Содержание [Основная идея] Часть I: Теория [Глава 1: Как движутся ИСЗ?] [Глава 2: Какие орбиты и ИСЗ бывают?] Часть II: Практика [Глава 3: Подготовка к наблюдениям] [Глава 4: О времени] [Глава 5: Что и как наблюдать?] §1. Оптические наблюдения Определение орбит ИСЗ Визуальные наблюдения ИСЗ Фото/видео съёмка ИСЗ Фотометрия ИСЗ Наблюдение вспышек ИСЗ Визуальные наблюдения вспышек Фотографирование вспышек Фотомтерия ИСЗ за пролёт §2. Радионаблюдения ИСЗ Приём телеметрии ИСЗ Получение снимков облачности [Приложения] [Использованные источники] [Полезные ресурсы сети INTERNET]

Глава 5: Что и как наблюдать? §1. Оптические наблюдения Определение орбит ИСЗ Визуальные наблюдения ИСЗ Визуальные наблюдения -- один из самых простых методов наблюдения за спутниками. Не смотря на его кажущуюся простоту и неэффективность, он даёт отличную базу для дальнейшего совершенствования в этом виде любительской астрономии. Визуальные наблюдения спутников, как и любых астрономических объектов, -- это первый этап в практике любителя астрономии, а в данном случае "сателлитчика" (от. англ. "satellite" -- спутник). Каждый наблюдатель начинает знакомиться на практике с ИСЗ именно через визуальные наблюдения пролётов. Очень многие из людей замечали, как на вечернем небе медленно перемещается неяркая "звёздочка", постепенно удаляясь и потухая. Современный человек, активно использующий INTERNET и спутниковое телевидение прекрасно знает, что вокруг Земли кружат множество рукотворных объектов, призванных делать нашу жизнь более комфортной и безопасной. Сегодня никого не удивляют эти "звёздочки", пересекающие небосклон. И как это контрастирует с той бурей эмоций в 1957 г., когда весь мир всматривался в ночное небо, чтобы увидеть первый объект, выведенный человеком в космос и ставший спутником Земли (люди видели более яркую вторую ступень ракеты-носителя, принимая её за "Спутник-1", яркость которого была даже в самых лучших конфигурациях освещения на пределе видимости невооружённым глазом)... Что же нужно для наблюдения спутников Земли? В зависимости от того, КАКИЕ спутники и КАК вы их хотите наблюдать, перечень необходимого оборудования сильно разнится. На этом сайте подробно описано фотографирование и видеосъёмка ИСЗ с целью получения их орбитальных элементов, определения периодов обращения вокруг своей оси, ориентации панелей солнечных батарей и некоторых других характеристик. В этом пункте мы рассмотрим только визуальные наблюдение ИСЗ с целью определения их примерных орбитальных элементов (визуальные фотометрические наблюдения спутников описаны в подпункте "Визуальные наблюдения вспышек" п. II §1 Главы 5). Итак, нам понадобится не много. Очень желательно иметь какой-нибудь оптический инструмент -- бинокль или подзорную трубу (телескоп). Если бинокль планируется держать только в руках, то не следует приобретать его с кратностью более 6x-8x -- иначе изображение будет сильно дрожать, и такие наблюдения будут бессмысленны. Чем больше апертура (диаметр объектива) бинокля или другого оптического элемента, тем лучше. В качестве примера на рис. 1 показана фотография бинокля "VISCOUNT" 8×30 (кратность 8x, апертура 30 мм) с полем зрения 7,5°. Это не самый хороший инструмент для наблюдения тусклых спутников, но он компактный, хорошего качества и удобный в использовании. Рис. 1. "VISCOUNT" 8×30, поле зрения 7,5°. [Вверх] Если говорить о подзорных трубах и телескопах, то при их использовании не следует устанавливать большие кратности (кроме случая наблюдения геостационарных спутников, смещение которых на фоне звёзд трудно заметить при малых кратностях) -- поле в 1° спутник может пролететь на 0,5-2 с. Всё же для задачу поиска "неизвестных" (новых или секретных военных ИСЗ, информация об орбитальных элементах которых не доступна в сети INTERNET) спутников лучше решать с оптикой небольшой кратности. Кроме оптики, нам понадобятся электронные часы и секундомер -- оба синхронизированные с точным временем. Степень точности синхронизации должна быть порядка 0,5 с -- о способах синхронизации часов наблюдателя подробно рассказывается в Главе 4 "О времени". Пример электронного секундомера приведён на рис. 2. Рис. 2. Секундомер "ИНТЕГРАЛ ЧС-01". Кроме этого нам понадобятся карты звёздного неба -- распечатанные (до 5m-6m), или электронные на ноутбуке (или net-буке, электронной книге, смартфоне и т.д.), который можно взять с собой на наблюдения. На всякий случай всегда следует иметь распечатки звёздных карт -- у бумаги аккумулятор не разрядится, а если они и намокнут немного от росы, то это не так страшно. Для визуальных наблюдений ИСЗ (да и для наведения на опорные звёзды при съёмке тоже) очень удобны звёздные карты из так называемого атласа Брно ("Gnomonic Atlas Brno 2000.0"). Карты в этом атласе, который используют наблюдатели метеоров, построены в гномонической проекции, благодаря чему треки метеоров, пролетающих по небу несколько градусов, выглядят в виде отрезков прямыхлиний -- на обычных картах треки выглядели бы дугами. С этой точки зрения использование атласа Брно полезно и наблюдателям ИСЗ, хотя за время пролёта спутника по небу (5-10 минут) небесный свод успевает повернуться на 1°-3°, так что трек ИСЗ на большой дуге будет искревлён и на этих картах. Впрочем, на этот момент можно не обращать внимания, т.к. каждая из карт в атласе Брно охватывает не очень большой участок неба, и кривизна трека ИСЗ на нём не очень велика. Ещё одной дополнительной опцией, полезной при наблюдении ИСЗ, является то, что на картах атласа Брно указана яркость опорных звёзд (см. Рис. 3). Предельный блеск звёзд на картах 6,5m. Рис. 3. Пояснения к обозначениям на звёздных картах атласа Брно. [Вверх] На каждой из 12 карт атласа (каждая охватывает участок неба шириной примерно 125°×100°, т.е. карты построены с перекрытиями) отмечены линии созвездий, их название (в ствндартном обозначении тремя латинскими буквами), блеск опорных звёзд (по традиции в написании блеска не ставится разделитель десятичных разрядов, т.е. блеск звезды накарте, к примеру, "42", означает, что блеск равен 4,2m). Также на картах присутствуют маркеры в виде перекрестья, проставленные через каждые 25°. Карты охватывают всё небо. Также карты можно использовать для оценки проницания при визуальных наблюдениях методом подсчёта звёзд в указанныз пунктироной линией участках (подробнее см. страничку "Определение предельной звёздной величины" сайта IMO). Более подробно об атласе Брно можно почитать на домашней страничке на сайте Международной метеорной организации (IMO) [162], а также скачать PDF-файлы с атласом [163]. Готовясь к наблюдению ИСЗ, при помощи линейки наносим на карту из атласа Брно трек спутника, проставляя метки рядом с опорными звёздами, мимо которых он будет пролетать. Возле меток указываем время, когда по рассчётам ИСЗ будет в данной точке неба, а также ожидаемый блеск ИСЗ (см. Рис. 4). Рис. 4. Подготовка карты при визуальных наблюдениях ИСЗ. Также полезно указать название ИСЗ, трек которого нарисован и номер трека -- если на одной карте отмечено несколько треков. Очерёдность номеров удобно вести в хронологическом порядке, тогда достаточно одного взгляда, чтобы оценить, какой ИСЗ будет пролетать следующим. Естественно, карты удобны и тем, что на них легко наносить трек неизвестных ИСЗ -- достаточно запомнить 2-3 звезды, мимо которых пролетал ИСЗ, и быстро нанести линию на карту. Ещё одним важным атрибутом амуниции "мателлитчика", как и любого любителя астрономии, является налобный фонарик. Рис. 5. Налобный фонарик PETZL TIKKINA2. [Вверх] Выбор конкретной модели и бренда остаётся на вкус наблюдателя, главное, чтобы фонарик был налобным -- свободны обе руки, фонарик светит только туда, куда смотришь. Важно, чтобы свет фонарика был красным -- для уменьшения засветки глаз. Можно или сразу купить такой фонарик с переключателоем режимов обычного света на красный, или сделать фильтр (самое простое решение -- наклеить на фонарик красную изоленту). В последнее время набирают популярность электронные книги -- цифровые устройства для чтения книг и просмотра изображений. Рис. 6. Отображение карты Brno c треком ИСЗ на экране LCD электроной книги. Если используется ЖКИ (LCD) экран, то ярость его высока, потому нужно использовать красную плёнку, накладываемую на экран (использование "ночного режима" в некоторых программах, при котором цветовая схема монитора меняется на красную, не сильно спасает положение -- яркость экрана всё равно велика). Аналогично можно поступать и для остальных устройств. Например, можно использовать прозрачную обложку для переплёта на перфобиндере (продаётся в центрах распечатки и переплёта документов), спектры пропускания которых представлен на Рис. 7.. Рис. 7.Красная и серая плёнки. Если яркость экрана всё равно велика, то можно вместе с красной использовать и серую плёнку. На Рис. 8 приведены спектры пропускания нарзных сочетаний таких плёнок. Рис. 8. Кривые пропускания красной и серой плёнок для переплёта на перфобиндере. [Вверх] На рисунке указаны следующие обозначения: "RED 2x" -- кривая пропускания для двух красных плёнок, сложенных вместе (расчётная, на основе измеренной кривой для одной плёнки); "NEUTRAL" -- измеренная кривая пропускания серой плёнки; "RED (1x) + NEUTRAL (1x)" -- расчётная кривая пропускания для сложенных вместе красной и серой плёнок; "RED (2x) + NEUTRAL (1x)" -- расчётная кривая пропускания для сложенных вместе двух красных и одной серой плёнок; "NEUTRAL (2x)" -- расчётная кривая пропускания для сложенных вместе двух серых плёнок; "RED (1x) + NEUTRAL (2x)" -- расчётная кривая пропускания для сложенных вместе одной красной и двух серых плёнок; "RED (2x) + NEUTRAL (2x)" -- расчётная кривая пропускания для сложенных вместе двух красных и двух серых плёнок. Из опыта наблюдателей установлено, что одинарный слой такой плёнки подходит и для сенсорных экранов (причём не только резистивных -- для некоторых емкостных тоже). Ещё одним вариантом использования электронных карт являеются электронные книги с технологией e-Ink, экран которых не светится (экономия заряда батареи), и его можно освещать красным светом налобного фонарика. При наблюдениях за городом, а особенно в холодное время года, необходимо использовать подогрев "критических узлов" -- электроники и оптики. Для регулирования интенсивности подогрева использовать переменный резистор неэффективно -- значительная часть тепла будет выделятся на нём, а не на нагревателе. Наиболее эффективно использовать т.н. регулировку "широтно-импульсной модуляцией" (ШИМ) [172]. Принцип таких нагревателей прост -- специальный ШИМ-генератор подаёт на мощный электроный "ключ" прямоугольные сигналы. При приходе сигнала "ключ" открывается и через нагреватель начинает течь ток. Ток течёт до тех пор, пока амплитуда импульса на ключе не упадёт до нуля. Потом всё повторяется -- нагреватель работает в импульсном режиме. На Рис. 9 показаны эпюры сигналов при ШИМ -- период "T" прямоугольных импульсов остаётся постоянным, но длительность "τ" импульсов меняется. Чем больше значение отношения τ/T, тем больше значение эквивалентного постоянного напряжения. Рис. 9. Эпюры ШИМ-импульсов [171]. Схем конкретных реализаций ШИМ-генератора достаточно много -- см. [172]. На Рис. 10 приведена довольно простая схема нагревателя, проверенная многими любителями астрономии [173]. Рис. 10. [173]. ШИМ-генератор собран на основе микросхемы таймера NE555. Переменный резистор R2 задаёт значение τ/T, т.е. интенсивность нагрева. Электронным "ключом" служит транзистор Дарлингтона TIP120. С "ноги" 3 таймера NE555 ШИМ-сигнал подаётся на TIP120, который открывается и пропускает ток через нагреватель. Следует сказать несколько слов про сам нагреватель. Это может быть нихромовая или никелиновая проволка (используется в устройствах нагрева -- паяльниках, фенах и т.д.), или цепочка из резисторов одинакового номинала, спаянных параллельно (см. Рис. 11). Рис. 11. Схема нагревателя из резисторов. Что касается сопротивления нагревателя, то оно не должно быть слишком малым. Ток "I", текущий через нагреватель и электронный ключ в первом приближении равен отношению напряжения питания (12 В) к сопротивлению нагревателя. Т.к. нагревать нужно всего на 1°-2° выше точки росы, то обычно хватает тока в 0,1-1 А. Защитный диод 1N5407 расчитан на ток до I = 3 А (TIP120 -- до 5 А), откуда легко получить минимальное сопротивление нагревателя -- не менее 4 Ом. При этом нагреватель будет рассеивать 36 Вт тепла (по формуле U2/R) -- довольно много для подогрева. Лучше, чтобы сопротивление нагревателя было на порядок выше. Если используется нагреватель из цепочки одинаковых резисторов в количестве N штук, то общее сопротивление RΣ такого нагревателя вычисляется по формуле: RΣ = R/N, где R -- сопротивления одного из N резисторов. Если орбитальные элементы для интересующего наблюдателя спутника известны, то рассчитать параметры пролёта над заданной территорией помогут специальные программы (см. Главу 3 "Подготовка к наблюдениям"). Если мы просто "охотимся" за спутниками, то остаётся полагаться только на свои оптические инструменты и везение. Описанная ниже методика визуальной астрометрии требует хорошего знания звёздного неба и наработки навыков быстрого определения опорных звёзд -- эта методика немного старомодна по своей сути, но мы всё же рассмотрим её основы. Итак, пусть мы видим, как по небу летит "наш" спутник. Мы хотим определить хотя бы приблизительные его орбитальные элементы, чтобы оценить время и обстоятельства следующего пролёта. Для этого мы должны фиксировать моменты времени, когда спутник займёт определённое положение относительно известных нам опорных звёзд (например, пролетает посередине между ними, образует с двумя звёздами равносторонний треугольник и т.д.). Это называется получить точки астрометрии -- небесные координаты спутника в фиксированные моменты времени. Время мы фиксируем секундомером, а как быть с координатами? Для того, чтобы перевести конфигурации спутника относительно звёзд в небесные координаты, можно воспользоваться программой "ObsReduce" канадского "сателлитчика" Тэда Молчана (Ted Molczan) [138]. Для перевода геометрических позиций спутника относительно опорных звёзд "ObsReduce" позволяет выбирать три геометрии: спутник фиксируется в момент пересечения прямой, соединяющей две опорные звезды; спутник образует прямоугольный треугольник с двумя опорными звёздами; спутник пролетает вблизи одной опорной звезды. Для удобства поиска опорных звёзд программа может отображать расчётный трек пролёта ИСЗ. Дополнительное удобство заключается в том, что наблюдатель может настроить программу на отображение используемого им поля зрения. Подробную информацию о работе с программой "ObsReduce" можно найти в руководстве пользователя [139]. [Вверх] © BelAstro.Net, Lupus, 19.01.2013