Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Irkutsk region, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Images of Progress cargo spacecraft (PCS) and areas around them were captured by the AZT-33IK optical telescope (Sayan Observatory of ISTP SB RAS) during sessions of the active Radar–Progress space ex-periment. We took images of exhaust and fuel jets when propulsion systems worked and after they were cut off, during fuel system purging. In different sessions of the experiment, PCS had different orientations relative to the telescope, thus allowing us to find some parameters of the observed phenomena. These parameters make it possible to determine instants of engine ignitions, to estimate velocities of the jets, and, if necessary, to control the geometry of the space experi-ment. The paper reports common features of optical signals from jets measured in these experiments.
Active space experiment, optical signal, spacecraft, low orbit, telescopic observations
ВВЕДЕНИЕ
Активный космический эксперимент (КЭ) «Радар–Прогресс» был направлен в первую очередь на исследование процессов в ионосферной плазме, вызванных контролируемым включением двигательных установок на борту транспортного грузового корабля (ТГК) «Прогресс» [Хахинов и др., 2012, 2013]. При этом ведущая роль в диагностике состояния ионосферы отводилась Иркутскому радару некогерентного рассеяния (ИРНР) ИСЗФ СО РАН [Лебедев и др., 2008; Potekhin et al., 2009].
В то же время при включении двигателей могут проявляться другие эффекты, которые недоступны для радарных измерений. Очевидной является попытка получить оптическое изображение ТГК во время эксперимента. Движение космического аппарата происходит по низкой орбите на удалении около 300-400 км от поверхности Земли - на таком расстоянии имеется возможность получить достаточно детальное изображение если не самого космического аппарата (КА), то области вокруг КА, связанной с выбросом вещества в процессе работы двигателей.
Для анализа орбиты, а также технического состояния КА часто используются телескопические наблюдения [Korobtsev et al., 2011]. В таких измерениях, как правило, отраженное от КА солнечное излучение регистрируется как полученное от точечного источника, т. е. анализируется изменение блеска космического аппарата.
При использовании специальных адаптивных оптических систем возможно получение детальных изображений космических аппаратов на низких орбитах [Галкин и др., 2008], а применение методов спекл-интерферометрии в сочетании с достаточно крупным инструментом позволяет получить изображение КА и на геостационарной орбите [Алешин и др., 2011].
В данной работе не ставилась задача получить изображение ТГК «Прогресс» - это невозможно осуществить с имеющимися средствами наблюдений. Предполагалось зарегистрировать момент включения двигательной установки, получить изображения струй, выброс которых сопровождает работу двигателя, занимающих область, существенно превышающую размеры самого космического аппарата. Планировалось измерить параметры струй, исследовать их динамику и взаимодействие с окружающей средой.
Поставленная задача была реализована только частично. Оказалось, что оптический сигнал от струи газа при работе двигательной установки достаточно слабый - на пределе чувствительности системы регистрации. Существенным ограничением стала и зависимость от погодных условий. Продолжительность космического эксперимента не превышает нескольких минут, и, хотя сеансы наблюдений планировались из условий наилучшей видимости ТГК «Прогресс» радаром и другими пунктами наблюдений, погодные условия в момент их проведения могли быть далеко не идеальными. В отдельных случаях оптические изображения не были зарегистрированы в течение эксперимента по техническим причинам.
Тем не менее в нескольких удачных сеансах наблюдений были получены оптические изображения струй во время и после включения двигателей на ТГК «Прогресс». Описание аппаратуры и методик, с помощью которых проводились оптические наблюдения ТГК «Прогресс» во время сеансов КЭ «Радар-Прогресс», приведено в [Клунко и др., 2016]. Обобщенные характеристики и параметры оптических сигналов от струй, измеренные в этих экспериментах, приводятся в данной работе.
1. Aleshin V.P., Balega Yu.Yu., Maksimov A.F., Koma-rinsky S.L., Novgorodtsev D.D. Speckle interferom-etry of the GEOs: reality and perspectives // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M.F. Reshetneva [Bulletin of M.F. Reshetnev Siberian State Aerospace University]. 2011, iss. 6 (39), pp. 154-158. (In Russian).
2. Galkin A.A., Grishin E.A., Inshin P.P., Shargorodskii V.D. Spacecraft images obtained with a telescope at the Altai Optical Laser Center using adaptive optics. Cosmic Research. 2008, vol. 46, iss. 3, pp. 197-201.
3. Khakhinov V.V., Potekhin A.P., Lebedev V.P., Alsatkin S.S., Ratovskiy K.G., Kushnarev D.S., Tverdokhlebova E.M., Kurshakov M.Yu., Manzeley A.I., Timofeeva N.I. Results of the remote sensing of the ionospheric disturbances in active space ex-periments “Radar-Progress”. Sovremennye problemy distatsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern Problems of the Earth Remote Sensing From the Space]. 2012, vol. 9, iss. 3, pp. 199-206. (In Russian).
4. Khakhinov V.V., Potekhin A.P., Lebedev V.P., Kushnarev D.S., Alsatkin S.S. Some results of the active space experiments “Plasma-Progress” and “Radar-Progress” // Vestnik Sibirskogo gosudar-stvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M.F. Reshetneva [Bulletin of M.F. Resh-etnev Siberian State Aerospace University]. 2013, special iss. 5 (51), pp. 160-163. (In Russian).
5. Klunko E., Eselevich M., Tergoev V. Observations of TCS “Progress” with AZT-33IK optical telescope. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2016, vol. 2, no. 3, pp. 17-23. (In Russian).
6. Korobtsev I., Tergoev V., Karavaev Yu., Klunko E., Goryashin V., Mishina M., Tsukker Т., Eselevich M., Papushev P. Observations of near-Earth space objects at the Sayan Observatory. Opportunities and perspectives. Proceeding of 9-th US/Russian Space Surveillance Workshop. Irkutsk, 2012, S5.6.
7. Kung R.T.V., Cianciolo L., Myer J.A., Solar scattering from condensation in Apollo translunar injection plume. AIAA J. 1975, vol. 13, pp. 432-437.
8. Lebedev V.P., Khakhinov V.V., Gabdullin F.F., Korsun A.G., Tverdokhlebova E.M., Laletina E.A., Mazheley A.I. Study of the plasma environment characteristics around spacecrafts in low orbits using radio sounding methods. Kosmonavtika i raketostroenie [Cosmonautics and Rocket Engineering]. 2008, iss. 1 (50), pp. 51-60. (In Russian).
9. Platov Y.V., Kosch M.J. Sublimation of ice particles from rocket exhausts in the upper atmosphere. J. Geophys. Res. 2003. vol. 108, no. A12, pp. 1434-1439.
10. Platov Yu.V., Kulikova G.N., Chernouss S.A. Classi-fication of gas-dust structures in the upper atmos-phere associated with the exhausts of rocket-engine combustion products. Cosmic Research. 2003, vol. 41, no. 2, pp. 153-158.
11. Platov Yu.V., Semenov A.I., Filippov B.P. Condensa-tion of combustion products in the exhaust plumes of rocket engines in the upper atmosphere. Geomag-netism and Aeronomy. 2011, vol. 51, no. 4, pp. 550-556.
12. Potekhin A.P., Khakhinov V.V., Medvedev A.V., Kushnarev D.S., Lebedev V.P., Shpynev B.G. Active space experiments with the use of the transport spacecraft “Progress” and Irkutsk IS Radar. PIERS Proceedings. Moscow, 2009, pp. 223-227.
13. Wu B.J.C. Possible water vapor condensation in rocket exhaust plumes. AIAA J. 1975, vol. 13, no. 6, pp. 797-802.
