Анализ наземной оптической информации о геостационарном спутнике Казсат-1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Известия НАН РК

УДК 523.4

АНАЛИЗ НАЗЕМНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ГЕОСТАЦИОНАРНОМ СПУТНИКЕ KAЗСAT-1

А.В. ДИДЕНКО

Л.А. УСОЛЬЦЕВА

Совместный анализ координатной и фотометрической информации позволил проводить оценку оптических характеристик и пространственной ориентации Казсат-1 в течение всего периода наблюдений и выявить возможную причину возникновения нештатной ситуации. Полученные результаты показывают, что, при отсутствии телеметрической информации о спутнике (в случае его аварии или «несанкционированного» поведения на орбите), наземные оптические средства могут быть использованы для контроля состояния аппарата.

Первый геостационарный спутник РК, был изготовлен НПО им. М.В. Хруничева, запущен с космодрома Байконур 17 июня 2006 г. в 22,73 h UT, на геостационарную орбиту выведен 18.06.06 г. в 11,53h UT. В ноябре 2006 года началась его коммерческая эксплуатация - часть сетей телевещания и интернет - коммуникаций РК была переведена на Казсат-1. Проблемы с управлением спутником начались 09.01.2008г. в 06 h 25 m UT: в течение 11 часов связь с ним отсутствовала. Второй сбой в работе аппарата произошел 16 апреля 2008г., третий - 8 июня 2008 г. По данным, распространенным пресс- службой компании "Роскосмос", причиной неполадок могли стать проблемы в работе бортовой системы управления [1].

Сопровождение Казсат-1 оптическими наземными средствами РК. Анализ координатной информации.

С момента выведения спутника в точку стояния проводилось независимое оптическое сопровождение Кaзсaт-1 двумя наземными пунктами наблюдений (ПН) РК. ПН-1 расположен в г. Алматы, оснащен 70-см телескопом АЗТ-8 с автоматизированной телевизионной системой; ПН-2 - в г. Приозерске имеет сдвоенный 50-см телескоп АЗТ-28 с квантово-оптической системой [2]. Работу ПН-1 обеспечивали сотрудники Лаборатории наблюдений ИСЗ Астрофизического института им. В.Г. Фесенкова: Диденко А.В., Демченко Б.И., Усольцева Л.А., Афонин А.Н.; ПН-2 - сотрудники АО Казкосмос: Ким В.В., Зикрань В.А., Мошкалев В.Г., Пащенко Т.Н. по целеуказаниям из Алматы.

Согласно плану работ на ПН-1 с 16.06.06 г. проводился обзор геостационарной зоны в диапазоне долгот подспутниковых точек 85° - 105°E. 18.06.06 в 16,55h UT были зарегистрированы два новых объекта. Из оперативной обработки координатной информации следовало, что они были запущены одновременно, разделение произошло 18.06.06 в 13,5 h UT в подспутниковой точке 92°03ґ. Один из объектов имел восточный дрейф, период обращения вокруг Земли Р1= 23h 49m 28s.9, второй - небольшой дрейф на запад, Р2 = 24h 00m 26s.8. Фотометрические наблюдения, проведенные в следующие ночи, показали, что первый ГСС меняет яркость с периодом 12,97s, блеск второго остается постоянным.

Полученная до 20.06.06 информация (координатная и фотометрическая) позволили идентифицировать объект 1 как разгонный блок Kaзсат-1 (международный номер 06022D), а второй - как основной аппарат (06022A). Анализ фазовых кривых блеска и показателей цвета (см. [3]) показал, что этот период Казсат-1 был стабилизирован, панели солнечных батарей развернуты в штатном режиме. Эффективные площади отражения составили: = 0,78 ± 0,02 м2; = 0,91 ± 0,02 м2; = 1,24 ± 0,02 м2.

Из наблюдений также следовало, что 29.06.06 была проведена первая коррекция орбиты, аппарат остановлен в точке 91° в.д., 5 июля начался его перевод в зарезервированную точку стояния, при этом величина дрейфа составляла 0.76°/сут. После процедуры торможения 19 июля 2006г. Кaзсaт-1 был выведен на 102° 54ґ в.д. До 8 июня 2008 года спутник находился в точке стояния 103° в.д., а затем начал дрейфовать на запад, при этом Dm=0.225 град/сут., P=805.4 суток, A=28.0°. (Dm - максимальный дрейф, т.е. дрейф при прохождении долготы 75° Е, P - период либрации и A - амплитуда либрации, [2]). При сохранении динамики движения (т.е. в случае перехода Кaзсaт-1 в либрационный режим), к началу августа 2009г. он должен был дойти до точки 46.5° в.д. и затем начать обратный дрейф на восток. Однако наблюдения показывают, что после 22.10.08 спутник удалось «затормозить» и возвратить в исходную точку стояния.

За весь период сопровождения (с момента запуска по март 2009 г.) были построены 32 орбиты Казсат-1. В качестве примера в Таблице 1 для нескольких орбит приведены л - долготы точек стояния и i - наклоны плоскости орбиты к плоскости экватора, (UT - всемирное время наблюдений, Т1 - период вращения спутника вокруг Земли).

Таблица 1. Некоторые параметры характерных орбит Казсат-1.

Данные, приведенные в Таблице, позволяют проследить описанные выше «маневры» аппарата на орбите.

Анализ фотометрических наблюдений

Фотометрическое сопровождение Казсат-1 велось одновременно с получением координатной информации практически с момента вывода космического аппарата (КА) в точку стояния. Первоначальная цель этих наблюдений - пополнить нашу БД сведениями об оптических характеристиках вновь запущенного спутника. Но в работе Казсат-1 неоднократно возникали нештатные ситуации. Поэтому мы постарались регулярно отслеживать его «поведение» на орбите для того, чтобы показать, что наземная оптическая информация позволяет не только выявить сам факт наличия нестандартного состояния КА, но и возможные причины его возникновения. Ниже мы приводим некоторые результаты анализа информации, которая была получена после официальных сообщений о неполадках.

Процедура приема и обработки фотометрической информации достаточно подробно описана в наших работах [2 - 5], а в [4, 5] показано, что величину эффективной площади отражения Sгл можно использовать для контроля пространственной ориентации КА.

Первый отказ в работе аппарата произошел 09.01.08г. в 06 h 25 m UT, [1]. Выше мы уже упоминали, что после вывода Казсат-1 в точку стояния, т.е. при работе в «штатном» режиме, = 0,78 ± 0,02 м2; = 0,91 ± 0,02 м2; = 1,24 ± 0,02 м2. Из анализа фрагмента фазовой кривой Казсат-1, полученной в первой половине ночи 09.01.2008г., следовало, что эти величины почти вдвое уменьшились: = 0,33 ± 0,02 м2; = 0,46 ± 0,02 м2; = 0,67 ± 0,02 м2. Расчеты показывают, что такое уменьшение эффективных площадей отражения можно объяснить разворотом КА на 60° вокруг одной из осей вращения.

Очередная нештатная ситуация с Казсат-1, как сообщалось, произошла 8 июня 2008г. Ближайшие по времени фотометрические наблюдения проводились 10 - 13 июня 2008г. Были получены 33 последовательных BVR-ряда со скважностью 0,5 сек. В качестве примера на рисунках 1 и 2 показаны фрагменты кривых блеска КА в фильтре V по наблюдениям 11.06.08 и 12.06.08. Даже внешний вид этих кривых свидетельствует о нештатном состоянии аппарата: явно присутствует периодическая составляющая, при этом диапазон изменения яркости довольно большой (примерно 3m).

Рис. 1. Фрагмент кривой блеска Казсат- 1 в фильтре V, наблюдения 11.06.08г, начало наблюдений в UT = 20h16m52s.4, фазовый угол ц = 51°10?. Длина массива временного ряда Т1 = 745 сек., время накопления ?t = 0s,5 сек.

Рис. 2. Фрагмент кривой блеска Казсат- 1 в фильтре V, наблюдения 12.06.2008г., начало наблюдений в UT=19h00m23s.0, фазовый угол ц = 34°18?. Длина массива временного ряда Т1 = 745 сек., время накопления ?t = 0s,5 сек.

Анализ фотометрических рядов дал следующие значения скейлинговых коэффициентов: D0 = 2.3, D1 = 1.5, D2 = 1.67 [5, 6]. Т.о. есть основания предполагать, что в кривых изменения блеска присутствуют два периода, один из них связан с вращением КА вокруг центра масс, другой - с прецессией оси вращения. Для уточнения первого периода мы использовали способ, описанный в работе [7], при этом анализировали и поведение показателей цвета. За окончательную величину периода вращения КА вокруг центра масс было принято значение Р1 =587.5 сек. при Q=0.65 (рисунок 3), вычисленное по достаточно большому количеству кривых блеска (не менее пяти). оптический пространственный наземный аппарат

Рисунок 3 Кривая блеска КА KazSat-1 в фильтре V, приведенная к периоду Р1 = 587.5 сек, наблюдения 11.06.2008г..

Имея координатную и фотометрическую информацию о ГСС, можно попытаться оценить количество и тип конструктивных элементов КА, основываясь на характере кривых блеска, изменении показателей цвета, количестве вспышек и интервалов времени между ними [4,8]. Методы определения ориентации аппаратов цилиндрической формы впервые были разработаны Григоревским В.М. и др. [9]. Если известно точное положение спутника на орбите в моменты зеркальных вспышек на кривой блеска, то задача решается геометрическими методами [10,11,12].

Анализ показателей цвета зеркальных вспышек, зарегистрированных 10 -12 июня 2008г., позволил выделить вспышки, сформированные СБ и параболической антенной. Определение направления оси вращения и нормалей к поверхностям элементов производилось в неподвижной спутникоцентрической экваториальной системе координат.

В Таблице 2 в качестве примера приведены результаты расчета направления нормали к поверхности, формирующей световую вспышку от СБ и параболической антенны (А). Использованы следующие обозначения:

Дата - дата наблюдений, день-месяц- год;

UT - всемирное время в формате hh.mmsss;

Xn, Yn, Zn - компоненты единичного нормального вектора в экваториальной системе;

ц - фазовый угол в градусах;

Fn - геодезическая широта пересечения с поверхностью Земли нормали, формирующей световую вспышку.

Таблица 2. Результаты расчета направления нормали к поверхности, формирующей световую вспышку от солнечных батарей (СБ) и параболической антенны (А) Казсат-1.

Из анализа кривых блеска и поведения направления нормали к зеркально отражающим элементам Kazsat-1 следует, что вращение спутника имеет сложный характер. Наряду с вращением КА вокруг центра масс с периодом 587.5 сек, имеет место прецессия оси вращения, с углом около ±1°, при этом плоскость вращения наклонена к плоскости орбиты примерно на 17°. Период прецессии достоверно определить не удалось, можно лишь однозначно утверждать, что он превосходит интервал наблюдений, т.е. 250 мин.

Kazsat-1 был возвращен на штатную орбитальную позицию 30.10.2008г. после перезагрузки бортового компьютера, но 26.11.08 г. с 1h UT связь с аппаратом была вновь потеряна [1]. Фотометрические наблюдения проводились с 25.11.08 по 02.12.08 г.

25.11.08 в промежутке с 19h35m по 20h15m UT были зарегистрированы пульсации блеска с периодом Р = 143.3 сек., (рисунок 4). Спектральный анализ этих пульсаций и характера поведения направления нормали в ночь с 25 на 26 ноября, позволили предположить, что данные пульсации были вызваны не вращением КА, а рысканьем с последующим затуханием. Т.е. после небольшого разворота в той же плоскости, что и 8 июня, система ориентации спутника возвращала его в исходное состояние. По-видимому, основной причиной сбоя в работе Kazsat-1 явилась неустойчивая работа датчика ориентации на центр Земли.

Рис. 4. Кривая блеска КА KazSat-1 в фильтре V, приведенная к периоду 143.3 сек., наблюдения 25.11.08г.

Приведенные результаты наглядно показывают, что все нештатные ситуации в работе КА могут быть зафиксированы наземными оптическими средствами. Имея координатную и фотометрическую информацию, можно отслеживать пространственную ориентацию и изменение оптических характеристик спутника, и, как следствие, выявить возможную причину его «несанкционированного» поведения на орбите.

Работа выполнена в рамках ПФИ, шифр Ф-0351.

Литература

1. Диденко А.В. Исследование фотометрических характеристик геостационарных ИСЗ методами электрофотометрии // Автореферат диссертации. Одесса , 1992. 15 с.

2. 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.

3. Диденко А.В., Усольцева Л.А. Обработка электрофотометрических наблюдений геостационарных ИСЗ // Труды АФИ АН КазССР, т. 48, 1987, С.112 - 116.

4. Диденко А.В., Усольцева Л.А. Результаты анализа диффузной и зеркальных составляющих кривых блеска ГСС «Радуга». Известия НАН РК. Серия физико-математическая. 2008, № 4, С. 96-99.

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. Ланда П.С., Розенблюм М.Г. Сравнение методов конструирования фазового пространства и определение размерности аттрактора по экспериментальным данным// Ж. Тех-физики. М., 1989. т. 59. № 11. С. 1-5.

7. Методы исследования переменных звезд / Под. ред. Никонова Б. Б. М., 1971. 334 с.

8. Багров А.В., Выгон В.Г., Шаргородский В.Д., Рыхлова Л.И. Исследование состояния аварийного геостационарного спутника// Околоземная астрономия и проблемы изучения малых тел солнечной системы. М. 2000. С. 276-290.

9. Григоревский В.М. Определение положения оси вращения продолговатого спутника по отношению экстремальных значений блеска и их смещению// Бюл. Станции оптических наблюдений ИСЗ. 1960. № 12. С. 3-9.

10. Григоревский В.М. Определение ориентации ИСЗ в пространстве по фотометрическим данным // Бюл. Станции оптических наблюдений ИСЗ, 1959, № 10, С. 1-10.

11. Епишев В.П. Определение ориентации ИНТ в пространстве по их зеркальному отражению// Астрометрия и Астрофизика. 1983. т. 50. С. 89-93.

Резюме

Совместный анализ координатной и фотометрической информации позволил проводить оценку оптических характеристик и пространственной ориентации Казсат-1 в течение всего периода наблюдений и выявить возможную причину возникновения нештатной ситуации. Полученные результаты показывают, что, при отсутствии телеметрической информации о спутнике (в случае его аварии или «несанкционированного» поведения на орбите), наземные оптические средства могут быть использованы для контроля состояния аппарата.

The joint analysis of coordinate and photometric information has allowed to estimate the optical characteristics and spatial orientation of Каzsat-1 during all period of observations and to reveal the probable reason of supernumerary situation occurrence. The received results show that in case of its failure or "non-authorized" behavior in an orbit the ground optical means can be used for the control of sputnik's state

Размещено на Allbest.ru