RU2670081C1 - Method for observing earth surface from space - Google Patents
Method for observing earth surface from space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670081C1 RU2670081C1 RU2016112816A RU2016112816A RU2670081C1 RU 2670081 C1 RU2670081 C1 RU 2670081C1 RU 2016112816 A RU2016112816 A RU 2016112816A RU 2016112816 A RU2016112816 A RU 2016112816A RU 2670081 C1 RU2670081 C1 RU 2670081C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- earth
- satellite
- orbit
- multiple geosynchronous
- geosynchronous orbit
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/1021—Earth observation satellites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/242—Orbits and trajectories
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в процессе применения космических аппаратов, предназначенных для получения информации о наземных объектах.The invention relates to space technology and can be used in the process of using spacecraft designed to obtain information about ground objects.
В настоящее время космические аппараты наблюдения нашли широкое практическое применение. Известен способ наблюдения земной поверхности из космоса, включающий выведение искусственного спутника на кратную геосинхронную орбиту с периодом обращения, обеспечивающим ежесуточный сдвиг трассы на расстояние, равное ширине полосы обзора бортовой аппаратуры (Инженерный справочник по космической технике / Под ред. А.В. Солодова, М.: Воениздат, 1977. - с. 362).Currently, space observation devices have found wide practical application. A known method of observing the earth's surface from space, including launching an artificial satellite into a multiple geosynchronous orbit with a rotation period that provides a daily shift of the path by a distance equal to the width of the on-board equipment bandwidth (Engineering Guide for Space Engineering / Ed. By A.V. Solodov, M .: Military Publishing House, 1977 .-- p. 362).
Существенным недостатком данного способа является большая периодичность наблюдения земной поверхности, которая определяется отношением смещения трассы за виток к ширине полосы обзора. Межвитковое смещение трассы для высот орбит 500... 1000 км составляет величину 2630...2920 км. Для спутников с высоким разрешением бортовой аппаратуры ширина полосы обзора составляет величину 600...800 км. В этих условиях достигается периодичность наблюдения земной поверхности от трех до пяти суток. Данные значения периодичности обзора не позволяют проводить оперативный мониторинг районов, в которых имеют место природные аномалии или техногенные аварии. Кроме того, отклонение спутника или бортовой аппаратуры в процессе наблюдения от вертикали приводит к снижению качества получаемой информации.A significant disadvantage of this method is the large frequency of observation of the earth's surface, which is determined by the ratio of the displacement of the path per revolution to the width of the viewing band. The inter-turn displacement of the route for orbit heights of 500 ... 1000 km is 2630 ... 2920 km. For satellites with high-resolution avionics, the bandwidth is 600 ... 800 km. Under these conditions, the frequency of observation of the earth's surface from three to five days is achieved. These values of the frequency of the review do not allow for operational monitoring of areas in which natural anomalies or industrial accidents occur. In addition, the deviation of the satellite or onboard equipment during the observation process from the vertical leads to a decrease in the quality of the information received.
Для устранения указанных недостатков в ряде способов (например, патент №2118273) предлагается увеличение количества спутников в системе и их определенное баллистическое построение. Однако такие способы приводят к существенному увеличению затрат, поскольку спутники наблюдения имеют очень высокую стоимость.To address these shortcomings in a number of ways (for example, patent No. 2118273) it is proposed to increase the number of satellites in the system and their specific ballistic construction. However, such methods lead to a significant increase in costs, since observation satellites are very expensive.
Наиболее близким к заявленному изобретению следует считать способ наблюдения земной поверхности из космоса (патент №2232110), включающий выведение по меньшей мере одного искусственного спутника на кратную геосинхронную орбиту с периодом обращения, обеспечивающим наблюдение земной поверхности в надир и наблюдение с отклонением бортовой аппаратуры от вертикали по углу крена. Такой способ позволяет улучшить качество части получаемой информации. Однако периодичность наблюдения остается высокой.Closest to the claimed invention should be considered a method of observing the earth's surface from space (patent No. 2232110), including the launch of at least one artificial satellite into a multiple geosynchronous orbit with a period of revolution, providing observation of the earth's surface in nadir and observation with the deviation of the onboard equipment from the vertical corner of the roll. This method allows to improve the quality of part of the information received. However, the frequency of observation remains high.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение периодичности наблюдения заданных районов земной поверхности из космоса и повышение качества получаемой информации.The task of the invention is to reduce the frequency of observation of specified areas of the earth's surface from space and improve the quality of information received.
Указанная задача решается за счет того, что при возникновении необходимости наблюдения заданного района земной поверхности с низкой периодичностью спутник с помощью двигательной установки переводят с кратной геосинхронной орбиты на близкую компланарную квазисинхронную орбиту. При этом прохождение трассы спутника через заданный район на земной поверхности обеспечивают за счет фазирования спутника на кратной геосинхронной орбите или на промежуточной орбите в процессе перелета.This problem is solved due to the fact that when it becomes necessary to observe a given area of the earth's surface with low frequency, the satellite is transferred from a multiple geosynchronous orbit to a close coplanar quasi-synchronous orbit using a propulsion system. At the same time, the passage of the satellite path through a predetermined region on the earth's surface is ensured by phasing the satellite in a multiple geosynchronous orbit or in an intermediate orbit during the flight.
Для квазисинхронной орбиты трасса спутника повторяется приблизительно через сутки, точнее через период вращения Земли вокруг своей оси относительно восходящего узла орбиты. В результате периодичность наблюдения заданного района снижается в 3…5 раз по сравнению с известными способами. Поскольку суточное смещение трассы на квазисинхронной орбите отсутствует, наблюдение интересующих объектов заданного района можно осуществлять в надир, что существенно повышает качество получаемой информации.For a quasi-synchronous orbit, the satellite’s path is repeated after about a day, more precisely through the period of the Earth’s rotation around its axis relative to the ascending node of the orbit. As a result, the frequency of observation of a given area is reduced by 3 ... 5 times in comparison with known methods. Since there is no daily track offset in a quasi-synchronous orbit, observation of objects of interest in a given region can be carried out in nadir, which significantly improves the quality of the information received.
После проведения наблюдения заданного района земной поверхности спутник с помощью двигательной установки возвращают на кратную геосинхронную орбиту для обеспечения глобальности наблюдения земной поверхности.After observing a given area of the earth’s surface, the satellite is returned to a multiple geosynchronous orbit using a propulsion system to ensure global observation of the earth’s surface.
В процессе полета спутника предлагаемый способ используется столько раз, сколько раз возникает необходимость в наблюдении определенного района земной поверхности с низкой периодичностью.In the process of satellite flight, the proposed method is used as many times as it is necessary to observe a certain region of the earth's surface with low frequency.
Для обеспечения минимальных энергетических затрат на наблюдение заданного района земной поверхности квазисинхронная орбита должна лежать в плоскости исходной кратной геосинхронной орбиты и располагаться максимально близко к ней. Получим соотношения для определения больших полуосей квазисинхронных орбит, близких к исходной кратной геосинхронной орбите.To ensure minimum energy costs for observing a given region of the earth's surface, the quasi-synchronous orbit should lie in the plane of the original multiple geosynchronous orbit and should be located as close to it as possible. We obtain relations for determining the semi-major axes of quasi-synchronous orbits close to the original multiple geosynchronous orbit.
Для ближайшей квазисинхронной орбиты, расположенной выше кратной геосинхронной орбиты, должно выполняться условие:For the nearest quasisynchronous orbit located above the multiple geosynchronous orbit, the condition must be met:
где Т3К - период вращения Земли вокруг своей оси относительно восходящего узла квазисинхронной орбиты; ТК - период обращения спутника по квазисинхронной орбите; - целая часть числа, полученного в результате деления периода вращения Земли вокруг своей оси относительно восходящего узла кратной геосинхронной орбиты к периоду обращения спутника по кратной геосинхронной орбите.where T 3K is the period of the Earth's rotation around its axis relative to the ascending node of the quasi-synchronous orbit; T To - the period of revolution of the satellite in a quasi-synchronous orbit; - the integer part of the number obtained by dividing the period of rotation of the Earth around its axis relative to the ascending node of a multiple geosynchronous orbit to the period of revolution of the satellite in a multiple geosynchronous orbit.
Отсюда получаем выражение для периода обращения спутника по квазисинхронной орбите:From here we get the expression for the period of the satellite’s revolution in quasi-synchronous orbit:
Период вращения Земли вокруг своей оси относительно восходящего узла квазисинхронной орбиты определяется по формуле: The period of the Earth's rotation around its axis relative to the ascending node of the quasi-synchronous orbit is determined by the formula:
где ω3 - угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси; - угловая скорость прецессии восходящего узла квазисинхронной орбиты.where ω 3 is the angular velocity of the Earth's rotation around its axis; - the angular velocity of the precession of the ascending node of the quasi-synchronous orbit.
С учетом выражения (3) формула (2) примет вид:Given the expression (3), the formula (2) will take the form:
Выразим период обращения спутника по квазисинхронной орбите через большую полуось орбиты:Let us express the period of the satellite’s revolution in a quasi-synchronous orbit through the semimajor axis of the orbit:
где αК - большая полуось квазисинхронной орбиты; μ3 - гравитационный параметр Земли.where α K is the semimajor axis of the quasi-synchronous orbit; μ 3 is the gravitational parameter of the Earth.
Совместное решение уравнений (4) и (5) позволяет получить формулу для определения большой полуоси квазисинхронной орбиты, расположенной выше исходной кратной геосинхронной орбиты и максимально близкой к ней:The joint solution of equations (4) and (5) allows us to obtain a formula for determining the semi-major axis of a quasi-synchronous orbit located above the original multiple geosynchronous orbit and as close to it as possible:
В этой формуле период вращения Земли вокруг своей оси относительно восходящего узла кратной геосинхронной орбиты определяется по формуле:In this formula, the period of the Earth's rotation around its axis relative to the ascending node of a multiple geosynchronous orbit is determined by the formula:
Для ближайшей квазисинхронной орбиты, расположенной ниже исходной кратной геосинхронной орбиты, должно выполняться условие:For the nearest quasisynchronous orbit located below the original multiple geosynchronous orbit, the condition must be met:
Проведя аналогичные математические выкладки, можно получить следующую формулу для определения большой полуоси квазисинхронной орбиты, расположенной ниже исходной кратной геосинхронной орбиты и максимально близкой к ней:Having carried out similar mathematical calculations, we can obtain the following formula for determining the semi-major axis of the quasi-synchronous orbit located below the initial multiple geosynchronous orbit and as close to it as possible:
При использовании предлагаемого способа для снижения экономических расходов на наблюдение заданного района земной поверхности необходимо выбирать квазисинхронную орбиту, для которой значение большой полуоси меньше отличается от большой полуоси исходной кратной геосинхронной орбиты.When using the proposed method to reduce the economic costs of observing a given area of the earth's surface, it is necessary to choose a quasi-synchronous orbit for which the value of the major semi-axis is less different from the large semi-axis of the original multiple geosynchronous orbit.
Проведенные расчеты с использованием формул (6) и (9) показали, что в диапазоне высот кратных геосинхронных орбит от 500 до 1200 км разница больших полуосей таких орбит и ближайших квазисинхронных орбит составляет величину около 70 км. Суммарные импульсные приращения скоростей для перехода с кратных геосинхронных орбит на ближайшие квазисинхронные орбиты составляют величину около 40…50 м/с.Данные затраты невелики и соизмеримы с затратами на компенсацию аэродинамического сопротивления атмосферы. При этом использование предлагаемого способа не требует внесения существенных изменений в конструкцию космических аппаратов.The calculations using formulas (6) and (9) showed that in the range of heights of multiple geosynchronous orbits from 500 to 1200 km, the difference between the major semiaxes of such orbits and the nearest quasi-synchronous orbits is about 70 km. The total pulse velocity increments for the transition from multiple geosynchronous orbits to the nearest quasisynchronous orbits are about 40 ... 50 m / s. These costs are small and commensurate with the costs of compensating for the aerodynamic drag of the atmosphere. Moreover, the use of the proposed method does not require significant changes to the design of spacecraft.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно снизить периодичность наблюдения заданных районов земной поверхности и повысить качество получаемой информации при относительно небольших экономических затратах, связанных с увеличением запаса топлива двигательных установок космических аппаратов. Следовательно, достигается решение технической задачи изобретения.Thus, the proposed method can significantly reduce the frequency of observation of specified areas of the earth's surface and improve the quality of information obtained at relatively low economic costs associated with an increase in the fuel supply of propulsion systems of spacecraft. Therefore, a solution to the technical problem of the invention is achieved.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112816A RU2670081C1 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | Method for observing earth surface from space |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112816A RU2670081C1 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | Method for observing earth surface from space |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2670081C1 true RU2670081C1 (en) | 2018-10-17 |
Family
ID=63862388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016112816A RU2670081C1 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | Method for observing earth surface from space |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2670081C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3919391A4 (en) * | 2019-01-28 | 2022-03-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Monitoring control device, artificial satellite, and monitoring system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2059540C1 (en) * | 1987-10-08 | 1996-05-10 | Разумный Юрий Николаевич | Method of formation of planet surface local observation system |
RU2076059C1 (en) * | 1988-09-09 | 1997-03-27 | Разумный Юрий Николаевич | Method for earth surface inspection from space |
US5979832A (en) * | 1998-01-22 | 1999-11-09 | Mobile Communication Holdings, Inc. | Dual ring array of satellites |
RU2232110C2 (en) * | 2001-07-19 | 2004-07-10 | Конструкторское бюро "Полет" ГУДП ГП "Производственное объединение "Полет" | Method of survey of earth surfaces from space |
US6892986B2 (en) * | 2002-04-29 | 2005-05-17 | The Boeing Company | Satellite constellations using nodally-adjusted repeating ground track orbits |
-
2016
- 2016-04-04 RU RU2016112816A patent/RU2670081C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2059540C1 (en) * | 1987-10-08 | 1996-05-10 | Разумный Юрий Николаевич | Method of formation of planet surface local observation system |
RU2076059C1 (en) * | 1988-09-09 | 1997-03-27 | Разумный Юрий Николаевич | Method for earth surface inspection from space |
US5979832A (en) * | 1998-01-22 | 1999-11-09 | Mobile Communication Holdings, Inc. | Dual ring array of satellites |
RU2232110C2 (en) * | 2001-07-19 | 2004-07-10 | Конструкторское бюро "Полет" ГУДП ГП "Производственное объединение "Полет" | Method of survey of earth surfaces from space |
US6892986B2 (en) * | 2002-04-29 | 2005-05-17 | The Boeing Company | Satellite constellations using nodally-adjusted repeating ground track orbits |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МАШИНОСТРОЕНИЕ. Энциклопедия в 40 тт. Том IV-22. Ракетно-космическая техника. Книга 1. М.: Машиностроение. 2012. Глава 2.5. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ, c.198-215. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3919391A4 (en) * | 2019-01-28 | 2022-03-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Monitoring control device, artificial satellite, and monitoring system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109240322B (en) | Satellite formation implementation method for ground-oriented ultra-wide imaging | |
US11066190B2 (en) | Method for deploying a satellite constellation | |
Martin et al. | In-flight experience of the Mars Science Laboratory guidance, navigation, and control system for entry, descent, and landing | |
RU2707415C2 (en) | Method of creating global information environment in near-earth space and paradigma, multifunctional space information system based on network of low-orbit spacecraft for implementation thereof | |
Ikeda et al. | Orbital operations strategy in the vicinity of phobos | |
Tomme et al. | Balloons in Today's Military? An Introduction to the Near-Space Concept. | |
Fujita et al. | Development and ground evaluation of ground-target tracking control of microsatellite RISESAT | |
RU2670081C1 (en) | Method for observing earth surface from space | |
Fujita et al. | Attitude maneuvering sequence design of high-precision ground target tracking control for multispectral Earth observations | |
US7258305B1 (en) | Space based change detection using common ground track constellations capable of being configured for multi-manifest launches | |
Finley et al. | Techniques for leo constellation deployment and phasing utilizing differential aerodynamic drag | |
Miller et al. | World View Enterprises altitude controlled balloons: a new stratospheric platform for persistent Earth and space imaging campaigns | |
Gašparović et al. | Unmanned Aerial Photogrammetric Systems in the Service of Engineering Geodesy | |
McAdams et al. | Conceptual mission design of a polar Uranus orbiter and satellite tour | |
Lasswell | History of sar at lockheed martin (previously goodyear aerospace) | |
Spiralski et al. | high altitude Ballooning as an atmospheric sounding system in the pre-flight procedures of ilr-33 amBer | |
RU2734559C2 (en) | Aerospace electric train | |
Razoumny et al. | On optimization of Earth coverage characteristics for compound satellite constellations based on orbits with synchronized nodal regression | |
Hughes et al. | Venusian Exploration Flier | |
Kuzin | Suggestions for choosing the structure and composition of the system for monitoring geodetic parameters of the Earth | |
Yim et al. | Generation of launch windows for high-accuracy lunar trajectories | |
Carr | Geologic exploration of the planets: The first 50 years | |
Lin et al. | Monitoring abandoned dreg fields of high-speed railway construction with UAV remote sensing technology | |
Maessen et al. | Mission design of the Dutch-Chinese FAST micro-satellite mission | |
Criss et al. | APLNav terrain relative navigation airplane field test |