Введение к работе
Актуальность работы. Использование оптических наблюдений геостационарных спутников (ГСС) считается перспективным направлением как для астрометрии и небесной механики так и для решения различных геодинамических и геофизических проблем . По оптическим наблюдениям ГСС возможно уточнение коэффициентов геопотенциала, резонансных с орбитой этих спутников, определение вариаций h; определение вековых вариаций геомагнитного поля. В 1988 году КОСПАР и съезд MAC одобрили международный проект COGEOS (Campaign for Optical Observations of Geosynchronous Satellites), где было предложено определять вековые изменения коэффициентов геопотенциала, резонансных с орбитой ГСС, по фотографическим наблюдениям нескольких спутников. Институтом астрономии АН СССР была выдвинута и принята пленумом Астрономического совета АН СССР в качестве Всесоюзной наблюдательной программы комплексная программа научных исследований на основе наблюдений ГСС "Стационар-экватор", включающая использование не только позиционных, но и фотометрических наблюдений. В Институте астрономии РАН продолжаются работы по позиционным и фотометрическим наблюдениям ГСС и по использованшо этих наблюдений для решения фундаментальных научных проблем.
Проведение программ наблюдений ГСС для решения как фундаментальных научных проблем, так и научно-прикладных задач требует качественно нового эфемеридного обеспечения, так как в последние годы к наблюдениям привлекаются астрофизические телескопы с малым полем зрения и с ограниченными возможностями
поиска и отслеживания спутников. Поэтому возникает необходимость в высокоточных эфемеридах, что еще раз подчеркивает необходимость тщательного анализа наблюдений и поисков возможности улучшения точности эфемерид.
Другой областью применения позиционных наблюдений ТСС является проблема контроля космического пространства на геостационарной орбите (ГСО). Проблема засорения околоземного космического пространства телами искусственного происхождения стала одной из актуальных в современной науке. Около тридцати лет в околоземном пространстве движутся искусственные спутники, космические лаборатории, автоматические межпланетные станции -небесные тела, созданные руками человека. За период активного освоения космического пространства осуществлено более 3.5 тысяч запусков, в результате которых на различных орбитах побывало более семи тысяч объектов различного назначения. Техногенный космический мусор, образованный из нефункционирующих спутников, верхних ступеней ракет, фрагментов от взорвавшихся ракет и спутников, не только создает угрозу космическим полетам и мешает функционированию действующих спутников, но также создает помехи при астрономических и других научных наблюдениях в оптическом, радио и инфракрасном диапазонах длин волн. Между тем, количество космического мусора в связи с продолжающимся освоением околоземного пространства человечеством продолжает увеличиваться.
Отсюда понятно большое внимание, уделяемое многими институтами и космическими агентствами различных стран, международными организациями к проблеме засоренности космоса. Во многих космических агентствах существуют группы и комиссии по исследованию космического мусора. Ежегодно Европейское
космическое агентство устраивает научные конференции, посвященные этой проблеме, такие же встречи организует и НАСА в США. В 1993 году впервые в российской научной литературе Институтом астрономии РАН опубликован сборник, посвященный всестороннему освещению проблемы загрязненности космоса объектами искусственного происхождения, в 1995 году вышел следующий сборник, посвященный столкновениям в околоземном пространстве.
В исследованиях проблемы засорения околоземного космического пространства особое место занимают исследования объектов в геостационарной области. В последние годы многие страны и международные организации, занимающиеся освоением и использованием космического пространства, акцент своих усилий переносят на использование геостационарной области космоса. Так, если первый запуск на геостационарную орбиту был осуществлен в 1963 году, в 1970 году на этих орбитах находилось 7,5 % всех действующих космических аппаратов, в J 993 году - 42 %, то к 2000 году их количество может достичь 70 - 75 % от общего числа действующих ИСЗ. В 1996 году на геостационарной орбите согласно каталогу ИТА РАН находилось 682 объекта, из них только 231 действующих. При этом, если на низких орбитах существует некий механизм самоочищения, связанный с торможением спутников в верхних слоях атмосферы и последующим их сгоранием, то для геостационарной орбиты такого механизма не существует. Все запускаемые на эту орбиту объекты остаются на квазистационарной орбите навсегда, превратившись в космический мусор.
Такая заселенность геостационарной орбиты, естественно, не может не сказаться на эффективности наблюдений. На некоторых снимках спутниковой камеры ВАУ количество получающихся
изображений различных геостационарных объектов достигает сорока, и возникают трудности с нахождением среди них тех, которые требуются по программе наблюдений. На некоторых снимках изображения ГСС даже накладываются друг на друга, и это - при диаметре изображений спутников, равном 6"-10".
В Институте астрономии РАН ведутся комплексные исследования по проблеме космического мусора. Они позволяют сделать экспертную оценку состояния геостационарной орбиты, ее заселенности и эволюционных изменений.
Таким образом, актуальность проведения оптических наблюдений ГСС и анализа их результатов определяется не только научной целесообразностью, но и практическими задачами освоения космического пространства в геостационарной области.
Цель работы, состояла в разработке методики и проведении поисковых фотографических наблюдений ГСС с помощью камеры ВАУ, анализе и систематизации результатов наблюдений, составлении каталогов наблюденных объектов и исследовании возможности применения полученных результатов в научных и прикладных задачах.
Для этого автором
- разработана методика проведения обзорных (поисковых)
фотографических наблюдений ГСС с помощью камеры ВАУ;
проведены многократные обзорные наблюдения видимой из Звенигорода зоны нахождения ГСС;
составлены каталоги положений и орбит наблюденных в Звенигороде геостационарных объектов;
проведены наблюдения избранных спутников для изучения эволюции их орбит, подобраны длительные ряды наблюдений пассивных ГСС;
- даны примеры применения результатов позиционных наблюдений ГСС для решения научных и прикладных задач.
Научная новизна работы. На Звенигородской обсерватории Института астрономии РАН с 1975 года при непосредственном участии автора накоплен большой наблюдательный материал (более 30 тысяч положений сотен геостационарных объектов). Большинство этих наблюдений было проведено для научно-прикладных исследований в режиме обзора без идентификации наблюденных объектов. Впервые этот материал систематизирован и проведен анализ массива результатов наблюдений.
По разработанной автором методике проведены уникальные серии обзорных наблюдений объектов на ГСО при помощи камеры ВАУ в Звенигороде, когда за ночь наблюдались более 100 геосинхронных объектов. По этим наблюдениям составлены каталоги положений ГСС и каталоги их элементов орбит. Точность определения элементов орбит намного превышает точности других каталогов орбит, включая двустрочные элементы Системы Космического Наблюдения США.
Разработана методика поисковых наблюдений космического мусора при помощью камеры ВАУ, проведены наблюдения по этой методике и обнаружены не каталогизированные пассивные объекты на ГСО.
Проведенная с участием автора модернизация камеры ВАУ и программного обеспечения повысили точность определения координат, проницающую силу камеры и эффективность наблюдений. Это позволило Звенигородской обсерватории ИНАСАН полноценно участвовать в исследованиях по проблеме загрязнения космоса.
Практическая ценность работы. Разработанные методика и программное обеспечение успешно применяются в Институте астрономии РАН в исследованиях по проблеме космического мусора, которые ведутся в сотрудничестве как с отечественными научными учреждениями, так и с Европейским Космическим Агентством и НАСА.
Проведенная при непосредственном участии автора модернизация технического и программного обеспечения наблюдений ГСС дает возможность на Звенигородской обсерватории ИНАСАН самостоятельно проводить наблюдения геостационарных ИСЗ в поисковом режиме, идентификацию объектов с использованием различных каталогов, и определение элементов орбит наблюденных объектов с вычислением точных эфемерид как для Звенигородской обсерватории, так и для других пунктов. В частности, успешно решается задача независимого эфемеридного обеспечения программ наблюдений для 1-м телескопа в Симеизе (КрАО) с использованием результатов наблюдений, выполненных только на Звенигородской обсерватории ИНАСАН.
Результаты, полученные в ходе выполнения работы, переданы заинтересованным организациям и использованы в ЦНПО "Комета", НИИВЦ "Космос", МАК "Вымпел" для научно-прикладных исследований. В ИТА РАН результаты использовались для создания теорий движения спутников и для каталогизации ГСС. Группы исследователей ГАО РАН, ГАИШ МГУ, МАК "Вымпел" и ГАО АН Украины использовали наблюдения для разработки теории движения ИСЗ, программ вычисления и прогноза орбит ГСС.
Проведена аттестация пункта наблюдений ГСС в Звенигороде. Для этого были использованы квазисинхронные наблюдения ИСЗ Интелсат 5 Ф-12, полученные с камерой ВАУ в Звенигороде и
двойным широкоугольным астрографом в Голосеево (Украина). Сделана оценка точности наблюдений и выяснено отсутствие систематических ошибок в положении ГСС, превышающих 1".
На зашиту выносятся:
1. Методика фотографических обзорных наблюдений
геостационарных спутников. Эта методика позволяет наиболее полно
использовать возможности камеры ВАУ при наблюдениях ГСС. При
этом за одну ночь наблюдений можно получить по 4 - 7 положений
более сотни объектов с точностью, близкой к одной угловой секунде.
2. Методы анализа результатов фотографических наблюдений
ГСС.
-
Результаты обзорных наблюдений ГСС и результаты наблюдений пассивных ГСС на длительных интервалах наблюдений (1980-1996гг.);
-
Результаты позиционных наблюдений ГСС для решения научных и научно-прикладных задач:
каталоги небесных объектов на геостационарной орбите,
эфемеридное обеспечение научно-исследовательских программ наблюдений ГСС,
исследования космического мусора на ГСО.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались автором на семинарах Института астрономии РАН, на Всесоюзных совещаниях по проблемам наблюдений высокоорбитальных спутников Земли для решения научных и прикладных задач в Алма-Ате (1986), Суздале (1988), Ашхабаде (1989), Ужгороде (1990), Екатеринбурге (1991), Зеленчуке (1993), Звенигороде (1994), в КрАО (1995); на международных конференциях, организованных ИТА РАН в Санкт-Петербурге в сентябре 1992 г., в
июне и декабре 1994 г; на научной конференции "Стохастические методы и эксперименты в небесной механике" в Архангельске в 1995 г.; на первом международном семинаре по проблеме экологии космического пространства в Москве (1995, ИКИ РАН); на первой научно-технической конференции в Московском высшем училище радиоэлектроники ПВО (1996, Кубинка-2), на астрометрическом семинаре ГАО РАН (1997).
Всего по теме диссертации опубликовано 18 работ. Основные результаты, выносимые на защиту, изложены в 12 печатных работах.
Личный вклад автора. Автор получил большую часть наблюдений; разработал методику обзорных наблюдений, методы анализа результатов наблюдений. Автор принимал участие в текущей обработке и анализе всех полученных материалов, проводил вычисления элементов орбит, эфемеридное обеспечение (наблюдения и вычисления) экспериментальных сеансов наблюдений космического мусора, составлял каталоги положений и элементов орбит. В совместных публикациях участие соавторов равное.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 60 наименований и трех приложений, содержит 101 страницу текста, 10 иллюстраций и 9 таблиц.
