Оптические и динамические характеристики геостационарных спутников "Экран"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ «ЭКРАН»

А.В. ДИДЕНКО, Л.А. УСОЛЬЦЕВА

Зав. лабораторией, к..ф-м.н., вед.науч. сотрудник, к..ф-м.н

Астрофизический институт им. В.Г. Фесенкова «НЦКИТ» НКА РК, г. Алматы

Проанализированы результаты астрометрических и фотоэлектрических, наблюдений выполненных наземными станциями РК 1988 - 2013 г.г. для 22 ГСС серии «Экран». Определены их интегральные оптические характеристики, подтверждены факты разрушения двух ГСС из этой серии (77092А и 79087А), показана эффективность совместного анализа координатной и фотометрической информации при оценке состояния КА на орбите.

Ключевые слова: геостационарная орбита, космический мусор, наземные наблюдения ГСС

Keywords: geostationary orbit, space debris, ground observations of GSS

аппарат космический наблюдение астрометрический

Данная работа является составной частью наших исследований, связанных с проблемой отождествления геостационарных спутников (ГСС) и фрагментов «космического мусора» на основе наземных оптических наблюдений. Методика получения и интерпретации координатной и фотометрической информации достаточно детально описаны в наших работах (напр. [1-3] и др.). Здесь мы приводим результаты анализа информации, имеющейся в нашей БД, по спутникам серии «Экран», наблюдения 1988-2013г.г.

ГСС «Экран» и «Экран М» широко представлены в советской группировке спутников связи. Они были смонтированы на базе универсальной спутниковой платформы KAUR - 3 c трехосной стабилизацией и солнечными панелями площадью 25 м², которые обеспечивали 1280 W. В дальнейшем эта платформа послужила основой для следующих поколений КА: «Горизонт», «Радуга», «Космос (Prognoz)», «Космос (Luch - Geizer)», «Экспресс». Характерная особенность «Экранов» - наличие фазированной решетчатой антенны площадью 12 м², работающей на 702-726 MHz, [4]. Практика наших наблюдений показывает, что каждый из перечисленных типов ГСС имеет свои индивидуальные оптические и динамические характеристики, которые позволяют отличить один тип от другого.

В таблице 1 приведен список из 22 космических аппаратов (КА) серии «Экран», наблюдавшихся наземными пунктами РК, для 17 из них вместе с координатной была получена и фотометрическая информация. В таблице указаны их международные номера, дата начала орбитальных наблюдений, интервал фотометрических наблюдений. В последнем столбце:

- тип КА на момент наблюдений: в активном (С) и в пассивном состоянии (L - либрационный, D - дрейфующий) и следующие величины, определенные на последнюю дату наблюдений:

- Dm - максимальный дрейф (град/сут), т.е. дрейф при прохождении долготы 75^о, для либрационных - без знака, для дрейфующих со своим знаком;

- P - период изменения долготы (в сутках), (для либрационных - период либрации);

- A - амплитуда либрации (в градусах)

Таблица 1 Список наблюдавшихся ГСС серии «Экран»

В качестве примера на рисунке 2 показаны фазовые кривые для ГСС «Экран 19» (88108А), наблюдения 26.09.1989 г.: объект стабилизирован, точка стояния л = 99^о10^?, наклон плоскости орбиты к плоскости экватора i = 0^о10^? , склонение Солнца д_с = 1^о. При фазовых углах ц = -70 ^о ч 70 ^о фазовые коэффициенты в трех спектральных диапазонах примерно одинаковы и имеют достаточно большое значение: в = 0.045^m/_гр , что свидетельствует о высокой степени затенения деталей поверхности друг другом.

Рис. 2 Фазовые кривые для ГСС «Экран 19» (88108А) в фильтрах B - ?, V-^ и R- ¦, наблюдения 26.09.1989 г. Штриховые линии - аппроксимация пластиной.

Аппроксимация фазовой кривой функциями простых геометрических тел не дает удовлетворительного результата. Некоторое согласие с уравнением, описывающим отражение от пластины, удается получить, если использовать значения блеска при больших фазовых углах (ц > 30^о), что также подтверждает наличие плоских элементов, приводящих к существенному затенению. На рисунке 2 данная аппроксимация обозначена штриховыми линиями.

На рисунке 3 приведена кривая блеска этого же КА, свернутая за период 209.8 сек, полученная после перехода его в нерабочее состояние, [5]. Единичный вектор нормали к поверхности, формирующей данные вспышки, на момент наблюдений имел координаты: X_n = 0.8960; Y_n = - 0.4315; Z_n = -0.1049, т. е. объект был ориентирован по отношению к наблюдателю под углом 25^о. Здесь X_n, Y_n, Z_n - компоненты единичного нормального вектора в экваториальной системе координат (начало - в центре масс объекта, ось X параллельна небесному экватору в направлении точки весеннего равноденствия, ось Y направлена в центр Земли, а ось Z - в полюс мира параллельно оси вращения Земли). Показатели цвета боковых вспышек: (B-V) ~ 0^m,16; (V-R) ~ 0^m,78 соответствуют зеркальным вспышкам от солнечных батарей, [6]. Центральный пик имеет (B-V) ~ 0^m,60; (V-R) ~ 0^m,50, что соответствует отражению от фазированной решетки.

Рис. 3. Кривая блеска ГСС «Экран 19» (88108А), свернутая за период 209.8 сек. Наблюдения 09.03.2013 г., фильтр R, фазовый угол ц = 21^о05^?.

Следует отметить, что на фазовых кривых ГСС «Экран», как стабилизированных, так и пассивных, нет вспышек, которые можно было бы интерпретировать отражением от вогнутых антенн. Рисунок 4 демонстрирует зависимость блеска ГСС «Экран 11» (83100А) от угла поворота КА относительно центра масс, ноль соответствует направлению оси рыскания на наблюдателя. Наблюдения проводились 23.09.2006 г. в трех фильтрах, шаг по времени Д t = 0,5 сек, кривые «свернуты» за период Р = 19,4 сек.

Рисунок 4 Кривые блеска КА «Ekran 11», наблюдения 23.09.2006г. фильтры B - -, V- - - и R- - •-.

На основе фазовых кривых для каждого из сопровождаемых объектов был построен фазовый портрет, определена ориентация КА на фиксированные моменты и вычислены эффективные площади отражения в полосах B, V и R с учетом эффекта старения покрытий [7]. В диапазоне ц = -70 ^о ч 70 ^о как для стабилизированных так и для нестабилизированных ГСС «Экран» (за исключением КА 77092А и 79087А) эффективные площади отражения оказались близки и составили: Sг_B = 1,56 ± 0,03м², Sг_V = 2,62 ± 0,03м², Sг_R = 3,19 ± 0,03м².

Особое внимание было уделено анализу имеющейся у нас информации для ГСС 77092А и 79087А. Согласно Киладзе Р.И. и Сочилиной А.С. [8], они входят в список объектов с непрогнозируемыми изменениями параметров орбитального движения. Нестандартное поведение этих КА может свидетельствовать об их фрагментации. Результаты наших расчетов показывают, что для всех наблюдаемых «Экранов» (кроме КА 77092А) углы наклонов и узлов по отношению к плоскости Лапласа на момент их запуска имеют близкие значения: i ~ 7^° 36^? и Щ ~ 270^°. Для объекта 79087А величины i и Щ практически не отличаются от этих значений. Для КА 77092А i ~ 8^° 25^? и Щ ~ 200^°, что указывает на нестандартную эволюцию орбитальных параметров и может быть следствием его разрушения.

Из анализа фотометрической информации следует, что величины эффективных площадей отражения для КА 77092А: Sг_B = 0,51 ± 0,05м², Sг_V = 0,54 ± 0,05м², Sг_R = 0,68 ± 0,05м². Для ГСС 79087А: Sг_B = 1,21 ± 0,05м², Sг_V = 2,12 ± 0,05м², Sг_R = 2,79 ± 0,05м². Очевидно, что эффективные площади отражения этих двух объектов отличаются от аналогичных величин для обычных «Экранов», причем эта разница существенно больше для КА 77092А чем для 79087А. Естественный вывод, который может объяснить уменьшение эффективной площади отражения объекта - его разрушение. По-видимому, фрагментация 79087А не настолько велика, чтобы это сказалось на величинах i и Щ.

Таким образом, полученные результаты подтверждают факты разрушения двух ГСС из серии «Экран» и доказывают эффективность совместного анализа координатной и фотометрической информации при оценке состояния ГСС на орбите.

Работа выполнена в рамках бюджетной программы 002 «Прикладные научные исследования в области космической деятельности», шифр О.0577

Список использованных источников

1. Диденко А.В., Демченко Б.И., Усольцева Л.А., Афонин А.Н. и др. Зональный каталог геостационарных спутников. Выпуск 2. - 2000. - Алматы. - Гылым. - 108 с.

2. Didenko A.V., Usoltzeva L.A. Mеthods of geostationary satellites' identification by the photometric information // Transaction of the KAU. - 2001. - № 2. - Р. 83-91.

3. Диденко А.В. Идентификация геостационарных спутников DSP по их орбитальным и фотометрическим характеристикам // Вестник КазНПУ им. Абая. Сер. «Физ-мат. науки». № 1(12). - 2005. - С. 76-80.

4. Gunter's Space Page http://www.skyrocket.de/space

5. Диденко А.В., Усольцева Л.А. Об определении периодов вращения геостационарного спутника (ГСС) вокруг центра масс // Известия НАН РК. Сер. «физ-мат.». - №4. - 2007. - С.90-93.

6. Муртазов А.К. Оптические свойства поверхностей ИКО и техногенных отходов в космосе // Околоземная астрономия и проблемы изучения малых тел солнечной системы. М. - 2000. - С. 262-268

7. Диденко А.В. О влиянии старения покрытий космического аппарата на его фотометрические характеристики // Вестник КазНПУ им. Абая. Сер. «Физ -мат. науки». 2005. - № 1(12). - С. 81- 84.

8. Киладзе Р.И., Сочилина А.С. Теория движения геостационарных спутников. С.Петербург: - 2008. - С.132.

Размещено на Allbest.ru