Главная Новости ПулКОН РСДБ Обсерватории Публикации About us Контакт

Результат наблюдений АОС АЗТ-8 спутника КазСат-1

Кошкин Н.И.1 (e-mail), Лопаченко В.В.2 (e-mail)

1 Астрономическая обсерватория Одесского национального университета им. И.И.Мечникова, Украина.
2 Национальный центр управления и испытания космических средств, Украина.

УДК 629.7.066.1
Бюллетень Украинского центра
определения параметров вращения Земли №3.
Киев ГАО НАН Украины, 2008г.


В рамках научно-технического сотрудничества между НЦУИКС и Астрономической обсерваторией Одесского национального университета им. И.И.Мечникова, а так же исследовательской работы по расширению возможностей оптических средств НЦУИКС с целью получения и обработки некоординатной информации, была проведена серия наблюдений космического аппарата КазСат-1 (рис. 1), находящегося на геостационарной орбите. Наблюдения проводились с 20 августа по 24 сентября с использованием телескопа АЗТ-8, на который, в начале 2008г., была установлена новая ПЗС камера PL09000.

Собранный в Научно-производственном центре имени М.В.Хруничева, КазСат-1 был выведен на орбиту 18 июня 2006 года. В каталоге Стратегического командования США аппарату был присвоен номер 29230 (международное регистрационное обозначение 2006-022А) [1].

По данным официального сайта "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В.Хруничева" (http://www.khrunichev.ru) после завершения технологических работ КазСат-1, а также связанный с ним наземный комплекс управления и системы мониторинга связи, 17 октября 2006 года были переданы от производителя казахстанскому заказчику - АО "КазСат". В ноябре того же года началась коммерческая эксплуатация объекта - на спутник были переведены сети телевещания и интернет- коммуникации (рис. 2).

Рис.1 КазСат-1

Рис.2 Зона вещания КА

8 июня 2008 года в работе вещания КазСат-1 произошел критический сбой. Управление спутником было передано из Центра космической связи в г.Акколе в российский ЦУП "Сколково". По данным распространенным пресс- службой компании "Роскосмос", причиной неполадок могли стать проблемы в работе бортовой системы управления космического аппарата [2].

1. Орбитальная динамика и условия видимости КазСат-1

Расчет положения долготы подспутниковой точки КазСат-1, проведенный по орбитальным данным TLE ( http://www.space-track.org ) показал, что до 8 июня 2008 года спутник находился в точке геостационарной орбиты - 103 градуса восточной долготы, а после 8 июня начал дрейф на запад (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Фактическое изменение ДПТ КазСат-1

Прогноз дальнейшей эволюции орбиты свидетельствует о том, что при сохранении динамики движения от 28 сентября 2008г., в середине июля 2009г. КазСат-1 достигнет точки 46 градусов восточной долготы и начнет обратный дрейф на восток (рис. 1.2).

Рис.1.2 Прогноз изменения ДПТ КазСат-1

Расчет условий видимости КазСат-1 для наблюдательного пункта АЗТ-8 (НЦУИКС, Евпатория 19, Украина) показал, что в конце августа 2008г. данный объект находился в 7-ми градусах над горизонтом в восточной части небесной сферы. Если управление аппаратом не будет восстановлено, то к середине июля 2009г. КазСат-1 достигнет предельно возможного, для АЗТ-8, угла места 36 градусов.

При первом наведении телескопа АЗТ-8 в точку нахождения КазСат-1 было выявлено, что стена астропавильона на треть перекрывает апертуру телескопа. Однако, несмотря на это, на пробных кадрах объект был уверено обнаружен.

Таким образом, КазСат-1 доступен для наблюдения Евпаторийским телескопом АЗТ-8, а с учетом расчетного дрейфа КО на запад- до середины 2009г. условия наблюдений должны улучшаться.

2. Статистика наблюдений КазСат-1 АОС АЗТ-8

Наблюдения КазСат-1 АОС АЗТ-8 были проведены 20, 26 - 28 августа, 11 и 24 сентября 2008г. Условия и обобщенный результат представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Статистика наблюдения КО №29230

Момент наблюдений
[UTC]
Фазовый угол
[deg]
Угол места
[deg]
Число полученных кадров Оценка яркости
[m]
дата время
20.08.2008 22:00 - 22:10 72 .. 74 8.6 10 10.5 .. 13.8
26.08.2008 18:00 - 20:24 13 .. 48 9.0 245 10.7 .. 13.9
27.08.2008 17:45 - 20:50 09 .. 55 9.1 520 10.4 .. 14.5
28.08.2008 18:23 - 19:56 18 .. 41 9.2 234 11.4 .. 14.0
11.09.2008 18:32 - 19:52 19 .. 40 10.6 353 11.1 .. 14.3
24.09.2008 18:49 - 22:34 24 .. 79 12.2 985 11.3 .. 12.5

Первичная обработка полученных кадров проводилась программным комплексом "Apex" (автор: В.Куприянов, Пулковская обсерватория). В результате получен массив угловых координат объекта и его видимой звездной величины.

В 3-х из 6-ти наблюдательных ночей в поле зрения телескопа присутствовало несколько КО. Результат идентификации представлен в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Идентификация КО обнаруженных АЗТ-8


п/п
Дата наблюдений Номер (NORAD) обнаруженных КО
1 20.08.2008 29230, 28082, 33153
2 26.08.2008 29230
3 27.08.2008 29230
4 28.08.2008 29230
5 11.09.2008 29230, 27603
6 24.09.2008 29230, 30793, 27714

3. Результат наблюдений

В результате проведения шести сеансов наблюдений, были получены зависимости блеска КазСат-1 от времени. Изменения проводились без использования светофильтров. Период следования отсчетов составлял около 13 секунд и определялся суммой времени накопления и времени считывания. Разрывы в измеренных кривых блеска обусловлены ухудшением условий видимости и необходимостью поворота телескопа на точку по ЦУ.

Периодограммный анализ кривых блеска проведен специалистами Одесской обсерватории. Получено распределение спектральной энергии от частоты. Для удобства восприятия, на спектрограммах ось "x" имеет логарифмическую шкалу, на которой отложен период.

Каждый из полученных массив данных был также обработан с помощью алгоритмов непрерывного вейвлет преобразования "MHAT" и "WAVE". В результате обработки получен набор диаграмм, на которых представлено распределение спектральной энергии от времени. Применительно к изменению блеска КО, НВП MHAT способен выявлять одиночные и нерегулярные особенности сигнала, а НВП WAVE "специализируется" на выявлении волнообразных участков кривой блеска. На представленных ниже вейвлет диаграммах, по оси абсцисс отложено время наблюдений в минутах, по оси ординат- период (в минутах) спектрального сечения сигнала. Значение текущей энергии сигнала представлено в виде градаций яркости. С учетом того, что большей яркости соответствует меньшее значение звездной величины, красный цвет на диаграмме соответствует максимуму, а белый- минимум спектральной энергии.
3.1 Измерения 26 августа 2008г.

Зависимость звездной величины от времени представлена на рис. 3.1.1.

Рис. 3.1.1 Кривая блеска КазСат-1 26.08.2008г.

Результат вейвлет преобразования MHAT и WAVE на рис. 3.1.2 и 3.1.3 соответственно.

  

Рис. 3.1.2 НВП MHAT по данным 26.08.2008г.          Рис. 3.1.3 НВП WAVE по данным 26.08.2008г.

Спектр сигнала представлен на рис. 3.1.4

Рис. 3.1.4 Спектральное наполнение сигнала 26.08.2008г.
3.2 Измерения 27 августа 2008г.

Зависимость звездной величины от времени представлена на рис. 3.2.1.

Рис. 3.2.1 Кривая блеска КазСат-1 27.08.2008г.

Результат вейвлет преобразования MHAT и WAVE на рис. 3.2.2 и 3.2.3.

  

Рис. 3.2.2 НВП MHAT по данным 27.08.2008г.          Рис. 3.2.3 НВП WAVE по данным 27.08.2008г.

Спектр сигнала представлен на рис. 3.2.4

Рис. 3.2.4 Спектральное наполнение сигнала 27.08.2008г.
3.3 Измерения 28 августа 2008г.

Зависимость звездной величины от времени представлена на рис. 3.3.1.

Рис. 3.3.1 Кривая блеска КазСат-1 28.08.2008г.

Результат вейвлет преобразования MHAT и WAVE на рис. 3.3.2 и 3.3.3.

  

Рис. 3.3.2 НВП MHAT по данным 28.08.2008г.          Рис. 3.3.3 НВП WAVE по данным 28.08.2008г.

Спектр сигнала представлен на рис. 3.3.4

Рис. 3.3.4 Спектральное наполнение сигнала 28.08.2008г.
3.4 Измерения 11 сентября 2008г.

Полученная зависимость звездной величины от времени представлена на рис. 3.4.1.

Рис. 3.4.1 Кривая блеска КазСат-1 11.09.2008г.

Результат вейвлет преобразования MHAT и WAVE на рис. 3.4.2 и 3.4.3 соответственно.

  

Рис. 3.4.2 НВП MHAT по данным 11.09.2008г.          Рис. 3.4.3 НВП WAVE по данным 11.09.2008г.

Спектр сигнала представлен на рис. 3.4.4

Рис. 3.4.4 Спектральное наполнение сигнала 11.09.2008г.
3.5 Измерения 24 сентября 2008г.

Исходная зависимость звездной величины от времени представлена на рис. 3.5.1.

Рис. 3.5.1 Кривая блеска КазСат-1 24.09.2008г.

Результат вейвлет преобразования MHAT и WAVE на рис. 3.5.2 и 3.5.3 соответственно.

  

Рис. 3.5.2 НВП MHAT по данным 24.09.2008г.          Рис. 3.5.3 НВП WAVE по данным 24.09.2008г.

Спектр сигнала представлен на рис. 3.5.4

Рис. 3.5.4 Спектральное наполнение сигнала 24.09.2008г.

4. Сравнительный анализ.

Из рис. 4.1 следует, что измерения от 26 - 28 августа имеют общие периоды 8.4 и 4.1 минуты. В общем, спектры от 26 и 27 августа практически идентичны, а спектр за 28 августа в целом схож с ними по форме, но характеризуется небольшим смещением спектральных составляющих и другим перераспределением спектральной энергии.

Рис. 4.1 Сравнение спектров кривых блеска за 26-28 августа.

Следует заметить, период 8.4 минут содержит наибольшее количество спектральной энергии, и являются основными периодами блеска КазСат-1 (наблюдения 26-28 августа).

Данные вейвлет преобразования, как и спектр, так же указывают на то, что в измерениях 26 и 27 августа присутствуют четко выраженные периодические колебания (регулярные овальные образования красного цвета на рис.3.1.2, 3.1.3 и рис. 3.2.2, 3.2.3). Схожесть поведения кривых блеска в одинаковых условиях освещенности, по-видимому, обусловлено схожей ориентацией элементов конструкции КазСат-1.

В то же время, данные вейвлет преобразования за 28 августа значительно отличается от данных за предыдущие дни наблюдений. Вейвлет диаграмма характеризуются наличием энергетически слабых, но регулярных волновых пакетов, которые равномерно (с периодичностью порядка 16 минут) повторяются на всем интервале наблюдений (рис. 3.3.3). При этом волновой пакет, характеризующийся периодом 8-13 минут, в измерениях появился под конец наблюдений (80-я минута, рис. 3.3.3).

Особый интерес представляют измерения, полученные 27 августа (рис. 3.2.1). На интервале наблюдений в кривой блеска явственно присутствует низкочастотная и высокочастотная составляющие, которые в целом образуют амплитудно- модулированное колебание. БПФ не выявило этой составляющей спектра т.к. ее период практически совпал с интервалом наблюдений и выходит за пределы достоверности алгоритма расчета. На вейвлет диаграммах (рис 3.1.2 и рис. 3.2.2) амплитудно-модулированный характер кривых блеска отображен в виде дугообразного увеличения и уменьшения периодов волновых пакетов. Данное поведение кривой блеска может быть объяснено наличием прецессии оси вращения КазСат-1.

Если наложить измерения 26-28 августа на единую шкалу времени (см. Рис.4.2), то становится очевидным, что максимум пучностей кривых блеска 26 и 27 августа практически совпали (около 19:20 UTC), а пучность кривой блеска 27 августа по времени совпал с узловой точкой данных за 28 августа (около 19:10 UTC). В связи с тем, что эти три момента времени соответствуют схожим условиям наблюдений, существенная разница в поведении кривой блеска 28 августа относительно кривых блеска за 26 и 27 августа может быть объяснена изменением периода прецессии или параметров ориентации оси вращения. Другое объяснение может состоять в том, что зарегистрированный 26-28 августа блеск соответствуют различной ориентации оси вращения в ИСК, а схожесть измерений 26 и 67 августа является результатом сложной формы кривой блеска КазСат-1.

Рис. 4.2 Наложение кривых блеска 26-28 августа

Исходя из предположения, что пучности кривых блеска 26 и 27 соответствуют схожим параметрам ориентации оси вращения в ИСК, можно оценить средние периоды прецессии на интервалах 26-27 и 27-28 августа. Так, на интервале 26-27 августа ось вращения КА совершила целое количество оборотов вокруг оси прецессии и период прецессии кратен 1440 минутам. На интервале 27-28 августа ось вращения совершила несколько полных и один полуоборот вокруг оси прецессии за 1430 минут. Учитывая что:

Tp1 > 190 и Tp2 > 190
Tp1 ∙ n1 = 1440
Tp2 ∙ (n2+0.5) = 1430

где:
Tp1 - средний период прецессии на интервале между 26 и 27 августа;
Tp2 - средний период прецессии на интервале между 27 и 28 августа;
n1 - количество целых оборотов между наблюдениями 26 и 27 августа;
n2 - количество целых оборотов между наблюдениями 27 и 28 августа.

Получаем периоды 205.7 минут для Tp1, и 190.6 минут для Tp2, при n1=n2=7.

Что касается наблюдений 11 и 24 сентября, то их спектры значительно отличаются от спектров кривых блеска 26-28 августа. Между ними нет однозначных совпадений. При этом спектры измерений 11 и 24 сентября так же не соответствуют друг другу.

Данные вейвлет преобразования свидетельствуют о наличии в середине интервала наблюдений 11 сентября трех последовательных пиков яркости (рис. 3.4.2), характеризующихся периодом волнового пакета порядка 8 минут (два из которых содержат короткопериодические всплески, вызванные, вероятно, зеркальным отражением от поверхности солнечных батарей). Так же, на 20-й минуте наблюдений выявлен минимум волнового пакета с периодом порядка 40 минут и максимум волнового пакета с периодом порядка 25 минут на 60-й минуте наблюдений (рис. 3.4.3).

Вейвлет преобразование данных за 24 сентября показывает наличие в спектре сигнала разнообразных составляющих, которые относительно равномерно распределены и в частотной и временной области. При этом данные вейвлет анализа представленные на рис. 3.5.3 указывают на наличие в кривой блеска слабых, но устойчивых, периодических составляющих имеющих собственный период около 12 и 20 минут (уточненное значение, полученное из БПФ: 11.99 и 19.29 минут). Так же, на 80-й минуте наблюдений выявлен максимум волнового пакета с периодом 63.39 минут и минимум волнового пакета с периодом порядка 80 минут на 190-й минуте наблюдений (рис. 3.5.4).

5. Анализ зеркальных вспышек

Быстрое увеличение и спад яркости в кривых блеска КазСат-1 наблюдалось 27 и 28 августа, а так же 11 сентября. Вероятно, такое поведение обусловлено зеркальным характером отражения от поверхности солнечных батарей (рис. 5.1 - 5.3).

  

Рис.5.1 Зеркальные вспышки зарегистрированные 27.08.2008.

  

Рис.5.2 Зеркальные вспышки зарегистрированные 28.08.2008.

Рис.5.3 Зеркальные вспышки зарегистрированные 11.09.2008.

При наличии информации о моменте наблюдения зеркальной вспышки, мгновенных координат положения Солнца, центра масс объекта и наблюдателя существует возможность определения ориентации вектора нормали зеркальной поверхности (таблица 5.1). Необходимо отметить, полученный вектор нормали рассчитан с точностью, которая определяется ошибкой временной привязки зарегистрированного максимума блеска и неопределенностью сечения конуса зеркальной составляющей светового потока.

Таблица 5.1 Ориентация нормали поверхностей СБ КазСат-1

Момент зарегистрированной зеркальной вспышки
[UTC]
Вектор ориентации нормали зеркальной поверхности
[градусы]
Интервал времени между соседними вспышками Кратность периоду
504s
(8.4 m)
Дата Время Прямое восхождение Склонение
27.08.2008 17:54:57 162.446 8.2243  
20:15:19 -179.851 8.8808 8419s 16.70 ≈ 16.5
28.08.2008 18:32:03 167.999 8.1392  
18:48:08 170.026 8.1948 965s 1.91 ≈ 2
19:34:26 175.862 8.4141 2778s 5.51 ≈ 5.5
11.09.2008 19:03:52 -175.931 5.6009  
19:04:16 -175.880 5.6020 24s 
19:05:16 -175.755 5.6048 60s 
19:05:52 -175.680 5.6064 36s 
19:14:13 -174.633 5.6306 501s (08m21s) 0.99 ≈ 1

Четыре последовательных всплеска интенсивности светового потока от КазСат-1 зарегистрированные 11.09.2008 могут быть объяснены отражением от 4-х секций солнечных батарей, которые расположены приблизительно на одной плоскости, но имеют некоторые, относительно друг друга, углы раскрыва. С учетом двухстороннего покрытия панелей СБ, следующий за ними зеркальная вспышка, вероятно, является следствием разворота КазСат-1 на 180 градусов вокруг своей оси вращения. Это позволяет предположить, что полный период видимого вращения составляет порядка 16.7 минут.

Выявленный по зеркальным вспышкам от 11 августа период 8.35 минут близок к периоду в 8.4 минут, который был выявлен в спектре кривых блеска 26-28 августа. Это позволяет утверждать, что период вращения КазСат-1 вокруг оси на интервале времени 26 августа - 11 сентября значительно не изменялись.

Информация о положении в пространстве векторов нормали отражающих поверхностей СБ на коротком интервале времени, а так же предположение что эти вектора лежат в плоскости вращения, позволяет оценить возможную мгновенную ориентацию плоскости вращения КА. Для момента времени 11.09.2008 19:04 UTC получена следующая ориентация оси вращения (ИСК): прямое восхождение α≈16.94°, склонение δ≈84.25°.

6. Анализ измерений, проведенный специалистами Одесской обсерватории

Следует отметить, что кривые блеска КА "КазСат-1", полученные 26 и 27 августа очень похожи как по структуре, так и по величине блеска, в то время как кривая полученная 28 августа уже несколько отличается. На рис. 6.1, 6.2 показаны результаты попарного периодограммного анализа для 26+27 и 26+28 августа.

Рис. 6.1 Наложение спектров кривых блеска от 26 и 27 августа.

Рис. 6.2 Наложение спектров кривых блеска от 26 и 28 августа.

Очевидно, что пик на графиках соответствует половине наблюдаемого периода вращения КА и он хорошо выделяется для всех трех дат.

В анализе периодических процессов принято рассматривать "расчетный" период и вычисленные на его основе "расчетные" моменты экстремумов ("calculation" = C). Из наблюдений имеется ряд "наблюдаемых" ("observation" = O) моментов экстремумов.

Для периодических событий можно рассчитать вычисленные моменты:

TСi = T0 +P∙Ni,

где Р - период (предварительный), N - целое число циклов, T0 - любой момент (например первый максимум из наблюдённых), принятый за "начальный" (он тоже не точный, как и все остальные).

Квадраты разностей TОi - TСi или (О-С) минимизируем методом наименьших квадратов, и найдем поправки к T0 и P, получая уточненные (наиболее вероятные) значения линейной "модели" периодического процесса.

Измерив все моменты максимумов на кривой блеска КазСат-1 за 27 августа, были получены следующие расчетные значения моментов максимумов для четырех колебаний блеска приведенные к интервалу одного периода вращения КА:

Табл. 6.1 Максимумы блеска 27 августа.

Период Время момента максимума блеска [UTC], приведенное к единому началу отсчета
M1 17.915 - - - 19.000 - - 19.835 20.110 20.388
M2 - 18.252 18.522 18.797 19.073 19.350 19.631 19.910 - -
M3 18.046 18.309 18.585 18.860 18.142 19.420 - - 20.255 -
M4 18.118 18.385 18.652 - - 19.495 19.775 20.052 - -

Примем предварительное значение периода (из частотного анализа имеем для 26 и 27 августа Р = 0.275 часа) и T0 = 17.6 часа UTC. Оно произвольно, т.к. потом уточняется и лишь сдвигает график (О-С) от времени по оси у. Если процесс действительно строго периодический, а период Р неточный, то график (О-С) будет наклонной прямой линией и ее наклон и даст поправку к периоду. Для каждого ряда из 4 промеренных максимумов за цикл вращения нужно было бы брать свой начальный момент, а период вращения один общий. Для наглядности был взят один начальный момент, а остальные для других максимумов отличаются от него ровно на Р/4, Р/2 и 3Р/4 и тогда все графики (О-С) для каждой серии экстремумов должны "наложиться" (см. рис 6.3). По оси у отложено (О-С) в часах, а по оси х - номер цикла вращения. Длина кривой блеска около 2.5 часов, что соответствует 10 оборотам КА. Примечательно, все четыре кривые (О-С) для разных экстремумов показывают почти одинаковый ход со временем. Уклонения расчетных и измеренных моментов довольно велики. Кривые пересекаются, т.е. отрезок времени между соседними мах не постоянно равен Р/4, а несколько меняется. Пренебрегая ошибками измерений при фотометрии, этот ход (О-С) можно интерпретировать как реальные изменения кривой блеска из-за взаимного затенения конструктивных элементов на поверхности КА. Постоянного тренда кривых (О-С) не наблюдается, то есть принятый период "подправлять" нет оснований.

Рис. 6.3 Наложение графиков О-С максимумов блеска.

Используя найденный период вращения можно построить "среднюю" кривую блеска за один оборот КА для более подробного представления ее формы. Выбрав опять некий момент времени в качестве начального (T0 = 17.6 часа 27 августа) рассчитываем фазу каждого измерения по простой формуле f = T-T0/P, отбрасывая целую часть оборотов. Более того, поскольку кривые блеска 26 и 27 августа получены при подобных условиях и по форме очень похожи, мы легко можем оба ряда наблюдений связать одним периодом.

Таким периодом является Р = 0.275 часа = 16.5 минут. На рис. 6.4 показаны все наблюдаемые значения блеска КА в зависимости от фазы вращения КА. Зеленые точки соединенные тонкой линией соответствуют измерениям 27 августа, а розовые - измерениям 26 августа. Значения блеска имеют большой разброс из-за изменяющихся условий наблюдения, однако средние кривые за две даты хорошо совпадают. На кривой блеска от 27 августа видны зеркальные вспышки. Одна из них лежит на фазе вращения f = 0.110, а две близкие другие отстоят приблизительно на полпериода f = 0.593 и 0.606. Это похоже на блики от больших плоских элементов, наблюдаемых с двух сторон, например, панели солнечных батарей. На рис. 6.5 приведены для наглядности только сглаженные средние кривые за 26 и 27 августа.

Рис. 6.4 Кривые блеска за 26 и 27 августа, синфазно уложенные на периоде видимого вращения КА.

Рис. 6.5 Усредненный вид кривой блеска КазСат-1 за 26 и 27 августа на интервале одного периода вращения.

Одной из возможных причин наблюдаемого ухода (О-С) может быть прецессия оси вращения. Линейная модель этого учесть не может, а наблюдаемые моменты "гуляют" из-за плавного изменения положения в пространстве отражающей поверхности КА со временем по прошествии периода. В этом случае наблюдаемые моменты вначале "опережают" расчетные (график (О-С) на рис. 6.3 идет вниз), а затем наоборот начинают "запаздывать" по отношению к ним. Период волны (О-С) близок к 2.5-3 часам и это может характеризовать период прецессии.

Это явление характеризует природу "синодического" т.е. "видимого" периода, который может всё время меняться. Это непостоянная величина для подвижных объектов наблюдения (как ИСЗ), в отличие от "сидерического" т.е. периода в инерциальной системе относительно далеких звезд, который должен сохраняться постоянным, если форма вращающегося тела не меняется.

Возможное альтернативное объяснение хода кривых (О-С) состоит в следующем. Если бы в течение времени наблюдений не изменялись условия освещения и ракурса видимости КА с пункта наблюдения, то причина такого хода могла быть только в прецессии. Но поскольку фазовый угол заметно менялся за время наблюдений (27 августа - от 9 до 55 градусов), то ход (О-С) может быть также вызван и возможно объяснен только изменением ракурса.

На рис. 6.6 показано смещение максимумов на кривых блеска вращающейся площадки (ось вращения лежит в ее плоскости), характеризующейся смешанной зеркально-диффузной индикатрисой отражения света, при разных положениях оси вращения. Как показало исследование диффузного (и квазизеркального) отражения света от плоской поверхности, смещение максимумов на таких кривых блеска сильно зависит от положения плоскости ее вращения относительно источника света и наблюдателя и может достигать 1/4 периода вращения [3].

Рис. 7.6 Смещение максимумов на кривых блеска вращающейся площадки.

Поэтому, без тщательного анализа невозможно исключить этот фактор влияния на ход (О-С) и нужно моделировать процесс рассеяния света на поверхности несферического КА. При этом необходимо знать индикатрисы всех отражающих поверхностей. Только такой анализ и сравнение наблюдений с теоретическими кривыми блеска позволит уверенно судить о наличии прецессии, либо ее отсутствии. В последнем случае такой ход обусловлен определенной и возможно неизменной ориентацией оси вращения при изменяющихся ракурсах видимости граней КА с подвижного пункта наблюдения. Этот ход собственно и позволяет определять из наблюдений ориентацию оси вращения в пространстве, когда она постоянна. Иначе, при линейном ходе О-С, все сводится к коррекции "пробного" периода вращения. Такое бывает при "вырожденности" задачи, когда изменения спутникоцентрического "направления на наблюдателя" происходят в плоскости вращения КА. Тогда синодический период будет либо больше, либо меньше сидерического периода вращения КА в зависимости от совпадения направлений вращения КА и смещения наблюдателя.

Определить сидерический период вращения практически невозможно отдельно от ориентации оси вращения. Только одновременное решение для всех неизвестных параметров может быть надежным и верным. К сидерическому периоду наиболее близок локальный интервал между одноименными максимумами. Эта же величина определяется программами спектрального анализа.

Одним из вариантов решения задачи по определению ориентации осей вращения, а так же определения периодов вращения, является создание математической модели учитывающей геометрические и оптические свойства КА. Воссоздавая условия наблюдений и итерационно изменяя параметры вращения и ориентации можно добиться совпадения расчетной и измеренной кривых блеска, что позволит более уверенно интерпретировать наблюдаемые кривые блеска и восстановить динамику собственного вращения КА.

Коллективом Одесской астрономической обсерватории разработаны методы компьютерного оптико- геометрического моделирования сложных тел. Так, на рис. 6.7 показана предварительная модель КА КазСат-1.

Рис 6.7 Модель КазСат-1

Однако, существенным недостатком этого подхода является значительные временные затраты на перебор возможных вариантов параметров, особенно при сложном характере вращения.

7. Выводы по проведенному анализу

Анализ кривых блеска КазСат-1 на интервале наблюдений 26-28 августа показал, вращение спутника имеет сложный характер. Наряду с вращением КазСат-1 вокруг центра масс весьма вероятно, что и сама ось вращения прецессирует в пространстве ИСК. С учетом известной формы КА и наличия доминантного периода блеска около 8.35 - 8.4 минут следует, что пики кривой блеска соответствуют диффузно-зеркальному отражению от панелей солнечных батарей. Таким образом, 26-28 августа полный видимый период вращения КазСат-1 вокруг своей имели порядок 16.5 минут, а прецессия оси вращения может иметь период порядка 200 минут. Беря во внимание тот факт, что сбой в работе КазСат-1 вероятно произошел по вине БЦВМ и то, что кривые блеска 26-27 и 27-28 августа имеют несколько различные периоды прецессии, не исключена возможность того, что оборудование обеспечения ориентации КазСат-1 в эти моменты времени находилось в активном состоянии.

Выявление характерного периода 8.4 минут в наблюдениях 26 августа- 11 сентября показывает, что на этом интервале времени параметры вращения КА вокруг оси существенно не изменялись. В то же время, значительный вклад в спектр кривой блеска 24 сентября вносят долгопериодические составляющие, и что самое главное- отсутствует составляющая периода 8.35-8.4 минут. Это может свидетельствовать о том, что на интервале времени между 11 и 24 сентября параметры ориентации и вращения КазСат-1 изменились. Возможно, аппарат был стабилизирован.

Определение сидерического периода вращения практически невозможно отдельно от определения ориентации оси вращения и оси прецессии. Только одновременное нахождение всех неизвестных параметров может дать однозначный ответ об истинной ориентации и периодах вращения КО.

Заключение

Проведенные наблюдения аварийного спутника КазСат-1 были выполнены при очень низких углах места. Несмотря на это, объект был обнаружен, идентифицирован и по нему получен массив координатной и некоординатной информации. Этим показана принципиальная возможность сопровождения Украинскими оптическими инструментами данного аппарата.

Анализ динамики изменения орбиты подтверждает, что после 8 июня 2008г. объект начал дрейф вдоль геостационарной орбиты. При этом анализ фотометрических измерений показывает, что до 24 сентября 2008г. объект характеризовался коротким периодом собственного вращения (около 16.5 минут) и наличием значительной прецессии оси вращения (около 200 минут). Совокупность наличия орбитального дрейфа вдоль геостационарной орбиты и быстрое изменение кривой блеска подтверждает аварийное состояние КА. Наблюдение 24 сентября показывает, что характер вращения КазСат-1, по сравнению с предыдущими наблюдениями, изменился. Вероятно, быстрое вращение спутника было стабилизировано. Однако, расчет эволюции орбиты по данным TLE от 28 сентября показал, что КазСат-1 продолжал дрейф на запад.

По информации из интернет (форум журнала "Новости космонавтики", http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.phpt=556 ) после 10 сентября была проведена перезагрзка БЦВМ КазСат-1, а с первой декады октября 2008г. КазСат-1 начал движение на восток к своей точке стояния (103° В.Д.). При этом следует отметить, что на интервале 12-20 октября данные ТЛЕ на сайте http://www.space-track.org/ для данного аппарата не обновлялись, и достоверная информация о положении КазСат-1 могла быть получена только из результатов оптических наблюдений наземных инструментов.

Фотометрия околоземных КО - это сложная прикладная задача. Среди профильных организаций нет общепринятых методик и единых подходов к обработке фотометрических данных, полученных в результате наблюдений околоземных КО. Сотрудничество между НЦУИКС и Астрономической обсерватории Одесского национального университета им. И.И.Мечникова позволило взаимодополнить методики обработки фотометрических данных, и получить схожие результаты по параметрам вращения КазСат-1. Методы компьютерного оптико- геометрического моделирования сложных тел могут помочь при определении параметров ориентации и периодов вращения КО. Наличие в распоряжении Одесской обсерватории оптических измерительных инструментов позволяет проводить совместные наблюдения КО. Все это создает основу для продолжения научно- технического сотрудничества. Так же, является целесообразным объединить усилия в этом направлении и с Астрофизическим институтом им. В.Г.Фесенкова республики Казахстан. Наличие в республике Казахстан оптических инструментов (на полигоне Сары- Шаган расположены, аналогичные Евпаторийским, телескопы АЗТ-8 и АЗТ-28) позволяет, в случае необходимости, проводить синхронные наблюдения КазСат-1 и повысить информативность полученных результатов.

Перечень литературы

  1. Ю.Журавин "Первый Казахстанский, в полете- "КазСат"" // РФ, журнал "Новости космонавтики" №8 (283), август 2006 года.
  2. А.Диденко "И все- таки он вертится. Неполадки на спутнике "КазСат" обещают скоро устранить"" // http://www.liter.kz/site.php?lan=russian&id=154&pub=10832
  3. Кошкин Н.И., Бурлак Н.Р., Корнийчук Л.В., Коробейникова Е.А., Меликянц С.М., Страхова С.Л., Устиновский М.Л. Метод определения ориентации КА и периода его вращения на основе фотометрических наблюдений // Околоземная астрономия-2003. Т.2. /Институт астрономии РАН.- СПб.: ВВМ, 2003. - с.166-171.

28 октября 2008
Материалы статьи публикуются с согласия авторов

Главная Новости ПулКОН РСДБ Обсерватории Публикации About us Контакт


web counter