О влиянии старения покрытий космического аппарата на его фотометрические характеристики

Размещено на http://www.allbest.ru/

О влиянии старения покрытий космического аппарата на его фотометрические характеристики

А.В. Диденко

(г. Алматы, Астрофизический институт им. В.Г. Фесенкова)

Космический аппарат (КА), находящийся на околоземной орбите, подвергается воздействию целого комплекса факторов: глубокий вакуум, невесомость, столкновение с метеоритами и частицами искусственного происхождения, корпускулярное и электромагнитное излучение различных видов и т.д. Вследствие этого меняются свойства поверхностей, что приводит к изменению механических, оптических и электрофизических характеристик материалов и элементов космического аппарата [1,2,3]. Не останавливаясь подробно на проблемах, которыми занимаются специалисты в области космического материаловедения, отметим здесь лишь те, которые, в той или иной степени, могут быть решены с помощью астрономических методов. Понятно, что изменения свойств поверхности аппарата приводят к изменению его отражающей способности. Этот факт можно зарегистрировать с помощью наземных фотометрических наблюдений. Если проводить такие наблюдения в течение длительного промежутка времени, то можно достаточно надежно выявить эффект «старения» материалов покрытия. В данной работе показано влияние этого эффекта на изменение величин цветовых коэффициентов отражения для нескольких геостационарных спутников (ГСС).

Подробное описание факторов, от которых зависит блеск космического объекта (КО), фиксируемого наземной системой слежения, дано в наших предыдущих работах, см., например, [4,5]. Поэтому здесь мы ограничимся лишь их перечислением, не вдаваясь также в детали получения и обработки фотометрической информации.

Известно, что регистрируемый в конкретном спектральном диапазоне блеск КО может быть выражен зависимостью:

(1),

где М - звездная величина Солнца в соответствующем диапазоне длин волн; S - площадь поверхности КО, освещаемая Солнцем; - спектральный коэффициент отражения; F(ц ) - фазовая функция; d - топоцентрическое расстояние КО.

Очевидно, что вариации блеска зависят от формы и пространственной ориентации объекта, оптических характеристик его покрытий, условий его освещенности и могут быть обусловлены тремя основными причинами:

- собственным вращением КО вокруг центра масс и прецессией оси вращения;

- обращением КО вокруг Земли, или изменением положения объект - наблюдатель, приводящие к изменению фазового угла ц (угол между Солнцем, КО и наблюдателем);

- временными изменениями характеристик покрытий ИСЗ (старением покрытий).

В качестве примера на рис.1 и 2 показаны: кривая блеска ГСС DSP 97008A и фрагмент той же кривой, приведенной к периоду полного оборота КО вокруг центра масс (9.86 сек). Изображения (снимки) объектов данного типа, можно найти, например, в [6], здесь мы не приводим их по чисто техническим причинам.

Рис.1 Кривая блеска ГСС DSP 97008А, фильтр R.

Рис.2 Фрагмент кривой блеска DSP 97008А, фильтр R, приведено к периоду 9.86 сек.

Приведение кривых блеска к полному периоду обращения позволяет выделить световой поток от отдельных элементов аппарата, используя при обработке аналитические зависимости для простых форм [7]. Вариации блеска индивидуальны для каждого конкретного КО и могут служить своеобразной характеристикой данного объекта или группы объектов одного типа (класса). В связи с этим весьма заманчивой представляется перспектива использовать их для определения формы наблюдаемого объекта, его ориентации в пространстве, скорости вращения, и ряда других параметров. Такие попытки предпринимались неоднократно, см., например, [8 -13]. Конкретные примеры отождествления типов геостационарных спутников на основе координатной и фотометрической информации, результаты вычислений некоторых параметров, присущих данному типу, даны в наших работах [8, 14, 15]. Стоит отметить, что во всех цитируемых выше статьях подчеркивается: при отсутствии априорных предположений точное определение перечисленных параметров и решение задачи отождествления объекта в целом, строго говоря, является неоднозначным или вообще неопределенным.

В формуле (1) измеряемой величиной является блеск объекта, все остальные вычисляются с привлечением той или иной дополнительной информации. Фазовая функция F(ц) строится на основе результатов наблюдений объекта при разных фазовых углах и отражает суточные и сезонные изменения блеска КО. Используя формулу (1) для конкретных элементов КА, можно рассчитать величину эффективной отражающей поверхности (произведение S ). В отличие от величина S не зависит от спектрального диапазона, в котором проводятся наблюдения (у нас это BVR). Воспользовавшись этим обстоятельством, можно вычислить относительные коэффициенты отражения Д(B-V); Д(V-R) .

На рис. 3 приведены зависимости изменения величины Д(B-V) от времени пребывания КА на орбите для трех типов ГСС ( G - Горизонт, R - Радуга, I - Интелсат). По оси ординат отложены вычисленные значения Д(B-V) в звездных величинах, по оси абсцисс - Т - время существования ГСС на орбите в годах.

Рис. 3 Зависимость относительных коэффициентов отражения от времени пребывания ГСС на орбите для объектов: Горизонт (G), Радуга (R), Интелсат (I).

покрытие космический аппарат фотометрический

На рисунке видно, что характер изменения Д(B-V) для объектов разных типов несколько различен, но для всех прослеживается четкая зависимость (B-V) от времени пребывания КА на орбите, причем наибольшие изменения происходят в течение первых трех лет. Наиболее логичным объяснением этого эффекта является старение покрытий аппарата, что приводит к перераспределению энергии в спектре отраженного светового потока. В нашем распоряжении есть многолетний наблюдательный материал, который позволяет строить аналогичные зависимости для ГСС других типов и использовать их в процессе отождествления ГСС.

Автор признателен сотрудникам Лаборатории наблюдений ИСЗ Астрофизического института за предоставленную возможность использовать материалы совместных наблюдений.

Литература

Космическое материаловедение. М., Наука, 1977.

Куликов В.М., Ладыгин Е.А. и др. Действия проникающей радиации на изделия электронной техники. М., Сов. Радио, 1980.

Крейнин Л.Б. , Григорьева Г.М. Солнечные батареи в условиях воздействия космической радиации // Cб. "Итоги науки и техники". Исследования космического пространства т.13, М., ВИНИТИ, 1979.

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

Демченко Б.И., Диденко А.В., Матягин В.С. и др. Автоматизация наблюдений подвижных космических объектов. Алма-Ата: "Наука", 1990, 158 с.

Encyclopedia Astronautica. http://www. astronautix.com

7. G.A. McCue, J.G. Williams, J.M. Morford. Optical Characteristics of artificial satellites // Planet. Spaсe Sсi., V. 19, 1971, P.P. 851-868.

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

9. A.V. Didenko, B.I. Demchenko, S.G. Nifontov, L.A. Usoltseva. Zone Cataloque and Principles of Identification of Geostationary Satellites. Fifth US / Russian Space Survaillance Workshop. September 24-27, 2003, P.P. 316-324.

10.Выгон В.Г., Багров А.В., Грошев В.Я. Определение формы и ориентации высокоорбитального ИСЗ «FERRET» по данным фотометрических наблюдений // Сб. Околоземная астрономия, М., «Космосинформ», 1998, С. 143-157.

11.Багров А.В., Выгон В.Г. и др. Исследование состояния аварийного геостационарного спутника по данным фотометрических наблюдений // Околоземная астрономия и проблемы изучения малых тел солнечной системы. Сб. научных трудов конференции под. ред. Л.В. Рыхловой, г. Обнинск 25-29 октября 1999г., М., 2000, С. 276- 290.

12.Клюев, Н.Ф., Кочелаев Ю.С., Терехов В.К. Алгоритмы распознания космических объектов по результатам измерения их блеска // Околоземная астрономия XXI века.- М.: Геос, 2001, С. 24-30.

13.Кочелаев Ю.С., Терехов В.К. Каталогизация и применение некоординатной информации о космических объектах // Околоземная астрономия XXI века.- М.: Геос, 2001, С. 31-35.

14.Диденко А.В., Усольцева Л.А. Определение оптических характеристик геостационарных спутников и земной атмосферы по их наблюдениям на границах земной тени // Космические исследования в Казахстане. Алматы: РОНД, 2002, С. 355-373.

15.Диденко А.В., Усольцева Л.А. Определение типа геостационарного спутника по данным фотометрических наблюдений // Научно-технический сборник "Новости науки Казахстана " Алматы, 2002 , № 2, С. 17-22.

Размещено на Allbest.ru