СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ УГРОЗЫ ДЛЯ ПЛАНЕТЫ ПУТЕМ ОЦЕНКИ РАЗМЕРОВ ПАССИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF AVERTING THREAT TO PLANET BY ESTIMATING DIMENSIONS OF PASSIVE SPACE OBJECTS

Изобретение относится к области радиолокации пассивных космических объектов (крупных метеоритов и астероидов) и может быть использовано при осуществлении радиолокационного обзора околоземного пространства с целью выделения космических объектов, представляющих опасность при столкновении с Землей.
Известен аналог по защите от астероидно-кометной опасности, провоцирующий разработку систем космической защиты [1]. Недостатком аналога является отсутствие оценки размеров пассивных космических объектов, исключающее возможность их селекции по степени опасности.
Известен также аналог оценки астероидно-кометной опасности [2], согласно которому космические тела размером менее 10 м обычно до поверхности Земли не долетают, сгорая в атмосфере, и опасности для планеты и населения не представляют. Недостатком известного аналога является то, что тела размером в несколько десятков метров, сгорая, способны взрываться и создавать серьезные разрушения, а объекты размером в сотни и более метров приводят к региональным, либо к глобальным катастрофам. При этом именно тела размером 50-100 метров представляют наибольшую опасность для человечества на характерном времени его существования, поскольку вероятность их столкновения с Землей выше, чем у более крупных тел, и их среднее разрушительное воздействие максимально. Таким образом, вопросы оценки размеров космических тел, пересекающих орбиту Земли, актуальны уже в настоящее время и интерес к ним по мере развития техники будет только возрастать.
Из уровня техники известен способ определения геометрических характеристик (например, диаметров) небесных тел оптической системой по их угловым размерам [3]. Недостатком оптических способов является то, что погрешность оценки линейных размеров астероидов по угловым размерам небесных тел растет пропорционально расстоянию до измеряемого объекта. Кроме того, все оптические способы при наземном базировании подвержены зависимости от состояния оптической прозрачности и турбулентности в атмосфере.
Этих недостатков лишены способы радиолокационного зондирования космического пространства, разрешение которых вдоль линии визирования определяется свойствами используемых сигналов и не зависит от расстояния до объекта.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сути является способ радиолокации пассивных космических объектов [4], традиционно использующий узкополосные радиолокационные сигналы. Однако использование указанного способа не позволяет произвести оценку линейных размеров космических объектов с необходимой точностью, ввиду недостаточного разрешения при использовании узкополосных радиосигналов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности оценки линейных размеров пассивных космических объектов размером более 10 метров, представляющих угрозу для планеты и ее населения.
0
u
u
а
а
Указанная задача решается за счет того, что для оценки размеров астероида используются высокоразрешающие сигналы. В радиолокации высокоразрешающими называют сигналы с большой абсолютной шириной спектра Δf и с высокой средней частотой f, имеющие большую разрешающую способность по дальности Δr≈2с/Δf<<, где c - скорость света,  - характерные размеры объекта, отражающего сигнал [5]. При этом величина сτ, где τ - длительность сигнала, имеет смысл пространственной длины сигнала.
k
Эти сигналы позволяют получить радиолокационный портрет объекта - отклик x(t) на высокоразрешающий сигнал, который определяется радиальным размером r освещенной части объекта (см. фиг.1). Для радиального размера ~5 м необходимо обеспечить разрешающую способность по дальности Δr~0.5 м, что соответствует длительности импульса (ширине автокорреляционной функции) ~ 3.5 нc.
k
k
<mover accent="true"><mi>r</mi><mo>˜</mo></mover>
Известно, что характерной особенностью пассивных космических объектов является их вращение из-за отсутствия сопротивления воздуха [4, 6, 7]. Поверхности объекта, отражающие зондирующий сигнал в процессе радиолокации, меняют свое взаимное положение при вращении астероида. Измеряя длительность τ=2r/с радиолокационного портрета x(t) при различных ракурсах, возникающих при вращении, и усредняя результаты измерений, можно довольно точно оценить средний радиус космического объекта (величину
)
<mrow><mover accent="true"><mi>r</mi><mo>˜</mo></mover><mo>≈</mo><mfrac><mi>c</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>N</mi></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>k</mi></msub></mrow></mstyle><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
k
V
V
V
где τ - длительность радиолокационного портрета при k-м измерении, N - число измерений, с - скорость света. При периодическом зондировании число N следует выбирать из условия N=TF, где T - период вращения астероида (~10-100 мин), определяемый по повторяемости радиолокационного портрета, F - частота повторения зондирующего сигнала, выбираемая таким образом, чтобы число измерений составляло величину N>100-1000. При наличии нескольких осей вращения следует учитывать самый большой из периодов Т.
Способ предотвращения угрозы для планеты путем оценки размеров пассивных космических объектов состоит в следующем.
V
k
k
k
Производится зондирование космического объекта периодической последовательностью высокоразрешающих радиосигналов наносекундной длительности, обеспечивающих разрешение по дальности одной десятой части минимального размера объекта. По принятой последовательности отраженных сигналов (радиолокационных портретов) выбирается число N, определяемое по повторяемости радиолокационных портретов, и соответствующее числу ракурсов объекта за период его вращения T, либо за самый большой из периодов при вращении объекта по нескольким осям. При этом производится многократное измерение длительности радиолокационных портретов τ (k=1, 2, …N) освещенной части космического объекта, длительности τотраженного сигнала - радиолокационного портрета освещенной части объекта. Затем измеренные значения τ усредняются по числу измерений
<mrow><mrow><mo>〈</mo><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>〉</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>N</mi></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>k</mi></msub></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mi>r</mi><mo>˜</mo></mover><mo>≈</mo><mn>0.5</mn><mi>c</mi><mrow><mo>〈</mo><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>〉</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>L</mi><mo>≈</mo><mn>2</mn><mover accent="true"><mi>r</mi><mo>˜</mo></mover></mrow>
и производится оценка среднего радиуса объекта по половине усредненной пространственной длины сигнала радиолокационного портрета
и линейного размера
.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет оценить размеры пассивных космических объектов с достаточной точностью и, при необходимости, активировать орбитальные средства космической защиты.
Источники информации
1. Способ отражения атаки из космоса / Болотин Н.Б. - Патент РФ №2302605 от 10.07.2007.
2. Б.М.Шустов, Л.В.Рыхлова. Астероидно-кометная опасность: научные, технические и организационные аспекты. Секция " Солнечная система" Совета РАН по космосу.
http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1304&tx_ttnews%5btt_news%5d=581&cHash=59аае60531287d 16da6641 bf2e7259ba
3. Способ определения геометрических характеристик объекта многоапертурной оптической системой / Бакут П.А.; Плотников И.П.; Рожков И.А.; Ряхин А.Д.; Свиридов К.Н. - Патент РФ №2059280 от 27.04.1996.
4. Способ радиолокации пассивных космических объектов / Атнашев А.Б., Землянов А.Б., Атнашев Д.А., Бойков К.Б., Докукин В.Ф. Патент РФ №2175139 от 20.10.2001 (прототип).
5. Лазоренко О.В., Черногор Л.Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. Основные понятия, модели и методы описания // Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т.13, №2. - С.166-194.
6. Pravec P., Harris A.W., Michalowski Т. Asteroid Rotations // Bottke W.F., Cellino A., et al. (eds.) Asteroids III. 2002, University of Arizona Press, Tucson - P.113-122.
7. Ostro S.J. Radar observations of Earth-approaching asteroids // Engineering & Science, 1997, V.60, No.2 - P.14-23.