СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА НА БОЛЬШИХ ВЫСОТАХ
METHOD OF MEASURING WIND SPEED AT HIGH ALTITUDES

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для пассивного измерения скорости и направления ветра на высотах 60-120 км.
В настоящее время не существует активных радиотехнических (радиолокационных), лазерных и других способов измерения скорости ветра на этих высотах. Необходимость этих измерений обусловлена тем, что на этих высотах горизонтально-вертикальные составляющие скорости ветра достигают иногда очень больших значений вплоть до 200 и более км/час. Это влияет на траектории полетов космических кораблей (ракет) при наборе высоты и спуске. Также это относится и к военной ракетной технике. Это приводит к изменению траектории полета и в худшем случае к невозможности корректировки.
Известные активные способы определения скорости и направления ветра основаны, в основном, на применении эффекта Доплера, см., например, патенты РФ №2604169, №2602730, Китай №104345319, США №6634600. Все они требуют наличие в атмосфере метеообразований, которые на указанных высотах практически отсутствуют.
В настоящее время в мире производится в год около тысячи пусков микро- и наноспутников организациями, не подчиненным государственным структурам, таких как NASA, Роскосмос и др. Это почти любительские спутники, запускаемые в интересах частных фирм, университетов и им подобных организаций для решения локальных задач. Запуски производятся как государственными организациями, так и частными. Эти спутники запускаются на разрешенные высоты 300-400 км, а их орбиты регистрируются в общественной организации любительских спутников AMSAT США с присвоением каждому спутнику своего номера.
Каждый спутник передает телеметрическую научную информацию на наземную станцию слежения с указанием своего номера и навигационных координат по соответствующему протоколу на частотах порядка 400-450 МГЦ вплоть до прекращения связи с Землей на высотах 60-70 км.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание реального способа получения ветровой информации на высотах 60-120 км.
Технический результат достигается за счет использования глобальной спутниковой информационной системы AMSAT, а именно изменение орбиты спутников (при снижении после срока службы) от расчетной за счет влияния ветра.
Для решения поставленной задачи предлагается способ измерения скорости ветра на высотах 60-120 км, основанный на использовании навигационных сигналов, передаваемых от микроспутников на конечном этапе снижения до полного сгорания, характеризующийся тем, что на станции слежения непрерывно фиксируют его навигационные координаты: широта, долгота и высота, сравнивают их с расчетными по времени, а по отклонениям от расчетных координат определяют скорость и направление ветра в горизонтально-вертикальном профиле ионосферы.
На чертеже показана структурная схема способа, на которой изображено
1 - микроспутник
2 - навигационные созвездия GPS/ГЛОНАСС
3 - приемная антенна
4 - приемник
5 - прямые потребители информационных сигналов микроспутника
6 - блок обработки и вычисления текущих координат микроспутника и определения ветровых параметров
7 - блок связи с центром AMSAT
8 - центр AMSAT
РК - радиоканал
Схема имеет следующие соединения.
Навигационные сигналы созвездий GPS/ГЛОНАСС 2 напрямую связаны с микроспутником 1, который через радиоканал связан с приемной антенной 3 наземной станции слежения и блоком прямых потребителей информационных сигналов 5 микроспутника 1; выход приемной антенны 3 через приемник 4 связан с блоком обработки и вычисления 6, выход которого первой двунаправленной шиной ДШ2 связан с центром AMSAT.
Схема реализации предложенного способа работает следующим образом.
Микроспутник 1 после выхода на орбиту выполняет свои функции в штатном режиме и передает собранную информацию по РК на блок прямых потребителей 5. Наземная станция слежения предназначена только для работы, когда микроспутник 1 начинает терять свою орбиту (с течением времени) до высот порядка 120 км, т.е. начинает входить в плотные слои атмосферы.
Каждая наземная станция слежения следит в своем секторе наблюдения за всеми пролетающими микроспутниками, каждый из них посылает по радиоканалу сообщения, состоящие из его порядкового номера, трех навигационных координат: широта, долгота и высота, а также телеинформации о его работе. В память каждой станции внутри номера всех микроспутников и данные их орбит. Со временем микроспутники изменяют свои орбиты до минимума порядка 120 км, станция начинает их отслеживать и сравнивать с записанными в памяти, при отклонении орбиты от записанной (заданной) определяется величина отклонения по трем координатам и по ним вычисляется скорость и направление ветра по всей траектории падения микроспутника вплоть до высоты порядка 60 км, где микроспутник падает уже в плазме до полного сгорания. Эти ветровые данные передаются на центр слежения AMSAT, где обрабатываются со всех станций слежения, получая ветровую характеристику районов станций слежения.
v=8 км/сек (угловая)
ПАДЕНИЯ
t от 120 км до 60 км
1 виток ≅ 2 часа. 30 витков = 60 часов. Это время жизни от 120 км до 60 км.
30' это ≅ 30 м/сек
1 км высоты ≅ 20 м/сек
Микроспутник теряет высоту и входит в плотные слои атмосферы со скоростью 8 км/сек, снижаясь по убывающей спирали до полного сгорания, делая при этом 25-30 витков, а время каждого витка равно приблизительно 2 часам. Это время зависит от конструкции микроспутника, т.е. от его аэродинамики.