|
|
|
|
|
|
|
|
Международная научная конференция
"Наблюдение околоземных космических объектов" Звенигород, 23-25 января 2007
Наблюдения низкоорбитальных КО с телевизионной ПЗС-камеройН.Бурлак, В.Драгомирецкий, Н.Кошкин, А.Рябов, Л.Шакун.
НИИ Астрономическая обсерватория Одесского национального университета им. И.И.Мечникова
Отдел космических исследований Число космических объектов на околоземных орбитах неуклонно растет. Максимальная объемная плотность наблюдается на высотах так называемых низкоорбитальных КО (пики на ~800-1300 км и на ~1400-1500 км) и достигает одного тела в кубе со стороной около 300 км. В силу специфики геостационарной орбиты на высоте ~35800 км также наблюдается пик концентрации КО и их фрагментов, однако, средняя объемная плотность в этом регионе пока на 2 порядка ниже.
  В результате торможения в атмосфере низкоорбитальные КО дрейфуют к поверхности Земли и эти орбиты "самоочищаются". Однако неизбежные столкновения КО с "космическим мусором" приводят к неуклонному росту числа тел на орбите. Модельные расчеты показывают, что плотность на низких орбитах достигла такой величины, что даже при отсутствии новых запусков число объектов останется постоянным из-за разрушения существующих в результате взаимных столкновений и имеющих место взрывов на орбите [1].
 На этом рисунке показано распределение по высоте орбит фрагментов разрушения третьей ступени китайского РН CZ-4 произошедшего 11 марта 2000 после выполнения полетного задания в результате взрыва остатков топлива. Больше чем 300 обломков были официально каталогизированы. 176 каталогизированных обломков оставалось в орбите на 17 января 2005. А 17 января 2005 произошло случайное столкновение между обломком китайской ракетной ступени, которая взорвалась в марте 2000, и американской ракетной ступенью, запущенной в 1974 году!
 Разрушение ступени РН CZ-4 в марте 2000 г. (1999-057C, Sat. No. 25942)
 Столкновение между американской ракетной ступенью запущенной в 1974 году и обломком китайской ракетной ступени, которая взорвалась в марте 2000.
Торможение ИСЗ в атмосфере Элементы орбиты ИСЗ КТ-50Конец 2006 года ознаменован серией взрывов на низких орбитах [2]. 17 ноября при входе в плотные слои взорвался российский Космос-2423. 4 ноября вторая ступень американской ракеты Дельта-IV после выведения полезного груза на орбиту и перед входом в плотные слои также "отделила" около 60 фрагментов мусора. 3 декабря взорвалась вторая ступень ракеты Дельта-II, 17 лет находившаяся на орбите. В августе и в декабре 2006 года взорвались соответственно две вторые ступени ракеты Н-2А. К счастью, низкая высота перигеев орбит образованных фрагментов стала причиной быстрого схода их с орбит.
Для прогноза (и, возможно, предотвращения) столкновения действующих КА с другими телами необходим мониторинг и контроль околоземного космического пространства.
Радиолокационные средства контроля позволяют обнаруживать на низких орбитах тела размером в несколько сантиметров и определять их орбиты с точностью необходимой для ведения каталога орбит. Оптические измерения позволяют на порядок повысить точность прогноза движения КО.
В Астрономической обсерватории Одесского университета для исследования движения низкоорбитальных КО работает наблюдательный комплекс на базе телескопа КТ-50 на скоростной альт-азимутальной монтировке.
В главном фокусе телескопа с зеркалом 50 см установлена ПЗС камера, работающая в ТВ-режиме, для записи видео-файла с изображением КО на фоне быстро движущихся звезд.
Синхронная регистрация измерений, поступающих с угловых датчиков, установленных на осях телескопа, позволяет при обработке автоматически "подключить" астрометрический звездный каталог.
Съем координат ИСЗ на фоне звезд KT-50: Ciч-1, июль 2005
  Пример оцифрованного изображения. На изображении спутник и две звёзды
Обработка координатной информацииНа этих двух рисунках показан вид интерфейса программы CompAviCatalog, которая обрабатывает последовательные кадры, выделяет изображения всех объектов в кадре и вычисляет координаты КО относительно попавших в поле зрения звезд в системе каталога.
  Следующий рисунок демонстрирует "недостатки" абсолютного метода измерений по датчикам. При несбалансированности телескопа, расхождение координат центра изображения (оси телескопа), полученных угловыми датчиками и вычисленных по изображениям отождествленных звезд, может иметь систематический ход и достигать больших величин. Высокочастотная модуляция на рисунке определяется ошибками сопровождения быстродвижущегося КО.
 Положение центра изображения необходимо уточнить по наблюдаемой конфигурации звёзд. При отождествлении звёзд по конфигурации используются измеренные взаимные расстояния между звёздами. Поэтому этот метод применим только, когда на изображении присутствует две и более звёзд.
Для этого необходимо знать ряд постоянных изображения. Так, если в конфигурациях мы используем только расстояния между звёздами, то нам достаточно хорошо знать масштаб изображения, так как он инвариантен относительно поворотов изображения.
Если мы хотим использовать координаты X и Y, то нам уже должны быть достаточно хорошо известны четыре постоянных изображения, которые отвечают за масштаб, угол поворота системы координат и за косоугольность системы координат. Оставшиеся две постоянные изображения отвечают за положение начала координат, и мы их собираемся уточнять от кадра к кадру.
Фактически если у нас есть предварительная хорошая оценка шести постоянных изображения, то задача сводится к случаю аналогичному с одной звездой.
Надёжность правильно отождествления звёзд методом конфигураций возрастает с увеличением звёзд на изображении. Однако нам часто приходится довольствоваться двумя-тремя звёздами на изображении. Поэтому применение раздельных конфигураций по Х и Y может повышать надёжность правильного отождествления звёзд несмотря на меньшую надёжность (точность) определения четырёх постоянных изображения, чем точность определения масштаба изображения.
Таким образом, необходимо предварительно оценить масштаб изображения или все четыре постоянных изображения.
 Для каждого видео кадра определялись постоянные изображения
X=ax+by+x0
Y=cx+dy+y0 где x и y – координаты звёзд в системе изображения, измеренные в единицах ширины кадра;
X и Y – идеальные координаты звёзд в градусной мере; x0 и y0 – положение начала системы координат кадра в идеальных координатах; a, b, c, d – четыре постоянных изображения.
Оценка угловой ширины кадра имеет разброс менее 0,2 пиксела, что представляется достаточным для оценки масштаба кадра.
точность регистрации времени: не хуже 0.1ms.
Применение фильтра к оцифрованному видеосигналу подавляет случайные шумы и яркие изображения занимающие несколько строк. В результате на изображении остаются только временные пакеты    Наконец можно убрать метки времени из оцифрованного видеокадра. Для частей кадра, в которых обнаружены метки времени можно применить фильтр. Тем самым метки времени будут заменены средним сигналом из соседних 6 пикселов, 3-х над строкой с меткой времени и 3-х под строкой с меткой времени.    Работа над описанной программой продолжается. Предварительные оценки указывают на возможность достижения внутренней точности измерения координат около 1-2 секунд дуги. Это позволит определять элементы орбиты КО с точностью, достаточной для прогноза и оценки степени опасного взаимного сближения низкорбитальных КО.
2 февраля 2007
Материалы доклада публикуются с разрешения авторов |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
КТ-50:
