Статья: Использование эффективной площади отражения геостационарного спутника при идентификации его типа

Использование эффективной площади отражения геостационарного спутника при идентификации его типа

А.В. Диденко

Л.А. Усольцева

На основе многолетних наблюдений показано, что форма кривой блеска геостационарного спутника (ГСС) на границах земной тени связана с эффективной площадью отражения Sг. Величину Sг можно использовать в процессе идентификации типа ГСС.

В Астрофизическом институте им. В.Г. Фесенкова, начиная с 1987 г. проводился цикл исследований, цель которых состояла в определении некоторых характеристик земной атмосферы и геостационарных спутников на основе их наблюдений на границах земной тени. В работе принимали участие сотрудники отдела атмосферной оптики и Лаборатории наблюдений ИСЗ, часть результатов была опубликована в статьях [1-4]. Наблюдения ГСС на границах земной тени продолжались на протяжении всех последующих лет, и данная работа является составной частью этих исследований. В таблице 1 приведен список объектов, для которых была получена координатная и фотометрическая информация, в ней указаны: название ГСС, его международный номер, дата наблюдений, статус объекта на этот момент (c - управляемый, l - либрационный, d - дрейфующий) и долгота точки стояния. Спутники в таблице сгруппированы по типам. Наблюдения велись на 1-м телескопе Ассы-Тургеньской обсерватории Астрофизического института (Рспаев Ф.К., Диденко А.В.) и сотрудниками Лаборатории астрономических наблюдений ИРЭ с помощью квантово-оптической системы, г. Приозерск [1].

Таблица 1. Список ГСС, для которых проведены наблюдения на границах земной тени

Основные сведения о конструктивных особенностях и динамическом состоянии космического аппарата (КА) дает изучение характера отражения света от его поверхности. Напомним, что для определения блеска спутника в звездных величинах обычно используется формула (1):

, (1)

где - звездная величина Солнца в соответствующем спектральном диапазоне; S - видимая наблюдателем поверхность аппарата, освещенная Солнцем; г_л - спектральный коэффициент отражения; F(ц) - фазовая функция; d - топоцентрическое расстояние до объекта. Произведение S_л называют эффективной площадью отражения.

Ясно, что блеск ГСС в основном зависит от его индивидуальных характеристик (формы, материалов покрытия, конструктивных особенностей, ориентации) и условий освещения. Последнее, в свою очередь, определяется геометрией движения системы "наблюдатель - объект - Солнце", взаимным затенением и переотражением падающего светового потока между деталями ГСС. Большинство геостационаров, доступных для наблюдений оптическими методами, имеют характерные площади отражающих поверхностей от 1 до 85 кв. метров. Их формы не отличаются особым разнообразием. Как правило, корпус космического аппарата представляет собой цилиндр или куб, различным образом ориентированный в пространстве, на боковых поверхностях которого находятся элементы солнечных батарей (СБ). Они могут быть жестко связаны с корпусом или вынесены на специальных панелях за его пределы. Каждый аппарат имеет также одну или несколько приемно-передающих антенн различного типа. Следует отметить, что активный ГСС, как правило, стабилизирован и жестко удерживается в заданной подспутниковой точке, что следует из его функционального назначения.

Все величины, входящие в формулу (1), кроме S_л могут быть достаточно надежно измерены или рассчитаны на основе наблюдений. В то же время эффективная отражающая площадь является достаточно важным критерием, который может быть использован при идентификации типа ГСС. Дело в том, что форма кривой блеска заходящего в земную тень (или выходящего из нее) спутника связана в первую очередь с эффективной площадью отражения S_л . Вхождение спутника в тень происходит достаточно быстро, при этом расстояние до него и фазовый угол существенно не меняются.

Величина S_л для однотипных объектов зависит от их пространственной ориентации. В связи с тем, что солнечные батареи (СБ) управляемых КА постоянно ориентированы на Солнце, эффективная площадь отражения связана с долготой точки стояния ГСС и определяется как S_л = S_{в л} cos(ц_т - ц_г), где S_в -видимая площадь СБ, ц_т - топоцентрический, а ц_г - геоцентрический фазовый угол, рассчитанные на момент начала захода спутника в тень.

Для всех объектов, перечисленных в таблице 1, были определены эффективные площади отражения и на их основе построены суммарные кривые блеска для ИСЗ с близкими значениями S_л. В качестве примера на рисунке 1 приведены такие кривые для семи реальных значений S_л, соответствующих тем типам ГСС, которые указаны в таблице 1.

Рисунок 1. Кривые блеска ГСС в фильтре R, усредненные для следующих значений Sг (в м²): ? - 8,69; ¦ - 25;^ - 35; +- 36,7; Ч - 40; ¦ - 176; ¦- теоретическая кривая

Полученные кривые блеска достаточно надежно аппроксимируются уравнением:

, (2)

где Е_i - текущая освещенность спутника, а Е₀ - освещенность на момент его входа в тень Земли.

В таблице 2 приведены типы ГСС, соответствующие им величины Sг_л и значения коэффициентов а,b и l зависимости (2).

Таблица 2. Эффективная площадь отражения S_л и коэффициенты зависимости (2) для различных типов ГСС

Из анализа коэффициентов зависимости (2) следует, что изменение формы кривой блеска в зависимости от S_л наблюдается только для аппаратов, имеющих солнечные батареи. Кривая блеска ГСС, у которого солнечные батареи отсутствуют и значение _л близко к единице, практически совпадает с теоретической, рассчитанной для объекта с неселективным покрытием. При идентификации неизвестного аппарата определяем для него коэффициенты уравнения (2). Если они не совпадают с величинами, приведенными в таблице 2, то, интерполируя между ними, можно найти его S_л и таким образом приблизительно оценить, к какому типу относится объект. В некоторых ситуациях этого бывает достаточно, чтобы сделать выбор между различными вариантами. В случае неоднозначного соответствия какому-либо типу (такое иногда случается), для окончательных выводов приходится привлекать дополнительную информацию.

Таким образом, полученные результаты наглядно показывают, что эффективная площадь отражения Sг может быть использована в качестве дополнительного фактора в процессе идентификации типа ГСС.

Литература

геостационарный спутник земной тень

1. Пятелина С.В., Диденко А.В., Павлов В.Е. Освещенность геостационарного спутника, входящего в тень Земли // Изв. АН Каз.ССР , Сер.физ.-мат., 1990, № 4 (155), С. 87-92.

2. Пятелина С.В., Диденко А.В. Об исследовании земной атмосферы путем фотометрирования ИСЗ, заходящих в тень Земли // Изв. НАН РК, 1993, № 4, С. 27-31.

3. Диденко А.В., Усольцева Л.А. Определение оптических характеристик геостационарных спутников и земной атмосферы по их наблюдениям на границах земной тени // Космические исследования в Казахстане, Алматы, КазГосИНТИ, 2002, С. 355-373.

4. Диденко А.В., Усольцева Л.А. О возможности использования кривых изменения блеска ИСЗ на границах земной тени при его идентификации // Первые Фесенковские чтения «Современная астрофизика: традиции и перспективы», Алматы, 2005, С. 75-76.

5. Диденко А.В., Демченко Б.И., Усольцева Л.А. и др. Зональный каталог геостационарных спутников. (Вып. 2). Алматы, Гылым. 2000. с. 108.