Сравнительный анализ вариантов использования космических телескопов предупреждения об астероидной опасности

Использование космических средств и технологий для мониторинга окружающей природной среды

A. V. Denisenko, K. V. Simonov Institute of Computational Modeling, Russia, Krasnoyarsk

A. A. Kabanov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

THE ANALYSIS OF THE COMPLEX GEODYNAMIC PRECURSORS OF STRONG EARTHQUAKES IN THE ALTAE-SAYANSK SEISMOACTIVE AREA

In this paper the substantiation of the instrumental and methodological support of geomonitoring sites within the field research is made. It enables to solve the problem of estimating parameters of the preparation of a strong earthquake for the selection of the focal area. The elements of the combined data analysis of geomonitoring natural fields in the process of the preparation of a strong earthquake have been developed. The new approach of studying of the focal mechanism and sequence offoreshocks by the estimation parameters of the source earthquake was represented.

© Денисенко А. В., Кабанов А. А., Симонов К. В., 2012

УДК 629.785: 523.4

В. А. Емельянов, К. С. Елкин, Р. П. Рамалданов Центральный научно-исследовательский институт машиностроения, Россия, Королев

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ТЕЛЕСКОПОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОБ АСТЕРОИДНОЙ ОПАСНОСТИ

На основе проведенного компьютерного моделирования функционирования космических телескопов обнаружения и позиционных измерений определены показатели эффективности их функционирования на низкой орбите, на геостационарной орбите и на орбите обращения Земли вокруг Солнца. Отмечены ограничения, обусловленные реализуемыми временами накопления полезного сигнала, влиянием углов элонгации, возможностью определения параметров орбиты на коротких дугах позиционных измерений. Оценены энергозатраты на выведение на рабочие орбиты космических телескопов. Определены области их рационального применения.

Можно выделить две области рационального применения космических телескопов (КТ) для обнаружения и проведения позиционных измерений угрожающих Земле небесных тел.

Первой областью является использование КТ в решении проблемы обнаружения многочисленных потенциально опасных небесных тел для последующей заблаговременной каталогизации их орбит. Эта проблема в настоящее время успешно решается с использованием наблюдательных средств наземного базирования.

Второй областью представляется оперативное предупреждение о падении на Землю малых тел, которые могут быть обнаружены, когда они уже идут к Земле по столкновительным траекториям. В ближайшее время основную угрозу для Земли будут представлять малые небесные тела вследствие их большого количества, обратно пропорционального второй степени их размера. При размере »100 м их число достигает сотен тысяч. Проблемой является оперативное обнаружение и определение параметров орбит малых опасных небесных тел (ОНТ), идущих к Земле по столкновительным траекториям. В силу целого ряда принципиальных ограничений она не может быть решена наземными телескопами. Необходимо использование КТ.

Однако решение данной сложной проблемы космическими телескопами возможно лишь в определен-

ных условиях, основными из которых являются следующие:

- радикальное сужение подлежащей постоянному контролю области по сравнению со всей небесной сферой;

- использование безынерционных способов перенацеливания поля зрения без затрат времени на его разгон, торможение и успокоение;

- определение параметров орбиты обнаруженного ОНТ по измерениям на коротких дугах на основе синхронно-базисных позиционных измерений двумя КТ.

Объектом проведенных исследований была эффективность функционирования КТ при различных вариантах их размещения в космическом пространстве (КП) - на низких орбитах искусственных спутников Земли (ИСЗ), на геостационарной орбите (ГСО) и на орбите обращения Земли вокруг Солнца на различных расстояниях от Земли.

Были рассмотрены возможности выполнения этих условий при сравниваемых вариантах размещения КТ. Использовалось компьютерное моделирование их функционирования при задании 16 вариантов номинальных орбит ОНТ. Моделирование условий наблюдения (углов фазы и солнечной элонгации, расстояний от ОНТ до Солнца и КТ, аргументов широты ОНТ и его скорости относительного движения) производилось с малым временным шагом (»0,03 с) на длительном (»1 год) интервале моделирования.

Решетневскце чтения

Научная новизна исследования заключалась в привязке полученных моментов начала и окончания пребывания ОНТ в поле зрения и в зоне невидимости КТ, а также чувствительных элементов фотоприемного устройства (ФПУ) к последующему задаваемому моменту падения на Землю. Это позволило оценить время предупреждения об этом падении и минимальный размер контролируемого ОНТ. Они были рассчитаны для рассматриваемых вариантов размещения КТ в КП на широком множестве изменяемых параметров q, Q, I номинальных эллиптических орбит ОНТ. Были также оценены требуемые запасы характеристической скорости на выведение КТ и поддержание рабочих орбит, а также массы полезных нагрузок космического аппарата (КА), которые могут быть выведены на орбиту существующими средствами выведения.

Полученные результаты обосновывают целесообразность использования двух КТ на орбите обращения Земли вокруг Солнца.

В альтернативном варианте размещения КТ на ГСО возникают следующие проблемы:

- обеспечение двух-трехкратного наблюдения ОНТ за один месяц до его падения на Землю;

- парирование пропусков наблюдения малых ОНТ, идущих по столкновительным траекториям, при ши-

рокой (±30°) зоне невидимости вокруг направления на Солнце;

- обеспечение оперативного высокоточного определения орбиты;

- уменьшение на 500...700 кг массы полезных нагрузок, выводимых на ГСО, по сравнению с выведением на орбиту Земли.

В альтернативном варианте размещения КТ на низкоорбитальном ИСЗ ценой увеличения их количества в КА обеспечивается требуемая периодичность обзора небесной сферы. Однако вследствие малого времени пребывания изображения в чувствительных элементах снижается проницающая сила телескопов. Она снижается также из-за необходимости уменьшения светового диаметра нескольких телескопов в одном КА, вместо использования одного КТ с большей апертурой. Следствием является увеличение минимального размера обнаруживаемого ОНТ. Проблему представляет также определение параметров его орбиты по позиционным измерениям, проведенным на коротких дугах.

Областью применения полученных результатов является определение рационального проектного облика космической системы противодействия астеро-идно-космической опасности.

V. A. Emelyanov, K. S. Elkin, R. P. Ramaldanov Central Research Institute of Machine Building (TsNIImash), Russia, Korolev

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE ALTERNATE USE OF SPACE TELESCOPES USED FOR PROMPT WARNING OF ASTEROID HAZARD

Based on computer modeling of space telescopes functioning and position measurements the efficiency parameters are determined for their operation in a low orbit, the geostationary orbit and the orbit of Earth around the Sun. Identified the constraints imposed by realizable useful signal accumulation time, the influence of elongation angles, the possibility of determining the orbital parameters over short arcs ofpositional measurements. Energy consumption for placing of ST on the working orbit was estimated. The areas of their rational use were decided.

© Емельянов В. А., Елкин К. С., Рамалданов Р. П., 2012

УДК 621.371.3/205.2

А. Ю. Каравайский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

В. Л. Миронов

Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

ПРИМЕНИМОСТЬ КОНЦЕПЦИИ ВЫМЕРЗАНИЯ НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В МЕРЗЛОЙ ПОЧВЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ЗАВИСИМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ

На основе измерений спектров комплексной диэлектрической проницаемости влажной почвы показано, что применение концепции вымерзания незамерзшей воды в мерзлой почве дает погрешности до 100 % при расчетах показателя преломления. Доказано, что такая существенная ошибка возникает за счет присутствия в почве различных типов незамерзшей воды.

Выполнены измерения приведенного коэффициента преломления (п - 1)/р^ для почвы «чернозем выщелоченный слабогумусный сверхмощный средне-

глинистый на лессовидных глинах» при различном содержании влажности, где Пц - коэффициент преломления почвы; р^ - плотность сухой почвы.