Наблюдение искусственных спутников Земли

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

  1. Определение орбит ИСЗ
  2. Фотометрия ИСЗ

    1. Наблюдение вспышек ИСЗ

    2. Фотометрия ИСЗ за пролёт

§2. Радионаблюдения ИСЗ

  1. Приём телеметрии ИСЗ
  2. Получение снимков облачности


[Приложения]
[Использованные источники]


[Полезные ресурсы сети INTERNET]

Глава 5: Что и как наблюдать?

§1. Оптические наблюдения

Фотометрия ИСЗ


Наблюдение вспышек ИСЗ

В этом пункте мы рассмотрим вопрос наблюдения вспышек света от ИСЗ.

Прежде всего необходимо описать саму природу возникновения вспышек. Общая идея довольно проста: вспышки света от ИСЗ есть не что иное, как всем нам известные "солнечные зайчики", которые появляются на стенах от отражения солнечных лучей полированными поверхностями. В случай ИСЗ такими поверхностями служат панели солнечных батарей и антенны. Для примера рассмотрим представителя самого известного "спутникового солнечного зайчика" -- ИСЗ серии "Iridium" [118] (см. рис. 1).

Рис. 1
Рис. 1. Внешний вид ИСЗ серии "Iridium" [113].

Спутники связи сери "Iridium" насчитывают довольно крупную группировку ИСЗ -- 81 спутник на орбитах высотой 780 км с разными наклонениями (66 нужны для полноценной работы, но часть -- резервных) [114], обеспечивая полный охват стутниковой телефонной связью и каналами передачи данных всей земной поверхности, включая полярные области Земли. Само название "Iridium" происходит от того, что первоначально планировалось использовать 77 спутников, а т.к. в таблице Менделеева под номером 77 стоит иридий Ir (латинское название химического элемента -- Iridium), то новую группировку решили назвать "Iridium". Основным источником бликов от Солнца, посылаемых на землю, являются панели антенн -- т.н. MMA (Main Mission Antennas) (см. рис. 2), а не солнечные панели, как часто думают наблюдатели, но при некоторых условиях возможны отражения и от панелей солнечных батарей [114].

Рис. 2
Рис. 2. Схема формирования "солнечного зайчика" от антенн ИСЗ "Iridium" [114].

[Вверх]

Спутники серии "Iridium" дают самые яркие вспышки -- если наблюдатель попадает в центр конуса отражения солнечных лучей от панели MMA, то яркость спутника возрастает до -8m! Это сравнимо с яркостью Луны в фазе 0,1 (Луна в возрасте трёх дней), и почти в 30 раз ярче максимального блеска Венеры. Такие яркие вспышки будут видны и днём -- надо только знать куда именно смотреть. На рис. 3 показана фотография вспышки ИСЗ "Iridium 68" (SCN: 25291), снятая 02.09.2005 г. в 02:15 UT в белорусскими любителями астрономии Константином Морозовым, Юрием Горячко и Михаилом Абгаряном [116].

Рис. 3
Рис. 3. Вспышка "Iridium 68" (SCN: 25291), снятая 02.09.2005 г. в 02:15 UT [116].

В качестве иллюстрации блика от панелей солнечных батарей других ИСЗ можно привести "солнечный зайчик" от МКС, снятый с борта шаттла "Discovery" 25 марта 2009 г. [115] (см. рис. 4).

Рис. 3
Рис. 4. "Солнечный зайчик" от панелей солнечных батарей Международной космической станции, снятый с борта шаттла "Discovery" 25 марта 2009 г. [115].

[Вверх]

Если говорить о других ИСЗ, дающих блики от Солнца, то их довольно много. При помощи web-сервисов "www.calsky.com" (пункт меню "Satellites" --> "(Iridium) Flares") и "www.heavens-above.com" (пункт "Iridium Flares") можно определить моменты времени и координаты вспышки для своего местоположения -- надо только указать их при регистрации на сервисах. Координаты нужно указывать как можно точнее, т.к. ошибка в пару километров приводит к уменьшению яркости вспышки на 1m-2m. На "www.calsky.com" доступны для расчётов не только ИСЗ серии "Iridium", но и некоторые другие спутники.

После того, как наблюдатель проведёт несколько наблюдений подобных вспышек, часто появляется интерес самостоятельно расчитать такие события и для других ИСЗ. Бывает даже такое, что наблюдая како-то спутник наблюдатель видит резкое увеличение его яркости -- отсюда возникает задача определения ориентации отражающих элементов на спутнике, чтобы можно было предсказать такие блики в будущем. Подобные рассчёты можно провести в программе "Heavensat" версии 2.4.1 и выше. Ниже изложена методика проведения таких расчётов [119], описанная автором программы "Heavensat" Александром Лапшиным на форуме www.astronomy.ru/forum.

Пусть имеется модель вспышки ИСЗ. Входные данные для расчётов:

  • Положение источника света.
  • Положение спутника.
  • Положение наблюдателя.
  • Ориентация "зеркала" на спутнике, описываемая двумя углами в системе координат, связанной со спутником. Первый угол -- угол относительно местной вертикали, второй -- угол в горизонтальной плоскости (совпадающей с местным горизонтом). По аналогии с углом места (зенитным углом) и азимутом.

На выходе получаем угол отклонения отраженного луча от точки наблюдателя.

Несколько слов об этом угле. Чем меньше угол, тем ярче блеск. В идеале -- 0°, т.е. при 0° наблюдатель будет находиться в центре конуса вспышки. Угол полураствора конуса есть некоторый пороговый угол, начиная с которого блеск начинает резко возрастать на фоне общего блеска спутника. Для разных спутников пороговый угол разный. Для ИСЗ серии "Iridium" это ~5°. Для ИСЗ серии "COSMO-SkyMed" [120] пороговый угол ~15°. В сочетании с дальностью до вспышки и альбедо зеркала, угол отклонения определяет конечный блеск.

Если знать, что наблюдаемая вспышка (например, засечка по времени максимума блеска) была получена на угле отклонения 0° (т.е. наблюдатель находился точно в центре вспышки), то расчёт ориентации зеркала довольно прост. Если угол в максимуме блеска был не нулевым (как обычно и бывает), то мы получем уже множество углов ориентации зеркала. Весь вопрос в том, как сопоставить наблюдаемый блеск и угол отклонения. Для ИСЗ серии "Iridium" всё известно -- нулевой угол соответствует ~-8m..-9m. Но для остальных ИСЗ эта информация не известна.

Теперь как рассчитать ориентацию зеркала в "Heavensat". Пусть мы имеем засечку максимума блеска. Знаем время, спутник, актуальный TLE-элемент и свои координаты. Создаем текстовый файл, и пишем туда такую строку:


02/08/2008 23:04:22,25994,2,.2,50.315,29.04583,200,3, 255 255 255

[Вверх]

где:

  • 02/08/2008 23:04:22 - время (местное)
  • 25994 -- SCN (номер Норад).
  • 2 -- предполагаемый угол отклонения вспышки, чем точнее мы его предположим, тем меньше проблем потом будет.
  • .2 -- шаг расчёта, его лучше не менять.
  • 50.315 -- широта точки наблюдения.
  • 29.04583 -- долгота точки наблюдения.
  • 200 -- высота в метрах точки наблюдения.
  • 3 -- смещение в часах UTC+, в котором задано время вспышки.
  • 255 255 255 -- цвет (R G B), цвет не вспышки, а той картинки, которую мы получим. Используется, чтобы не запутаться при анализе множества вспышек.

В нашем случае это вспышка ИСЗ "TERRA" (SCN: 25994). TLE-элементы на ту дату вспышки для многих ИСЗ можно взять на www.space-track.org (после регистрации на сайте нужно пройти по ссылке "Retrieve TLE Data by Satellite Catalog Number").

После заполнения строки, сохраняем её в текстовом файле под любым именем в директори ./Data/ программы "Heavensat". Затем запускаем программу, подключаем актуальный TLE-элемент. На экране расчетов, в строке для поиска (белая строка, сразу под таблицей с расчётами пролётов) пишем команду:


$fload [имя файла]

Результатом команды должно быть изображение кольца на звездной карте (на звёзды внимания уже не обращаем). Пример показан на рис. 5, слева.

Рис. 5
Рис. 5
Рис. 5. [117].

[Вверх]

Это кольцо (или линия уровня) отображает множество углов ориентации зеркала, при котором спутник мог дать вспышку с предполагаемым нами углом отклонения (в нашем случае мы задавались 2°). Угол места и азимут точек соответствует двум углам ориентации зеркала. Должно получится кольцо радиусом в градус с центром в точке 43.6°, 5.4°. Чем больше предполагаемый угол отклонения, тем шире кольцо. В случае нуля получим точку. Больше информации по одной засечке не вытащить. Если добавить второе наблюдение вспышки, и снова угадать угол отклонения, то получим точную ориентацию зеркала на пересечении линий уровня. Естественно, оба наблюдения должны быть от одного зеркала. В противном случае центры колец будут разнесены далеко друг от друга.

Можно также зайти с другой стороны -- брать не максимум блеска, а начало и конец вспышки. Начало и конец, естественно, выбирается субъективно по яркости трека. Будем предполагать, что начало и конец вспышки произошли на двух одинаковых пороговых углах отклонения. Допустим, что мы начали наблюдать ту вспышку ИСЗ "TERRA" за 30 секунд до пика и 30 секунд после. Тогда составляем две строки:


02/08/2008 23:03:52,25994,11,.2,50.315,29.04583,200,3, 255 255 255 02/08/2008 23:04:52,25994,11,.2,50.315,29.04583,200,3, 255 255 255

Теперь время решить, какой-же пороговый угол отклонения имели обе засечки. Пусть будет 11°. Выполняем расчёты, как выше и получаем касание двух линий уровня в точке, однозначно определяющей ориентацию зеркала (см. рис. 5, справа). Если бы мы взяли больший угол, то получили бы не касающиеся друг друга линии уровня (нуль решений). Если бы взяли меньший, то получили бы сразу два решения. И то, и другое противоречит здравому смыслу. Получили, что искомый угол ориентации "зеркала": 44°, 5°. Далее записываем эту информацию в файл flares.dat в подкаталоге ./Data/ в виде:


25994 M1 44 5 15

где:

  • 25994 -- SCN (номер NORAD).
  • M1 -- обозначение зеркала.
  • 44 5 -- расчётные углы.
  • 15 -- пороговый угол отклонения для расчётов. При бОльших углах программа не отображает вспышку в результатах.

Для начала можно посоветовать использовать данные по ориентации "зеркал", полученных другими наблюдателями -- это строки в файле flares.dat, который хранится в каталоге ./Data/ программы "Heavensat". Пример такого файла, составленный пользователем T^Im форума www.astronomy.ru/forum, можно скачать ТУТ. Также информацию об углах ориентации ИСЗ серии "COSMO-SkyMed" можно взять ТУТ, составленные тем же наблюдателем. В общем случае, информацию о предполагаемых ориентациях "зеркал" ИСЗ можно найти в теме "Журнал наблюдений искусственных спутников" форума www.astronomy.ru/forum.

Следует особо подчеркнуть, что кроме ИСЗ серии "Iridium", ориентация "зеркал" которых хорошо известна, ориентация "зеркал" других ИСЗ известна намного менее точно -- так что каждое наблюдение вспышки помогает определить более точную конфигурацию. В сети INTERNET доступен on-line каталог данных о любительских наблюденийх вспышек ИСЗ (содержит периоды обращения для разных дат наблюдения): "SatFlash".


[Вверх]

© BelAstro.Net, Lupus, 06.09.2011


[Портал BelAstro.Net] [Email]