Раньше слежение за спутниками было чем-то, что могли делать только крупные организации, но сегодня энтузиасты-любители отслеживают множество спутников. Для отслеживания многих наиболее интересных спутников полезно иметь обсерваторию с профессиональным оборудованием. Это история о том, как некоторые люди делают именно это, и о том вкладе, который они вносят в безопасность в космосе.
Сначала, когда мы думаем о спутниках, которые вращаются над нами, мы классифицируем их одним из нескольких способов. Один по их именам. Другой уникальный способ идентифицировать — это номер «COSPAR ID», который представляет собой буквенно-цифровое обозначение, а затем каждому спутнику присваивается уникальный номер. Здесь нет места для рассказа об их истории, но есть ряд сайтов с более подробной информацией.
Один интересный проект — это сравнение различных существующих спутниковых каталогов, которое быстро обнаруживает, что у всех этих каталогов есть свои особенности. Есть несколько списков спутников, находящихся в космосе, предназначенных для схожих целей, но они очень разные в различных каталогах.
Эти спутники перечислены в ряде «спутниковых каталогов», и одним из примеров является тот, который поддерживается U.S. Space Force. Они являются (официальным по умолчанию) хранителем официального списка спутников. Его часто называют каталогом Space Track, и в нем перечислены самые крупные запущенные спутники. В каталоге Space Track указаны номер спутника, идентификатор COSPAR, «страна происхождения» для большинства объектов и некоторые параметры орбиты.
Один интересный проект — это сравнение различных существующих спутниковых каталогов, которое быстро обнаруживает, что у всех этих каталогов есть свои особенности. Есть несколько списков спутников, находящихся в космосе, предназначенных для схожих целей, но они очень разные. Самые интересные сайты — это те, которые собирают уникальные наблюдения за спутниками. У них есть собственные данные, которые они собирают и обрабатывают. Есть также сайты, которые повторяют спутниковый каталог, но фактически не принимают отслеживание спутников и генерируют уникальную информацию; они не являются предметом данной статьи.
Спутниковые каталоги
Какие основные спутниковые каталоги существуют?
Существует Space Track, который является публичным лицом официального мирового каталога спутников по умолчанию. Как я уже сказал, Space Track присваивает официальные номера спутников и идентификаторы COSPAR, и они используются в большинстве спутниковых каталогов. Они выполняют адекватную работу по учету большинства более крупных спутников, и их цель — перечислить все идентифицированные спутники. Есть сайт Мини-MegaTORTORA, который является проектом Казанского федерального университета. Спутниковый каталог «ISON» предоставляется ОАО «Межгосударственная корпорация Вымпел» и Институтом прикладной математики им. М.В. Келдыша в России. ISON расшифровывается как «Международная научная оптическая сеть», и есть несколько хороших сайтов, которые предоставляют дополнительную информацию об этой организации. Они присваивают свои собственные спутниковые номера и не используют те, которые присвоены Space Track. В каталоге украинской сети оптических станций (UMOS) также используются номера, как в Space Track. Большая часть усилий по созданию и поддержке этого каталога была предпринята Научно-исследовательским институтом Николаевской астрономической обсерватории под руководством доктора Александра Шульги.
Конечно, есть и другие спутниковые списки и каталоги, в том числе несколько коммерческих. У Numerica Corporation есть один, как и у ExoAnalytic Solutions, но каталог ExoAnalytic, похоже, не имеет публичного доступа (который я обнаружил). Есть LeoLabs, а также ComSpOC, оригинальный Центр коммерческих космических операций. Это, безусловно, очень исчерпывающие списки и каталоги, но это компании, которые взимают плату за доступ к своей (дорого полученной) информации, и поэтому любая общедоступная информация в основном дублирует Space Track. Европа начала создание спутникового каталога (EU SST). Они говорят, что однажды у него может быть некоторая его часть, которая станет общедоступной.
В различных каталогах не указаны объекты или не указаны орбитальные параметры некоторых спутников. Например, в каталоге Mini-MegaTORTORA не указаны параметры для каких-либо спутников, которые, в соответствии с их страной происхождения, находятся в Содружестве Независимых Государств (СНГ), как говорится на их веб-странице. Интересный факт: нет идентификатора для России, только для СНГ. В каталоге ISON в основном перечислены объекты с периодом обращения более 200 минут (я не проверял каждую орбиту в нем, поэтому некоторые из них могут находиться на орбитах с более короткими периодами). Список ISON, по-видимому, дает параметры для объектов независимо от того, какая страна заявляет их, хотя я этого не проверял.
Итак, кто может найти неизвестные спутники? Если у вас есть профессиональная обсерватория, вы, скорее всего, будете иметь как высококвалифицированную команду, так и отличное оборудование.
Есть ряд объектов, которые перечислены в каталоге Space Track, но их орбитальные параметры недоступны. И обоснование причины их отсутствия, не объzвляются последовательно. Я уже писал об этой ситуации раньше. Спутники, параметры орбиты которых недоступны на Space Track, также, безусловно, недоступны у коммерческих операторов, таких как Numerica или LeoLabs, вероятно, поскольку это может задеть правительство США. Если вы перейдете к списку спутников Numerica и попытаетесь отобразить последние параметры орбиты для спутника 23609, COSPAR 1995-034A, вы обнаружите, что он недоступен, хотя эти параметры доступны из других источников.
Но некоторые изъятия просто не имеют смысла. Почему не указаны параметры для объекта 41941, разгонного блока DSN из Японии? Будет интересно посмотреть, перечислены ли в каталоге EU SST те, которые недоступны на Space Track. Каталог спутников UMOS дает параметры для некоторых из этих спутников, таких как объект 23609 и объект 29249, названный USA 184.
Поиск неизвестных спутников.
В двух каталогах спутников перечислены спутники, у которых нет последовательных номеров спутников (те, которые идут после первых спутников) и не имеют идентификаторов COSPAR. В Space Track есть список спутников, которых нет в Спутниковом каталоге, это «спутники аналитиков», и вы должны получить их отдельный список. Это объекты, которые отслеживались, но не были официально добавлены в каталог по разным причинам. UMOS (пока) не отслеживал многие уникальные спутники. Они отслеживали четыре (на момент написания этой статьи) достаточно последовательно, чтобы рассчитать хорошие параметры орбиты, и они отслеживали еще один, но они еще не уверены в параметрах орбиты. Они использовали два телескопа и в настоящее время отслеживают с помощью телескопа КТ-50 и определяют параметры орбиты. Угин Козырев из Николаевской астрономической обсерватории установил и использует программное обеспечение, разработанное Игорем Кара из Одесского национального университета им. И. Мечникова. Он принимает данные наблюдений и рассчитывает параметры орбиты с использованием методов, разработанных Эдгаром Эверхартом, доктором философии (и другими) из США.
Два наиболее отслеживаемых спутника показаны в их спутниковом каталоге на момент написания этой статьи под номерами 90103 и 90083. Очевидно, это спутники, которых нет в Space Track. Один хороший вопрос, на который мы не знаем ответа, — могут ли эти дубликаты спутников в коммерческих каталогах, таких как созданные Numerica, LeoLabs, ExoAnalytic и ComSpOC?
Каталог на сайте UMOS был разработан Александром Мажаевым из Николаевской астрономической обсерватории. Этот каталог предоставляет обновленные параметры орбиты в очень распространенном формате для ряда спутников, многие из которых находятся в этом формате только в этом каталоге.
Типы орбит и почему некоторых может не быть в каталогах
Найти спутники можно несколькими способами. Большинство спутников вращаются недалеко от поверхности Земли, и их легко отслеживать с помощью радара. Спутники, движущиеся по орбите ниже 1000 километров, можно отслеживать с помощью радара, если предположить, что они имеют правильный наклон. Но многие из них будут слишком маленькими, чтобы их можно было постоянно отслеживать, и они могут никогда не быть добавлены в каталог. Есть много спутников, которые являются геостационарными или геосинхронными; их возможно отслеживать только через телескопы. Эти спутники вызывают большой интерес, потому что многие из них являются коммерческими спутниками и приносят большой доход. Кроме того, существуют спутники на средней околоземной орбите, такие как спутники GPS, которые обычно можно отслеживать с помощью радара.
Одно из самых интересных семейств орбит — орбиты с высоким эксцентриситетом, что означает, что они могут иметь низкий перигей, но высокий апогей. Некоторые из этих орбит используются в качестве геопереходные орбиты: полезная нагрузка запускается на низкую орбиту, но затем разгонный блок выводит ее на орбиту с высоким эксцентриситетом, которая выводит ее на геостационарную орбиту. Обычно они имеют небольшой наклон, и часто верхние ступени (или обломки) остаются на геопереходной орбите. Обычно их нетрудно отследить, потому что в какой-то момент их орбита вблизи перигея будет видна радиолокационной станции, а перигей будет находиться вблизи экваториальных широт.
Проверяя потенциальные орбиты относительно всех других объектов в космосе, безопасность планируемых к запуску спутников будет повышена.
Затем есть группа орбит, которые известны своим наклонением около 63 градусов. Этот наклон (объяснение выходит за рамки этой статьи) полезен, потому что полезная нагрузка может иметь апогей, который устанавливается над северным полушарием и имеет тенденцию оставаться там. Обычная версия этой орбиты обеспечивает почти геосинхронную полезную нагрузку, которая обитает в более высоких широтах и полезна для связи и наблюдения. Этот набор орбит может быть трудно отследить: перигей часто находится над обширными океанскими областями в южном полушарии, где мало трекеров, а объекты находятся на большой высоте апогея, когда они видны. Только чувствительный телескоп, управляемый профессиональной командой, может отследить подобные объекты.
Новые спутники
Итак, кто может найти неизвестные спутники? Если у вас есть профессиональная обсерватория, вы, скорее всего, будете иметь как высококвалифицированную команду, так и отличное оборудование. Сеть UMOS отслеживает спутники с 2012 года и с радостью рассказала об отслеживании некоторых сложных объектов. Начиная с некоторых спутников с высоким эксцентриситетом, одним из способов поиска неизвестных спутников было бы измерение параметров орбиты путем измерения прямого восхождения восходящего узла (RAAN). Одно из моих утверждений заключается в том, что спутники имеют сходную скорость прецессии этого параметра, поэтому изменение этого параметра может дать орбиту для поиска. Другой метод состоит в том, чтобы получить устаревшие параметры орбиты, которые больше не могут использоваться, и обновить их, чтобы получить орбиту поиска. Конечно, обновление орбиты без новых наблюдений может дать хорошую или совершенно неправильную орбиту.
Сопоставление новых спутников с другими спутниками
Используя различные методы, UMOS до сих пор отслеживал пять спутников, которых, похоже, нет в других каталогах спутников. Один имеет наклон 62,3 градуса, один имеет наклон 62,7 градуса, один имеет наклон 9 градусов и один имеет наклон 27,9 градуса. Все имеют высокий эксцентриситет. Тот, по которому они не получили достаточного отслеживания, чтобы рассчитать надежную орбиту.
Удобно присвоить спутниковый номер 99999 новому объекту до тех пор, пока он не будет сопоставлен с существующим объектом. До сих пор мы присвоили объекту 90103 вероятный спутниковый номер с помощью разрабатываемого мной «теста RAAN». Используя этот тест, мы сравнили 99999 с объектом, который долгое время не отслеживался, и, похоже, они имеют одинаковую скорость прецессии RAAN. С новыми параметрами объект 90103 в последнее время отслеживался много раз. Второй объект, похоже, соответствует более старому объекту с номером 90083, и он также был очень предсказуем с параметрами, сгенерированными в результате отслеживания.
Глядя на рисунок 1, где значения RAAN были нанесены для нескольких спутников, становится очевидным, что 99999 и 90103 коллинеарны и, хотя 90103 имеет большой разрыв в отслеживании, разумно сделать вывод, что это одинаковые объекты.
Сопоставление неизвестных спутников
Неизвестный спутник нанесен на несколько объектов, с которыми он может быть идентифицирован, как с более старым неизвестным (90103), так и с несколькими возможными кандидатами. Три других спутника были выбраны потому, что их орбитальные параметры недоступны из Space Track: чтобы найти их, вам нужно перейти на один из других сайтов, на котором они находятся (они легко доступны). Например, UMOS регулярно отслеживает эти спутники, поэтому не будут путать их с неизвестным. Неизвестное также сравнивали с несколькими другими спутниками, такими как некоторые спутники «Молния», но, похоже, не соответствовали ни одному из них.
Мы также присвоили вероятные номера двум другим объектам: это 90109 и 99212, и они могут быть добавлены в каталог, если они предсказуемы. Они также отслеживали еще один объект, но еще не получили достаточно данных о них для создания качественного описания орбиты.
Эти объекты имеют высокие значения эксцентриситета и имеют несколько обычно используемых наклонов. Объекты 90103 и 90083 имеют наклон примерно 63 градуса и находятся на орбитах, которые используются в качестве спутников связи для северных широт. Поскольку неизвестных спутников связи нет, это могут быть технологические крышки или подобный мусор. Другие объекты имеют меньший наклон и, по-видимому, связаны с запусками, которые выводят объекты на геостационарные или геосинхронные орбиты; вероятно, это обломки, оставленные на тех орбитах. Опять же, мы провели быстрое сравнение с другими каталогами спутников и пришли к выводу, что этих объектов нет в Space Track и у них нет идентификаторов COSPAR. UMOS отслеживает ряд спутников, параметры которых скрыты в каталоге Space Track,
Планы на будущее
Благодаря такому первому успеху мы продолжим попытки найти неизвестные спутники. Это могло быть полезно для разработчиков спутников, которые хотели убедиться, что они сравнивают потенциальные будущие орбиты со всеми объектами, которые могут столкнуться с их полезными грузами, а не только с объектами Space Track. Проверяя потенциальные орбиты относительно всех других объектов в космосе, безопасность планируемых спутников будет повышена.
Мы собираемся продолжить поиск неизвестных спутников и посмотрим на некоторые из этих спутников, чтобы оценить, когда они могут снова войти в атмосферу. Объект 99212 имеет перигей всего 360 километров и апогей менее 35000 километров, так что за ним стоит внимательно следить. Эти объекты с высоким эксцентриситетом имеют странную характеристику увеличения и уменьшения перигеев, поэтому этот объект, скорее всего, не войдет в атмосферу в ближайшие несколько лет.
В более ранней статье описывалось возможное использование теста RAAN для назначения неизвестных объектов, запусков которых они могли инициировать. Возможно, скорость прецессии RAAN также может указывать на то, с какой части был запущен объект, здесь 90103 имеет очень похожую скорость на спутник 23609, но сильно отличается от скорости двух других спутников, которые имеют нормальные каталожные номера. Но для выполнения подобного задания объект должен быть сравнен со всеми объектами на аналогичных орбитах (с аналогичными наклонами и эксцентриситетом).
Благодарности
Чарльз: сюжеты для этого проекта были созданы с помощью очень замечательного приложения Datagraph (я не имею ничего общего с ними, кроме как счастливого пользователя), и Памела Шульц, доктор философии, щедро помогла мне с некоторыми вопросами. Майк Марстон написал большую часть приложения, которое используется для обработки множества орбит. Он намного лучше пишет код на C ++, чем я. Николай: Николаевская астрономическая обсерватория оказала большую поддержку. Выражаем благодарность директору Александру Шульге, д.б.н., Александру Мажаеву, Угину Козыреву, к.б.н., и директору лаборатории, к.м.н. Нади Майгуровой. Чарльз Филлипс — давний ветеран космической индустрии. Он подполковник ВВС США в отставке, который начал свою карьеру в 1978 году с должности орбитального аналитика в том, что намного позже станет 18-й эскадрильей космического контроля/CSpOC. В то время подразделение располагалось в горном комплексе Шайенн, штат Колорадо. После он стал старшим директором станции Clear AF на Аляске в радиолокационной станции системы раннего предупреждения о баллистических ракетах (BMEWS). В качестве действующего офицера ВВС он был диспетчером полета космического шаттла и находился в Космическом центре Джонсона во время миссий STS 51-C, 51-J и 51-L, STS 26 и 27. Затем он был авиадиспетчером Spacelab Life Sciences-1 (STS-40) и поддерживал Spacelab Life Sciences-2 (STS-58). С тех пор он работал над программой «Шаттл/Мир», в Центре исследований человека на МКС, а также занимался вопросами безопасности космических челноков и МКС. Николай Куличенко, кандидат наук, научный сотрудник Николаевской астрономической обсерватории, основные интересы которой — астродинамика и наблюдения за околоземными космическими объектами.
Первоисточник:
