Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
In this paper, we describe a telescope and measuring equipment used for optical observations of Progress cargo spacecraft (PCS), which were made during Radar–Progress space experiment sessions. We also describe object tracking and measurement techniques. The observations were made with the optical telescope AZT-33IK at Sayan Solar Observatory of ISTP SB RAS. During many of the sessions, we registered optical phenomena that occurred in regions of space surrounding PCS and appeared due to the work of PCS onboard engines. The data we obtained can be used to independently control the geometry of the experiment and to analyze physical conditions in outer space.
Space experiment, optical signal, spacecraft, low orbit, telescopic observations
ВВЕДЕНИЕ
Космический эксперимент (КЭ) «Радар-Прогресс» направлен на изучение влияния работы двигательных установок и выбросов топлива из космических аппаратов на верхние слои атмосферы и ионосферу Земли [Хахинов и др., 2012, 2013]. Для регистрации изменений в этих средах были задействованы как активные радиоизмерительные средства ИСЗФ СО РАН (Иркутский радар некогерентного рассеяния) [Лебедев и др., 2008; Potekhin et al., 2009], так и пассивные радио- и оптические измерительные средства, что позволило в дальнейшем провести комплексный анализ полученной научной информации.
Низкая орбита ТГК (300-400 км над поверхностью Земли) существенно ограничивает время его наблюдения на оптическом телескопе. Продолжительность пролета космического аппарата (КА) в зоне обзора наблюдательного пункта составляет всего несколько минут, при этом большинство пролетов в течение ночи происходит таким образом, что объект полностью находится в тени Земли и, следовательно, невидим. Наблюдения возможны только в короткий период сумерек, когда Солнце в точке наблюдения уже находится под горизонтом, но еще освещает пролетающий над обсерваторией на низкой орбите КА. В случае ТГК таким условиям соответствовали один-два витка в сутки. Во многих сеансах КЭ «Радар-Прогресс» моменты включения двигателей ТГК специально планировались таким образом, чтобы обеспечить возможность его наблюдения в это время на оптическом телескопе. Для обеспечения наилучшей видимости важно также, чтобы ТГК в этот момент был виден из наблюдательного пункта достаточно высоко над горизонтом (в идеале - в районе зенита).
Кроме того, большая видимая скорость движения КА по небу (1.5 °/с на минимальной дистанции сближения) существенно затрудняет его качественное сопровождение и удержание в поле зрения оптического телескопа, точнее, оптоэлектронной системы. Это предъявляет повышенные требования к механике телескопа, конструкции его приводов, применяемым алгоритмам управления и становится особенно важным, если поле зрения составляет всего несколько угловых минут.
Оптические наблюдения, проводимые во время КЭ «Радар-Прогресс», носят как вспомогательный, так и самостоятельный исследовательский характер. Полученные в процессе наблюдений данные позволяют контролировать и восстанавливать (в том случае, если они неизвестны) геометрические параметры эксперимента и его временной ход, измерять параметры выбрасываемой струи при работе двигателя, исследовать ее динамику и взаимодействие с окружающей средой.
Угловое разрешение (детализация) получаемых изображений ограничивалось такими факторами, как разрешение применяемой оптоэлектронной системы, атмосферное качество (сиинг) в момент наблюдений, а также размазывание изображения вследствие неидеального сопровождения. Угловой размер самого ТГК на минимальной дальности сближения 300 км равен 5 угл. сек, что ненамного превышает типичное качество атмосферы в Саянской обсерватории (2 угл. сек). Таким образом, даже в отсутствие других мешающих факторов, без применения устройств адаптивной оптики невозможно увидеть детали изображения самого ТГК, поэтому такая задача не ставилась. Основное внимание уделялось получению изображений факела двигателя и топливных струй, которые имеют характерные размеры, много превышающие размеры самого ТГК.
1. Devyatkin A.V., Gorshanov D.L., Kupriyanov V.V., Vereshchagina I.A. Apex I and Apex II software packages for Processing astronomical CCD observations. Astronomicheskii vestnik [Solar System Research]. 2010, vol. 44, no. 1, p. 68. (In Russian).
2. Eselevich M.V., Khakhinov V.V., Klunko E.V. Parameters of the optical signals registered with the AZT-33IK telescope in the “Radar-Progress” active space experiment. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2016, vol. 2, no. 3, pp. 24-32. (In Russian).
3. Kamus S.F., Tergoev V.I., Papushev P.G., et al. Wide-range astronomical telescope. Opticheskii zhurnal [J. Opt. Technol.]. 2002, vol. 69, iss. 9, pp. 674-676. DOI:https://doi.org/10.1364/JOT.69.000674. (In Russian).
4. Khakhinov V.V., Potehin A.P., Lebedev V.P., et al. Results of remote sensing of ionospheric disturbances in active space experiments “Radar-Progress”. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern problems of the Earth remote sensing from the space]. 2012, vol. 9, iss. 3, pp. 199-206. (In Russian).
5. Khakhinov V.V., Potehin A.P., Lebedev V.P., et al. Some results of active space experiments “Plasma-Progress” and “Radar-Progress”. Vest-nik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M.F. Resh-etneva [Bulletin of M.F. Reshetnev Siberian State Aerospace University]. 2013, special iss. 5 (51), pp. 160-163. (In Russian).
6. Klunko E.V., Eselevich M.V. Distributed control system for astronomical CCD cameras. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2012, vol. 20, pp. 139-145. (In Russian).
7. Lebedev V.P., Khakhinov V.V., Gabdullin F.F., et al. Study of characteristics of plasma environment of low orbit spacecrafts using radio sounding methods. Kosmonavtika i raketostroenie [Cosmonautics and Rocket Science]. 2008, iss. 50 (1), pp. 51-60. (In Russian).
8. Potekhin A.P., Khakhinov V.V., Medvedev A.V., et al. Active space experiments with the use of the transport spacecraft “Progress” and Irkutsk IS Radar. PIERS Proc. Moscow, 2009, pp. 223-227.
9. Tergoev V.I., Eselevich M.V., Klunko E.V., et al. Design and application of the IR camera for registration of spacecraft thermal portraits. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M.F. Reshetneva [Bulletin of M.F. Reshetnev Siberian State Aerospace University]. 2011, vol. 6 (39), pp. 165-169. (In Russian).
10. URL: http://www.tpointsw.uk/index.htm (accessed July 1, 2016).
