RU2659379C1 - Method of the geostationary region survey for the space debris elements and other objects observation from space craft on the semi-diurnal high-elliptic orbit - Google Patents
Method of the geostationary region survey for the space debris elements and other objects observation from space craft on the semi-diurnal high-elliptic orbit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659379C1 RU2659379C1 RU2017126628A RU2017126628A RU2659379C1 RU 2659379 C1 RU2659379 C1 RU 2659379C1 RU 2017126628 A RU2017126628 A RU 2017126628A RU 2017126628 A RU2017126628 A RU 2017126628A RU 2659379 C1 RU2659379 C1 RU 2659379C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gso
- spacecraft
- orbit
- objects
- geostationary
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G3/00—Observing or tracking cosmonautic vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/1085—Swarms and constellations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Целью настоящего изобретения является разработка способа получения детальных изображений элементов космического мусора и других объектов, находящихся на геостационарной орбите, а также измерения угловых координат объектов в геостационарной области. Дальность наблюдения и размер наблюдаемых объектов определяются характеристиками аппаратуры наблюдения космического аппарата.The aim of the present invention is to develop a method for obtaining detailed images of space debris and other objects located in a geostationary orbit, as well as measuring the angular coordinates of objects in a geostationary region. The observation range and the size of the observed objects are determined by the characteristics of the spacecraft observation equipment.
Известны космические системы, реализующие способы обзора геостационарной области для получения координатной и некоординатной информации о находящихся в этой области объектах.Space systems are known that implement methods for viewing the geostationary region to obtain coordinate and non-coordinate information about objects in this region.
1. Космические аппараты (КА) системы GSSAP располагаются на квазигеостационарных орбитах, имеющих наклонение около 0,48° и период обращения, немного отличающийся от звездных суток, что обеспечивает постоянный дрейф со скоростями порядка 0,4…0,6°/сут. относительно КА на геостационарной орбите (ГСО). Такое построение обеспечивает возможности получения детальной некоординатной информации по геостационарным объектам на пролете в процессе дрейфа и получения координатной и фотометрической информации практически постоянно (за исключением ограничений, обусловленных условиями освещения) [1, 2].1. The spacecraft (SC) of the GSSAP system are located in quasi-geostationary orbits with an inclination of about 0.48 ° and a period of revolution slightly different from stellar days, which ensures constant drift at speeds of about 0.4 ... 0.6 ° / day. relative to the spacecraft in geostationary orbit (GSO). Such a construction provides the possibility of obtaining detailed non-coordinate information on geostationary objects on the span during the drift and obtaining coordinate and photometric information almost constantly (with the exception of restrictions due to lighting conditions) [1, 2].
К недостаткам этого способа обзора относятся относительно большие времена, необходимые для доступа к конкретному объекту на ГСО, измеряемые интервалом несколько месяцев.The disadvantages of this review method are the relatively large times required to access a particular object on the GSO, measured at intervals of several months.
2. Система SBSS начала развертываться в 2010 г. и состоит из космических аппаратов, обращающихся на низких круговых солнечно-синхронных орбитах с наклонением 97,97°, высотой перигея 625,0 км, высотой апогея 640,0 км, периодом обращения 97,42 мин. В ее задачи входит обзор космического пространства, измерение координат наблюдаемых объектов и обеспечение информацией органов управления космическими системами. [3].2. The SBSS system began to be deployed in 2010 and consists of spacecraft orbiting in low circular sun-synchronous orbits with an inclination of 97.97 °, a height of perigee 625.0 km, a height of apogee 640.0 km, a period of revolution of 97.42 min Its tasks include an overview of outer space, measuring the coordinates of observed objects and providing information to spacecraft controls. [3].
К недостаткам этого способа обзора относится невозможность получения детальной некоординатной информации по объектам в геостационарной области из-за больших расстояний до этих объектов.The disadvantages of this review method include the impossibility of obtaining detailed non-coordinate information on objects in the geostationary region due to the large distances to these objects.
В качестве прототипа принят способ обзора геостационарной орбиты космической системой, описанной в [4].As a prototype, a method for viewing the geostationary orbit by the space system described in [4] was adopted.
Для наблюдения объектов на ГСО авторы предлагают разместить космические аппараты на полусуточных высокоэллиптических орбитах (ВЭО) с наклонением около 63,4° и аргументом широты перигея в районе 0° или 180°. Дополнительно поставлено требование ежесуточной повторяемости трассы КА, которая обеспечивается (что не указывают авторы) при периоде обращения 43065 с…43067 с. Указано, что требования, предъявляемые к наблюдению ГСО, приводят к декомпозиции этой задачи на две составляющие:To observe objects on the GSO, the authors propose to place spacecraft in semi-daily high elliptical orbits (VEO) with an inclination of about 63.4 ° and an argument of the latitude of perigee in the region of 0 ° or 180 °. Additionally, the requirement was set for the daily repeatability of the spacecraft route, which is ensured (which the authors do not indicate) with a circulation period of 43065 s ... 43067 s. It is indicated that the requirements for observing GSO lead to the decomposition of this task into two components:
- задача 1 - обзорное наблюдение ГСО;- task 1 - survey observation of GSO;
- задача 2 - детальное наблюдение обнаруженных объектов на ГСО.- task 2 - a detailed observation of the detected objects on the GSO.
Основное отличие параметров орбиты для решения задачи 2 от параметров орбиты для решения задачи 1 - увеличение высоты перигея, необходимое для расположения апогея в близкой окрестности ГСО.The main difference between the orbit parameters for solving
Для решения задачи 1 обзор всей ГСО предлагается осуществить с двух космических аппаратов типа КА-О при дальности наблюдения не более 17000 км. Оба КА-О размещены в одной плоскости, но разведены на ВЭО по времени ее прохождения. Они проходят рабочий участок орбиты со сдвигом по времени на 6 часов. На протяжении рабочего участка каждому КА-О доступен для наблюдения при требуемом диапазоне дальности участок дуги ГСО порядка 90°. При этом (что авторы не указывают) необходимо, чтобы апогей орбиты превышал ГСО на ~4000 км. Таким образом, за два витка, т.е. в течение суток, может быть обеспечен полный обзор ГСО при дальности наблюдения не более 17000…18000 км.To solve
Для решения задачи 2, то есть детального контроля объектов на ГСО, используется космический аппарат КА-ДК другого типа с диапазоном дальности наблюдения от 100 км до 400 км, размещенный на ВЭО, имеющей апогей в близкой окрестности ГСО. По условию ежесуточной повторяемости трассы апогей одноименных (четных или нечетных) витков имеет неизменную географическую долготу с расстоянием 180° между четными и нечетными витками. Как показывает соответствующий расчет, длина контролируемого участка долгот ГСО при максимальной дальности наблюдения 400 км на каждом витке составляет приблизительно±440 км относительно долготы апогея. Для обслуживания космических объектов на всей ГСО возможно обеспечение определенного ежесуточного дискретного смещения (дрейфа) рабочего участка КА-ДК вдоль ГСО по долготе. Такой дрейф осуществляется соответствующей коррекцией периода обращения орбиты.To solve
Указанный прототип обладает следующими существенными недостатками, предопределенными в основном описанным способом обзора ГСО.The specified prototype has the following significant disadvantages, predetermined mainly by the described way of reviewing the GSO.
1. Способ обзорного наблюдения ГСО и способ детального наблюдения обнаруженных объектов на ГСО реализуется двумя различными типами космических аппаратов наблюдения - КА-О и КА-ДК, причем орбиты КА-О и КА-ДК отличаются по высотам апогея и перигея.1. A method for survey observation of GSO and a method for detailed observation of detected objects at GSO is implemented by two different types of spacecraft — KA-O and KA-DK, and the KA-O and KA-DK orbits differ in altitude of apogee and perigee.
2. Задача полного покрытия всей ГСО участками детального контроля за ограниченное число суток даже не ставится.2. The task of fully covering the entire GSO with detailed control areas for a limited number of days is not even set.
3. Большой срок осуществления полного накрытия ГСО участками детального контроля в режиме фиксированной скорости дрейфа, обеспечивающей примыкание участков контроля на соседних одноименных (четных или нечетных) витках. Как показали соответствующие расчеты, для этого требуется не менее 100 суток при максимальной дальности детального наблюдения 400 км.3. The long term for the full implementation of the GSO by the detailed control sections in the regime of a fixed drift speed, which ensures the adjoining of the control sections on the adjacent identical (even or odd) turns. According to the corresponding calculations, this requires at least 100 days with a maximum range of detailed observation of 400 km.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в новом способе обзора геостационарной области с одного КА на полусуточной высокоэллиптической орбите. Под полусуточными ВЭО в дальнейшем понимаются ВЭО с периодом Т, меньшим половины звездных суток (43082 с) на величину до 800…1000 с. Предлагаемый способ обеспечивает как измерение точных координат объекта в задаваемой области околоземного космического пространства, так и получение детальных изображений объекта в любой точке его стояния на ГСО при минимально возможном сроке полного обзора ГСО. При получении детальных изображений максимальная дальность наблюдения Lmax, определяемая характеристиками аппаратуры наблюдения, составляет, например, 400 км, а допустимая минимальная дальность наблюдения также определяется характеристиками аппаратуры наблюдения.The technical result of the invention consists in a new way to view the geostationary region from one spacecraft in a semi-daily highly elliptical orbit. By semidiurnal VEO in the following we mean VEO with a period T less than half a stellar day (43082 s) by up to 800 ... 1000 s. The proposed method provides both measuring the exact coordinates of the object in a given region of near-Earth space, and obtaining detailed images of the object at any point of its standing on the GSO with the shortest possible time for a full review of the GSO. Upon receipt of detailed images, the maximum observation range L max , determined by the characteristics of the observation equipment, is, for example, 400 km, and the permissible minimum observation distance is also determined by the characteristics of the observation equipment.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается также в рациональном выборе параметров полусуточной высокоэллиптической орбиты - периода обращения, радиуса орбиты в апогее, аргумента широты перигея, наклонения. С этими параметрами на рабочем участке орбиты обеспечивается дальность наблюдения объекта на ГСО, не превышающая допустимого значения 400 км, при которой имеет место требуемая разрешающая способность наблюдения. Измерение координат объектов в геостационарной области производят на выбранных участках ВЭО на дальности, максимальное значение которой определяется проницающей силой БАО.The technical result of the invention also lies in the rational choice of the parameters of a semi-daily highly elliptical orbit - the period of revolution, the radius of the orbit at the peak, the argument of the latitude of perigee, inclination. With these parameters, at the working site of the orbit, the observation range of the object on the GSO is ensured, not exceeding the permissible value of 400 km, at which the required resolution is observed. The coordinates of the objects in the geostationary region are measured at selected areas of the HEO at a range whose maximum value is determined by the penetrating power of the BAO.
Изобретение имеет целью минимизировать время полного беспропускного обзора всей геостационарной орбиты при получении детальных изображений объектов, находящихся на этой орбите.The invention aims to minimize the time of a full non-throughput survey of the entire geostationary orbit when obtaining detailed images of objects in this orbit.
Изобретение включает в себя способ выбора параметров полусуточной высокоэллиптической орбиты. Для такой орбиты предлагается использовать наклонение i, находящееся в диапазоне от 0° до 5°. Радиус орбиты в апогее должен превышать радиус ГСО на величину, несколько меньшую, чем максимально допустимая дальность наблюдения Lmax. С апогейного участка этой орбиты КА обеспечивает получение детального изображения каждого объекта с точкой стояния на любой долготе ГСО за минимальное количество суток. При этом дальность детального наблюдения не превышает заданного значения Lmax.The invention includes a method for selecting parameters of a semidiurnal highly elliptical orbit. For such an orbit, it is proposed to use the inclination i, which is in the range from 0 ° to 5 °. The radius of the orbit at the apogee should exceed the radius of the GSO by an amount slightly less than the maximum permissible observation range L max . From the apogee section of this orbit, the spacecraft provides a detailed image of each object with a standing point at any GSO longitude for a minimum number of days. Moreover, the range of detailed observation does not exceed a given value L max .
На фиг. 1 приведена схема конфигурации ГСО и ВЭО в экваториальной плоскости и образования на ГСО контролируемого участка. На чертеже показан апогей A высокоэллиптической орбиты и рабочий участок ВЭО между точками В и С. Контролируемый участок на ГСО ограничен точками F2 и F3, которые удалены от крайних точек рабочего участка В и С соответственно на величину Lmax. На этой схеме не учтено движение КА по высокоэллиптической орбите и объектов на ГСО, изменяющее размер наблюдаемого участка ГСО, что подробно разъяснено и показано ниже.In FIG. Figure 1 shows the configuration of GSO and VEO in the equatorial plane and the formation of a controlled area on the GSO. The drawing shows the apogee A of a highly elliptical orbit and the VEO working section between points B and C. The controlled section on the GSO is limited to points F 2 and F 3 , which are removed from the extreme points of the working section B and C by L max . In this diagram, the motion of the spacecraft in a highly elliptical orbit and of objects in the GSO, which changes the size of the observed portion of the GSO, is not taken into account, which is explained in detail and shown below.
Предлагаемым способом достигается рациональный выбор параметров полусуточной высокоэллиптической орбиты в зависимости от характеристик применяемой аппаратуры наблюдения. При этих параметрах для одного витка оценивают длину интервала долгот ГСО, на котором при прохождении космическим аппаратом апогейного участка ВЭО обеспечивается дальность получения детального изображения, не превышающая предельно допустимой. Параметры ВЭО выбирают так, чтобы указанные интервалы долгот у соседних одноименных (четных или нечетных) витков имели некоторое перекрытие и не оставляли на ГСО неконтролируемых промежутков. При этом количество суток, за которое осуществляется полное накрытие ГСО интервалами наблюдения, является минимально возможным.The proposed method achieves a rational choice of the parameters of a semi-daily highly elliptical orbit depending on the characteristics of the observation equipment used. With these parameters, the length of the GSO longitude interval is estimated for one revolution, on which, when the spacecraft passes the apogee section of the HEO, the range of obtaining a detailed image is ensured, not exceeding the maximum permissible. The VEO parameters are chosen so that the indicated longitude intervals for adjacent identical (even or odd) turns have some overlap and do not leave uncontrolled intervals on the GSO. At the same time, the number of days for which the GSO is completely covered by observation intervals is the minimum possible.
Измерение координат объектов в геостационарной области производят по заданиям, передаваемым с наземных пунктов управления. Детальная или координатная информация, получаемая на интервалах прямой видимости КА с наземных пунктов управления и приема информации, передается на эти пункты в процессе наблюдения. Если получение детальной или координатной информации происходит вне интервалов прямой видимости, эта информация запоминается и передается с КА на наземные пункты приема и обработки информации в периоды его прямой видимости.The coordinates of objects in the geostationary region are measured according to tasks transmitted from ground control points. Detailed or coordinate information received at intervals of the line of sight of the spacecraft from ground control points and receiving information is transmitted to these points during the observation process. If detailed or coordinate information is received outside the line of sight intervals, this information is stored and transmitted from the spacecraft to ground-based information receiving and processing points during periods of its direct line of sight.
По предлагаемому способу обзора геостационарной области возможно получение детального изображения объекта, движущегося в геостационарной области по орбите с ненулевым наклонением, то есть не находящегося на ГСО, но периодически сближающегося с ней. Для этого делают точные измерения наблюдаемых координат объекта и на наземном командно-управляющем пункте рассчитывают параметры его орбиты. Производят прогноз движения объекта на некоторое количество витков, определяют ряд положений, когда объект проходит вблизи ГСО, и фиксируют точные значения его координат в трехмерном линейном пространстве. Из этих положений выбирают оптимальное и рассчитывают момент времени и вектор приложения такого импульса коррекции орбиты КА, после которого в назначенный момент времени КА будет находиться в выбранной точке.According to the proposed method for viewing the geostationary region, it is possible to obtain a detailed image of an object moving in a geostationary region in an orbit with a non-zero inclination, that is, not located on the GSO, but periodically approaching it. To do this, make accurate measurements of the observed coordinates of the object and on the ground command and control point calculate the parameters of its orbit. They make a prediction of the object’s movement for a certain number of turns, determine a number of positions when the object passes near the GSO, and record the exact values of its coordinates in three-dimensional linear space. From these positions, the optimal one is chosen and the time instant and the vector of application of such a satellite orbit correction pulse are calculated, after which the spacecraft will be at the selected point at the appointed time.
Конфигурация пространственного положения геостационарной и полусуточной высокоэллиптической орбит представлена на фиг. 2. На чертеже показан центр Земли О, полярная ось ON, перигей П, радиус-вектор КА в апогее OA, текущее положение КА в точке К и радиус ГСО rгco (отрезок ОАГCO). Рассматривается высокоэллиптическая орбита с ненулевым положительным малым наклонением i и аргументом широты перигея ωπ=0 (однако на чертеже для наглядности показана зеркально симметричная картина с наклонением 180° - i).The configuration of the spatial position of the geostationary and semidiurnal highly elliptical orbits is shown in FIG. 2. The drawing shows the center of the Earth O, the polar axis ON, the perigee P, the radius vector of the spacecraft at the apogee OA, the current position of the spacecraft at point K and the radius of the GSO r gco (segment OA GSO ). A highly elliptical orbit with a nonzero positive small inclination i and an argument of the latitude of the perigee ω π = 0 is considered (however, the mirror-symmetric picture with an inclination of 180 ° - i is shown in the drawing for clarity).
Учитывают, что для достижения максимальной длины интервала долгот на ГСО, на котором производится получение детальных изображений, аргумент широты перигея ωπ должен быть равным 0, а радиус апогея ВЭО (точка А) должен превышать радиус ГСО. При выборе величины радиуса апогея rар учитывают, что высота апогея над ГСО (отрезок ААгсо) должна быть несколько меньше максимальной дальности детального наблюдения Lmax.It is taken into account that in order to achieve the maximum length of the longitude interval on the GSO, on which detailed images are obtained, the argument of the latitude of the perigee ω π should be equal to 0, and the radius of the apogee of the HEO (point A) must exceed the radius of the GSO. When choosing the magnitude of the apogee radius r ar take into account that the height of the apogee above the GSO (segment AA GSO ) should be slightly less than the maximum range of detailed observation L max .
При определении длины интервала долгот ГСО, на котором возможно получение детальных изображений объектов на дальности, не превышающей Lmax, назначают такое значение величины λву, при котором апогей данного витка имеет географическую долготу Д=0.When determining the length of the GSO longitude interval, at which it is possible to obtain detailed images of objects at a range not exceeding L max , a value of λ wu is assigned at which the apogee of this turn has a geographical longitude D = 0.
Для задания эллиптической орбиты используют следующие параметры:To specify an elliptical orbit, use the following parameters:
- период обращения Т;- period of circulation T;
- радиус апогея rар;- the radius of apogee r ar ;
- географическая долгота начального восходящего узла λву;- geographical longitude of the initial ascending node λ wu ;
- аргумент широты перигея ωπ;- the argument of the latitude of perigee ω π ;
- наклонение i.- the inclination i.
По этим параметрам для любого текущего момента времени рассчитывают координаты КА - радиус-вектор r, географическую долготу Д и широту Ш. Далее определяют геометрические параметры, показанные на фиг. 2: расстояние h от КА до плоскости экватора, минимальное расстояние Dq от КА до ГСО, проекцию радиус-вектора КА на плоскость экватора (отрезок ОКэ) и расстояние b в плоскости экватора от точки Кэ до точки S, находящейся на ГСО на предельной дальности наблюдения Lmax.Based on these parameters, for any current point in time, the coordinates of the spacecraft — the radius vector r, geographical longitude D and latitude W — are calculated. Next, the geometric parameters shown in FIG. 2: the distance h from the spacecraft to the plane of the equator, the minimum distance D q from the spacecraft to the GSO, the projection of the radius vector of the spacecraft on the equator plane (segment OK e ) and the distance b in the plane of the equator from point K e to point S located on the GSO on maximum range of observation L max .
По определенным трем сторонам косоугольного треугольника OKэS в плоскости экватора вычисляют угол ΔД этого треугольника. Как упоминалось выше, при рациональном задании величины λву апогей данного витка имеет долготу, равную нулю. В этом случае угловое расстояние по долготе ДΣ от апогея до точки S на ГСО, достижимой для наблюдения, но максимально удаленной от апогея в данный момент времени, определяется выражением ДΣ=Д+ΔД.On certain three sides of the oblique triangle OK e S in the plane of the equator, the angle Δ Д of this triangle is calculated. As mentioned above, when rationally setting the value of λ wu, the apogee of this turn has a longitude equal to zero. In this case, the angular distance in longitude D Σ from the apogee to the point S on the GSO, achievable for observation but maximally distant from the apogee at a given time, is determined by the expression D Σ = D + ΔD.
По результатам расчетов с малым шагом по времени на интервале движения КА на ВЭО от перигея до апогея выявляют максимальное значение ДΣmax величины ДΣ на одном витке для данной орбиты.According to the results of calculations with a small time step in the interval of spacecraft motion on the VEO from perigee to apogee, the maximum value of D Σmax of the value of D Σ at one turn for this orbit is revealed.
При расчетах учитывают, что косоугольный треугольник OKзS, в котором определяют угол АД, существует лишь при рассмотрении точек на том участке ВЭО в области апогея, на котором минимальное расстояние Dq от КА до ближайшей точки ГСО не превышает максимально допустимой дальности наблюдения Lmax Для остальной части орбиты точка S не существует.In the calculations, it is taken into account that the oblique triangle OK З S, in which the angle of blood pressure is determined, exists only when considering points on that portion of the HEO in the apogee region at which the minimum distance Dq from the spacecraft to the nearest GSO point does not exceed the maximum permissible observation range L max For the rest of the orbit, point S does not exist.
Вследствие симметрии геометрической ситуации при дальнейшем движении КА от апогея к следующему перигею при ωл=0 аналогичная крайняя точка удалена от точки Агсо в другую сторону также на величину ДΣmax. Таким образом, на одном витке длина всего интервала долгот, на котором дальности наблюдения объектов на ГСО не превышают Lmax, составляет 2ДΣmax.Due to the symmetry of the geometric situation, with the further movement of the spacecraft from the apogee to the next perigee at ω l = 0, the similar extreme point is also removed from the point A rc to the other side by the value of DΣ max . Thus, at one turn, the length of the entire longitude interval, at which the observation distances of objects on the GSO do not exceed L max , is 2D Σmax .
В вышеописанном расчете орбитального движения КА учитывается как собственное движение КА по эллиптической орбите, так и вращение Земли с неподвижными относительно него точками стояния объектов на ГСО. Длина контролируемого участка 2ДΣmax получается при этом меньшей, чем показана на фиг. 1. При этом не учитываются возмущающие эллиптическое движение факторы: нецентральность поля тяготения Земли, притяжение Луны, Солнца и др.In the above calculation of the orbital motion of the spacecraft, both the proper motion of the spacecraft in an elliptical orbit and the rotation of the Earth with stationary points of objects on the GSO are taken into account. The length of the monitored section 2D Σmax is thus obtained less than that shown in FIG. 1. At the same time, disturbing elliptical motion factors are not taken into account: the off-center nature of the Earth's gravitational field, the attraction of the Moon, the Sun, etc.
В качестве примера для наглядного построения трассы движения КА, показанной на фиг. 3, относительно точек ГСО с фиксированной долготой рассчитаны с малым шагом по времени следующие текущие координаты КА:As an example, for visual construction of the spacecraft motion path shown in FIG. 3, relative to the fixed-longitude GSO points, the following current spacecraft coordinates are calculated with a small time step:
- географическая долгота Д, град;- geographical longitude D, degrees;
- широта Ш, град;- latitude W, degrees;
- геоцентрическое расстояние (радиус) r, км.- geocentric distance (radius) r, km.
Ввиду того, что наклонение орбиты невелико, проекции КА с этими координатами на экваториальную плоскость с приемлемой точностью можно рассматривать как трассу движения КА относительно фиксированных точек геостационарного круга.Due to the fact that the inclination of the orbit is small, the projection of the spacecraft with these coordinates on the equatorial plane can be considered with acceptable accuracy as the path of the spacecraft relative to the fixed points of the geostationary circle.
Приведенный пример показывает построенную по этим координатам трассу движения КА на пяти витках относительно географических точек геостационарной орбиты с перекрывающимися участками контроля. В этом примере рассмотрено движение КА по строго эллиптической орбите (без учета возмущающих факторов) с периодом 41977 с, высотой перигея 3344 км, наклонением 3,3°. С этими параметрами при допустимой дальности наблюдения Lmax=400 км обеспечивается полное накрытие ГСО участками контроля за 39 витков, то есть за 19 суток.The given example shows the spacecraft motion path constructed on these coordinates at five turns relative to the geographic points of the geostationary orbit with overlapping control sections. In this example, the motion of the spacecraft in a strictly elliptical orbit (excluding disturbing factors) with a period of 41977 s, a height of perigee 3344 km, an inclination of 3.3 ° is considered. With these parameters, with an acceptable observation range L max = 400 km, the full coverage of the GSO with control sections for 39 turns, that is, for 19 days, is ensured.
Ввиду того, что в окрестности апогея ВЭО скорость КА составляет около 1,8 км/с, а скорость точек ГСО - около 3 км/с, КА на ВЭО в окрестностях апогея смещается относительно точек ГСО на запад, а длина контролируемого участка ГСО уменьшается по сравнению с показанной на фиг. 1.Due to the fact that in the vicinity of the HEO apogee, the speed of the spacecraft is about 1.8 km / s, and the speed of the GSO points is about 3 km / s, the spacecraft on the HEO in the vicinity of the apogee shifts westward relative to the GSO points, and the length of the controlled GSO section decreases by compared to that shown in FIG. one.
В общем случае при расчете параметров ВЭО задают ненулевое значение наклонения i в интервале от 0° до 5° и значение аргумента широты перигея ωπ=0. Начальное значение количества суток n принимают заведомо небольшим и рассчитывают для него период высокоэллиптической орбиты Т по формуле Т=Тгсо⋅n/(2n+1).In the general case, when calculating the VEO parameters, the non-zero inclination value i is set in the interval from 0 ° to 5 ° and the value of the argument of latitude perigee ω π = 0. The initial value of the number of days n is taken deliberately small and the period of the highly elliptical orbit T is calculated for it according to the formula T = T rco ⋅n / (2n + 1).
Строго говоря, целое число n является числом звездных суток с периодом Тгcо=86164 с, а не истинных суток с длительностью 86400 с. При таком значении периода Т высокоэллиптическая орбита является кратносинхронной по отношению к геостационарной орбите, имеющей период Тгcо, так как длительность n периодов ГСО равна длительности 2n+1 периодов ВЭО.Strictly speaking, the integer n is the number of stellar days with a period T gco = 86164 s, and not true days with a duration of 86400 s. With this value of the period T, the highly elliptical orbit is multiply synchronous with respect to the geostationary orbit, which has the period T GSO , since the duration of n GSO periods is equal to the duration of 2n + 1 HEO periods.
Параметры Т и rар полностью определяют форму высокоэллиптической орбиты и позволяют подобрать такое значение географической долготы восходящего узла λву, при котором долгота КА в апогее равна нулю. По этим параметрам описанным выше способом определяют длину 2ДΣmax контролируемого участка ГСО на одном витке в угловой мере и их суммарную длину за 2n+1 витков. Если суммарная длина контролируемых участков не превышает 360°, то увеличивают число суток n на единицу и повторяют расчеты до получения искомого числа n, при котором начинается минимальное превышение значения 360° суммарной длиной контролируемых участков ГСО.The parameters T and r ar completely determine the shape of the highly elliptical orbit and make it possible to choose a value of the geographic longitude of the ascending node λ wu at which the spacecraft longitude at the apogee is zero. Using these parameters, in the manner described above, the length 2D Σmax of the controlled GSO section at one turn in an angular measure and their total length over 2n + 1 turns are determined. If the total length of the controlled sections does not exceed 360 °, then increase the number of days n by one and repeat the calculations until the desired number n is obtained, at which the minimum excess of 360 ° begins with the total length of the controlled sections of the GSO.
После выбора вышеописанным способом параметров ВЭО, минимизирующих количество витков при полном накрытии ГСО участками контроля, переходят к уточнению периода Т высокоэллиптической орбиты. Для этого производят прогнозирование движения КА с учетом возмущающих факторов на 2п+2 витков, фиксируют уточненную географическую долготу апогея на этом витке Дут и сравнивают ее с прежним значением Дап, полученным для движения КА по строго эллиптической орбите. По этим данным вычисляют поправку периода обращения ΔT по формуле ΔT=(Дут-Дап)/(ωз⋅(2n+1)). Здесь ωз=0,004178°/с - угловая скорость вращения Земли. Затем вносят эту поправку в предыдущее значение Тпр периода обращения, вычисленное для строго эллиптической орбиты, и получают окончательное значение кратносинхронного периода обращения Т=Тпр+ΔТ.After choosing the HEO parameters described above in a way that minimizes the number of turns when the GSO is completely covered by control sections, they proceed to refine the period T of the highly elliptical orbit. For this, the motion of the spacecraft is predicted taking into account disturbing factors by 2n + 2 turns, the specified geographical longitude of the apogee is fixed on this turn of D ut and compared with the previous value of D ap obtained for the motion of the spacecraft in a strictly elliptical orbit. According to these data, the correction of the circulation period ΔT is calculated by the formula ΔT = (D ut- D ap ) / (ω s ⋅ (2n + 1)). Here, ω s = 0.004178 ° / s is the angular velocity of the Earth's rotation. Then, this correction is made to the previous value T pr of the revolution period calculated for a strictly elliptical orbit, and the final value of the multiple-synchronous revolution period T = T pr + ΔT is obtained.
Для получения детальных изображений с наивысшим разрешением при наблюдений объекта, находящегося в любой точке ГСО, осуществляют сближение с ним КА-наблюдателя на минимально допустимое расстояние, определяемое характеристиками аппаратуры наблюдения. В этом случае проводят коррекцию периода обращения и переходят на высокоэллиптическую орбиту с периодом Т, отличающимся от кратносинхронного и задаваемым по формулеTo obtain detailed images with the highest resolution when observing an object located at any point in the GSO, the KA observer is brought closer to it at the minimum permissible distance determined by the characteristics of the observation equipment. In this case, the period of revolution is corrected and transferred to a highly elliptical orbit with a period T different from the multiple-synchronous one and given by the formula
T=Tгcо⋅n/(2n+1)+Δt.T = T gco ⋅n / (2n + 1) + Δt.
Здесь Δt - добавка к вышеописанному периоду кратносинхронной орбиты, исчисляемая некоторым количеством секунд и вызывающая медленное смещение трассы этой орбиты по географической долготе. При таком выборе периода обращения ВЭО через определенное время при незначительной коррекции периода обращения КА-наблюдателя произойдет его сближение с наблюдаемым объектом на минимально-допустимую дальность. Следует учитывать, что для такого сближения может потребоваться длительное время.Here Δt is the addition to the above-described period of the multiple-synchronous orbit, calculated in a certain number of seconds and causing a slow displacement of the path of this orbit in geographical longitude. With this choice of the VEO revolution period, after a certain time, with a slight correction of the period of revolution of the KA observer, it will come closer to the observed object at the minimum allowable range. Keep in mind that such a rapprochement may take a long time.
По предлагаемому способу обзора геостационарной области применительно к получению детальных изображений объектов на ГСО с кратносинхронной орбиты проведены расчеты для двух вариантов максимально допустимой дальности получения детальных изображений: Lmax=100 км и Lmax=400 км.According to the proposed method for reviewing the geostationary region with respect to obtaining detailed images of objects at the GSO from a multiple-synchronous orbit, calculations were performed for two options for the maximum permissible range for obtaining detailed images: L max = 100 km and L max = 400 km.
Проведенные расчеты показали, что предлагаемый способ обзора геостационарной орбиты позволяет уменьшить время полного обзора ГСО в 6-10 раз по сравнению с прототипом.The calculations showed that the proposed method for the review of the geostationary orbit can reduce the time for a full review of the GSO in 6-10 times compared with the prototype.
Из вышеизложенного следует, что предложенный способ обзора имеет преимущество перед известными способами обзора геостационарной области и получения детальных изображений объектов на геостационарной орбите с космических аппаратов на околоземных геоцентрических орбитах.It follows from the foregoing that the proposed survey method has an advantage over the known methods for surveying the geostationary region and obtaining detailed images of objects in the geostationary orbit from spacecraft in near-earth geocentric orbits.
Источники информацииInformation sources
1. И. Чёрный. Шпион высокого полета. Новости космонавтики. №5. 2014. С. 62-63.1. I. Black. High Flight Spy. Cosmonautics News. No. 5. 2014.S. 62-63.
2. И. Лисов. «Ангелы» и «стражи» для геостационара. Новости космонавтики. №9. 2014. С. 54-57.2. I. Lisov. "Angels" and "guards" for the geostationary. Cosmonautics News. No. 9. 2014.S. 54-57.
3. И. Чёрный. Запущен спутник контроля космической обстановки. Новости космонавтики. №11. 2010. С. 34-36.3. I. Black. Launched a satellite monitoring the space situation. Cosmonautics News. No. 11. 2010.S. 34-36.
4. Н.Н. Клименко, А.Е. Назаров. Перспективная космическая система для наблюдения геостационарной орбиты. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. №4. 2015. С. 16-22.4. N.N. Klimenko, A.E. Nazarov. A promising space system for observing a geostationary orbit. Bulletin of the NGO named after S.A. Lavochkina. Number 4. 2015.S. 16-22.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126628A RU2659379C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Method of the geostationary region survey for the space debris elements and other objects observation from space craft on the semi-diurnal high-elliptic orbit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126628A RU2659379C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Method of the geostationary region survey for the space debris elements and other objects observation from space craft on the semi-diurnal high-elliptic orbit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2659379C1 true RU2659379C1 (en) | 2018-06-29 |
Family
ID=62815267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017126628A RU2659379C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Method of the geostationary region survey for the space debris elements and other objects observation from space craft on the semi-diurnal high-elliptic orbit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2659379C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709978C1 (en) * | 2019-02-07 | 2019-12-23 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" | Method for determining the orbit of a spacecraft with equipment for capturing an underlying surface |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8511614B2 (en) * | 2010-03-22 | 2013-08-20 | Raytheon Company | Satellite system providing optimal space situational awareness |
RU2568291C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | System of global real time monitoring of state parameters of multivariate objects |
RU2570009C1 (en) * | 2014-08-06 | 2015-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Warning of danger in near-earth space and on earth and acs to this end |
-
2017
- 2017-07-25 RU RU2017126628A patent/RU2659379C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8511614B2 (en) * | 2010-03-22 | 2013-08-20 | Raytheon Company | Satellite system providing optimal space situational awareness |
RU2568291C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | System of global real time monitoring of state parameters of multivariate objects |
RU2570009C1 (en) * | 2014-08-06 | 2015-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Warning of danger in near-earth space and on earth and acs to this end |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Клименко Н.Н., Назаров А.Е. Перспективная космическая система для наблюдения геостационарной орбиты. Вестник НПО имени С.А. ЛАВОЧКИНА. Космонавтика и ракетостроение. 2015 4 (30), с.16-20. * |
Клименко Н.Н., Назаров А.Е. Перспективная космическая система для наблюдения геостационарной орбиты. Вестник НПО имени С.А. ЛАВОЧКИНА. Космонавтика и ракетостроение. 2015 4 (30), с.16-20. МАШИНОСТРОЕНИЕ. Энциклопедия. Том IV-22. Ракетно-космическая техника. Книга 1. М. "МАШИНОСТРОЕНИЕ" 2012. Глава 2.5. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ, с.180-184. * |
МАШИНОСТРОЕНИЕ. Энциклопедия. Том IV-22. Ракетно-космическая техника. Книга 1. М. "МАШИНОСТРОЕНИЕ" 2012. Глава 2.5. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ, с.180-184. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709978C1 (en) * | 2019-02-07 | 2019-12-23 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" | Method for determining the orbit of a spacecraft with equipment for capturing an underlying surface |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mazarico et al. | Orbit determination of the lunar reconnaissance orbiter | |
US6622970B2 (en) | Method and apparatus for autonomous solar navigation | |
Witasse et al. | Mars express investigations of Phobos and Deimos | |
Giordano et al. | Moonlight navigation service-how to land on peaks of eternal light | |
Stanbridge et al. | Lucy: navigating a Jupiter Trojan tour | |
Christian et al. | Review of options for autonomous cislunar navigation | |
US20230358896A1 (en) | Latitude optimized satellite constellation | |
Choi et al. | Analysis of the angle-only orbit determination for optical tracking strategy of Korea GEO satellite, COMS | |
RU2692350C1 (en) | Method for high-accuracy positioning of apparatus on moon surface and device for its implementation | |
RU2659379C1 (en) | Method of the geostationary region survey for the space debris elements and other objects observation from space craft on the semi-diurnal high-elliptic orbit | |
Pratt et al. | Comparison of Deimos and Phobos as destinations for human exploration and identification of preferred landing sites | |
Bisikalo et al. | Perspectives for Distributed Observations of Near-Earth Space Using a Russian–Cuban Observatory | |
Herzog | Cataloguing of objects on high and intermediate altitude orbits | |
RU2535375C1 (en) | Method of viewing surface of planet from space and space satellite system for implementing said method | |
CN109413662A (en) | A kind of low rail communication satellite constellation is connected to planing method with subscriber station | |
Maurer et al. | Operational aspects of the TanDEM-X science phase | |
Petrie | Some considerations regarding mapping from earth satellites | |
RU2595240C1 (en) | Planet observation system | |
RU2729339C1 (en) | Method for determination of spacecraft orbit | |
RU2542836C2 (en) | Method of determination of state vector of passive space object | |
Kudva et al. | Preliminary star catalog development for the Earth Observation System AM1 (EOS-AM1) mission | |
Shim et al. | Single Frequency RTK Relative Navigation for Autonomous Formation Flying Mission of SNUGLITE-III CubeSat | |
RU2712781C1 (en) | Method of capturing images of an underlying surface from an orbital spacecraft | |
Zhang et al. | Summary of Lunar Constellation Navigation and Orbit Determination Technology | |
Bar-Lev et al. | Eros system-Satellite orbit and constellation design |