV
Дунаевцы
АЗТ-28
8000 / 500
0.2 × 0.25
+
9
ТВ трубка
1500 / 300
1.4 × 1.4
-
13
CCD + TDI
85 / 47
4.2 × 3.2
-
11
CCTV
КТ-50
3000 / 500
0.7 × 0.7
-
14
CCD + TDI
АФУ-75
750 / 260
2.8 × 2.8
-
13
CCD + TDI
Видео
85 / 47
4.2 × 3.2
-
11
CCTV
3000 / 500
0.65 × 0.5
+
11
CCTV
85 / 56
4.2 × 3.2
-
11
CCTV
САК
Николаев
Одесса
КТ-50
Львов
ТПЛ-1М
(гид)
250 / 100
1.5 × 1.1
-
10
CCTV
ЛД-2
85 / 56
4.2 × 3.2
-
11
CCTV
ТПЛ-1М
(гид)
85 / 56
4.2 × 3.2
-
11
CCTV
Ужгород
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
20
Фотометрические наблюдения
низкоорбитальных объектов
Львов
Ужгород
Дунаевцы
Одесса
Евпатрия
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
21
Фотометрические наблюдения
низкоорбитальных объектов
Город
Телескоп
Объектив
F/D
Тип камеры
Фильтр
Евпатория
АЗТ-28
750 / 230
CCTV
Integral
Дунаевцы
АЗТ-28
8000 / 500
Фотометр
Integral + G
Одесса
КТ-50
3000 / 500
CCTV
Integral
ТПЛ-1М
250 / 10
CCTV
Integral
ЛД-2
? / 350
Фотометр
B+V
ТПЛ-1М
11000 / 1000
Фотометр
V
АФУ-75
1000 / 10
Фотометр
B+V
Львов
Ужгород
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
22
Наблюдение высокоорбитальных объектов
Николаев
Евпатрия
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
23
Наблюдение высокоорбитальных объектов
Город
Телескоп
Объектив
F/D
Поле
зрения
mag
Тип камеры
Евпатория
АЗТ-8
2800 / 700
0.75 × 0.75
17
CCD
САК
1500 / 300
1.4 × 1.4
16
CCD + TDI
КТ-50
3000 / 500
0.7 × 0.7
17.5
CCD + TDI
Николаев
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
24
Методы координатных наблюдений
• Способ накопления кадров со смещением (цифровое сопровождение) –
Николаев, Львов, Ужгород, Одесса
• Режим ВЗН с поворотной платформой (электронное сопровождение) –
Николаев
• Привязка к опорным звездам в режиме механического сопровождения –
Одесса
• Привязка к датчикам в режиме механического сопровождения –
Евпатория, Дунаевцы
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
25
Способ накопления кадров со смещением
(цифровое сопровождение) (НИИ НАО)
Фото
объектив
Один кадр
Накопление кадров
Накопление кадров
со смещением
Експ = 0.04 с
CCTV
камера
01.12.11.
Возможности:
Высота орбиты
Масса
ЭПО
Точность
Conference KOLOS 2011
Експ = 2.00
200 - 2000 km
>=50 kg
>=0.2 m²
~10"
26
Режим ВЗН с поворотной платформой
(электронное сопровождение) (НИИ НАО)
Поворотная платформа
Обычный кадр
01.12.11.
ПЗС камера с режимом
временной задержки накопления
Кадр с поворотом
Conference KOLOS 2011
Кадр с поворотом
в режиме ВЗН
27
Примеры наблюдений
цифрового и электронного сопровождения
LEO
Дист: 1180 km
Скор: 0.28 °/sec
Эксп: 2.2 sec
Дуга: 0.62° (110 pix)
01.12.11.
SSO
Дист: 21500 km
Скор: 1760 "/min
Эксп: 20 sec
Дуга: 590" (180 pix)
Conference KOLOS 2011
NEO
Дист: 0.01 AU
Скор: 68 "/min
Эксп: 45 sec
Дуга: 51" (32 pix)
28
Определение координат и фотометрия ИСЗ на фоне звезд
(НИИ АО ОГУ)
ИСЗ 07012B
(SaudiSat),
11 мая 2007
Обработка
видеокадров
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
29
Наблюдательные компании
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Поддержка стартов ракетоносителя ДНЕПР
ГОД
2005
КА
Днепр - Восток
АО
НЦУИКС
НИИ НАО
2006
Днепр - Гинезис
НЦУИКС
Днепр – Гинезис2
НИИ НАО
Днепр – БелКА
2007
Днепр - ТЕОС
НЦУИКС
Днепр - РэпидАй
НИИ НАО
АО ЛНУ
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
31
Подготовка новой программы СКАКО
(октябрь – ноябрь 2009 г)
Внутренняя точность
Возмущенная
орбита
(много витков)
 α.,δ
Станция
Ночи
ИСЗ
Положения
Кеплер орбита
(один виток)
 α.,δ
Николаев
11
84
2585
±(1."4 ÷ 5."6)
± (1."7 ÷ 20."9)
(3m ÷ 10m)
Львов
3
22
312
±(0."5 ÷ 3."5)
± (1."2 ÷ 29."2)
(3m ÷ 12m)
Ужгород
4
33
824
±(2."3 ÷ 5."8)
-
Одесса
5
10
32973
±(1."2 ÷ 8."3)
± (2."8 ÷17."7)
(3m ÷ 8m)
12
149
36694
Всего:
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
32
Распределение по эффективной поверхности отражения
низкоорбитальных объектов
RSC
NORAD – открытый список NORAD
ССTV – объекты наблюдавшиеся способом накопления кадров со смещением
ЦККП – приоритетный список ЦККП Украины
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
33
Наблюдения КА “EgyptSat-1”
(27 июля – 23 сентября 2010 г.)
С 27 июля по 23 сентября на протяжении 12 ночей было проведено 20
проводок астрометрических и фотометрических измерений.
При этом три пролета КА (27 июля, 4 и 11 августа) наблюдались синхронно.
Измерительный
инструмент
Количество
ночей
Количество
проводок
Синхронных
проводок
АЗТ-28 (НЦУИКС)
6
6
2
АЗТ-28 (ЦПОСИ КНП)
1
1
0
КТ-50 (ОАО)
2
2
2
ТПЛ-1М (АО ЛНУ)
4
6
1
ТПЛ-1М (ЛКД УНУ)
4
5
1
17
20
6
Всего
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
34
Моделирование кривых блеска
EgyptSat
Смоделированная
Наблюденная
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Нестабилизированная ориентация
Стабилизированная ориентация
35
Старт КА Сич-2, Експрес АТ4
(17 августа – 24 августа 2011 г.)
Станция
ИСЗ
(проводки)
Положения
5
68
336
Львов
(к)
4
25
166
Ужгород
(ф)
1
1
220
Одесса
(к+ф)
3
9
37 312
Евпатория
(к+ф)
6
78
18
180
Conference KOLOS 2011
Точность
Кеплер орбита
(один виток)
α.,δ
Николаев
(к)
Всего:
01.12.11.
Ночи
Возмущенная
орбита
(много витков)
α.,δ
37814
36
Наблюдения геосинхронных космических объектов
Год
2008
2009
2010
Всего
Общее количество положений
4352
23851
9148
37351
Количество положений в каталоге
4352
19065
8466
31883
В % от общего числа наблюдений
100
79.9
92.5
85.4
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Распределение по эффективной поверхности отражения
геосинхронных объектов
RSC
NORAD – открытый список NORAD
ССTV – объекты наблюдавшиеся в НИИ НАО
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
38
Наблюдение образов низкоорбитальных ИСЗ
2009 -2010
Телескоп АЗТ-28 (Евпатория) F=8000м, D=500м
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
39
Обработка образов низкоорбитальных ИСЗ
Метод
спекл-интерферометрии.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
40
Эфемеридное обеспечение
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
ЦККП – НИИ НАО
2004 - 2008
Программное обеспечение (PIBOKOS) - численного прогнозирования движения КО, на
низких (400 - 2000 км), высоких (2000 - 20000 км) и геостационарных орбитах (~ 36
000 км) методом Рунге-Кутта и Адамса пятого порядка с учетом геогармоник
тяготения к шестнадцатому порядке, Солнечно-Лунных возмущений, влияния
плотности верхних слоев атмосферы и светового давления.
Программа PIBOKOS выполняет вычисления при наличии предварительных данных
элементов возмущенной орбиты в формате каталога NORAD и имеет возможность
расчета элементов возмущенной орбиты КО по многопунктним и многовитковом
оптическим наблюдениям КО, а также с использованием наклонной дальности по
данным лазерных дальномеров и радиотелескопов
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Николаев – Одесса
2005 - 2009
Программа - KeplerOrbita:
•
•
•
•
•
рассчитывает Кеплеровы элементы орбиты КО, движущегося на околоземной орбите, в случае, когда
помимо угловых координат имеются измерения наклонной дальности.
оценивает изменение точности наблюдений в течение времени наблюдений, либо изменение элементов
орбиты, если точность наблюдений достаточно высока.
обеспечивает вычисление эфемериды КО с произвольным шагом времени по заданным элементам
кеплеровой орбиты. Элементы орбиты задаются в международном формате NORAD.
учитывает возмущение движения спутников Земли со стороны Солнца, Луны и больших планет
используется динамическая библиотека JPL.DLL, совместно с модулем JPLEPH, позволяющих реализовать
модель Солнечной системы на основе численной теории DE405.
реализует численное интегрирование системы произвольных дифференциальных уравнений методом
Рунге-Кутта 10 порядка.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Одесса - Николаев
2009 - 2011
Программа – Terrasat.
Для первичного определения вектора состояния (x, y, z, Vx, Vy, Vz), на момент наблюдений,
использовался аналитический метод Лапласа.
Далее методом дифференциальных поправок проводится коррекция первичного вектора состояния
численным методом Эверхарт 15-го порядка, используя автоматическую коррекцию шага
интегрирования, решая дифференциальные уравнения движения и определяется орбита КО.
Как начальные условия используются скорректированный первоначальный вектор состояния.
В процессе интегрирования учитывается следующие возмущающие факторы:
• возмущения от геопотенциала (до 15 порядка зональных и тесеральних гармоник);
• возмущения от Луны и Солнца (положение Луны и Солнца вычисляются с помощью численной
модели DE405);
• возмущения от светового давления.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Расчета сближений
Object1
Object2
Date
Time
Distance (m)
12154
08.04.2010
19:31:13.9584
783.7547
31698
31798
08.04.2010
19:49:39.3692
4684.7796
31698
33891
09.04.2010
08:28:55.8243
9993.0215
31698
35648
08.04.2010
21:20:49.8100
5218.9462
y = 17 + 0.23×x + 7×10-6×x2.
Частота сближений до 5 км
[ 1 / (30 day * 1km) ], 2011г.
27391
февраль
2500
Март
2000
Апрель
1500
Май
Июнь
1000
Июль
500
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Высота [км]
Частота сближений объектов размером более 10 см
из списка http://www.space-track.org.
В течении года на расстояние
менее 1-го метра сближаются 17 КО
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Частота сближений в зависимости от высоты.
Выборка: февраль-июль 2011г.
45
Средства ведения каталога орбит
• Определение начальных элементов орбит по наблюдениям
на одном витке
• Уточнение орбиты по наблюдениям на нескольких витках,
сравнение новых наблюдений с существующей орбитой
• Расчет целеуказаний для наблюдательных пунктов
• Внешнее сравнение наблюдений с эфемеридой ILRS
• Представление данных на сайте
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
46
Интернет каталог НИИ НАО
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
47
Перспективы
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Перспективы развития УМОС по наблюдениям
низкоорбитальных КО
Львов
АФУ-75
Шепетовка
ВАУ
Киев
ТПЛ
Харьков
КТС
Ужгород
SBG
АФУ-75
+ 15 телескопов
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Одесса
КТС
Евпатория
ТПЛ
Лава
КрАО
Кацевели
SBG
ТПЛ
АФУ-75
49
Перспективы развития УМОС по наблюдениям
низкоорбитальных КО
Львов
80 см
+ 6 телескопов
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
Киев
АЗТ-2 ГАО НАНУ
АЗТ-8 АО КНУ
Харьков
АЗТ-8
Одесса
80 см
КрАО
Кацевели
Цейс-600
50
МобиТел в Крыму
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
51
Легкие телескопы для наблюдений
низкоорбитальных ИСЗ
LEO objects control
telescope prototype for wide
remote computer-aided
network creation
Developed by CASD “Lens”
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
52
Задачи наблюдательной сети
В рамках функционирования программы СКАКО и выполнения
научных планов астрономических обсерваторий в Украине создана сеть
оптических станций по контролю околоземного космического
пространства обеспечивающая :
•
•
•
•
•
•
координатные наблюдения КО (ИСЗ, КМ),
«ведение» каталога КО,
расчет параметров сближений КО (ИСЗ, КМ),
расчет “целеуказаний” КО (ИСЗ, КМ),
фотометрические наблюдения КО (ИСЗ),
определение параметров стабилизации КО,
(оси и периоды вращения ИСЗ),
• получение «образов» КО (ИСЗ),
• функционирование сайта Сети.
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
53
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
ПРИГЛАШАЕМ К СОТРУДНИЧЕСТВУ!
01.12.11.
Conference KOLOS 2011
54