RU2705027C2 - Спутниковая система непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства - Google Patents
Спутниковая система непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705027C2 RU2705027C2 RU2017146646A RU2017146646A RU2705027C2 RU 2705027 C2 RU2705027 C2 RU 2705027C2 RU 2017146646 A RU2017146646 A RU 2017146646A RU 2017146646 A RU2017146646 A RU 2017146646A RU 2705027 C2 RU2705027 C2 RU 2705027C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- satellites
- tier
- orbits
- tiers
- spherical layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к построению многоярусных спутниковых систем (СС) непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства с заданными кратностью и периодичностью. Областью обзора предлагаемой двухъярусной СС является сферический слой околоземного пространства. СС включает нижний и верхний ярусы, расположенные соответственно под нижней и верхней границами указанного сферического слоя. Спутники снабжены аппаратурой наблюдения с одинаковыми полями и дальностью обзора. Сферический слой разделен промежуточной сферической поверхностью на верхнюю и нижнюю зоны контроля так, что спутники нижнего яруса обозревают верхнюю, а спутники верхнего яруса - нижнюю зоны контроля. Орбитальное построение СС осуществляется из условия минимума суммарной характеристической скорости, требуемой для выведения спутников в их рабочие точки на орбитах обоих ярусов. Техническим результатом является создание СС непрерывного глобального обзора с минимальными энергетическими затратами на ее построение. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к спутниковым системам (СС) мониторинга околоземного космического пространства, в частности - для обнаружения и слежения за полетом различных космических объектов, движущихся в области, простирающейся от низких околоземных орбит (порядка 1000 км) до орбит с высотами порядка высоты геостационарной орбиты (около 36000 км).
Подобные СС, как правило, содержат спутники наблюдения на орбитах разных высотных диапазонов, взаимодействующие друг с другом и с наземным сегментом системы мониторинга.
Уровень техники
В патенте RU 2568291 С1, 20.11.2015 [1] описана система глобального мониторинга параметров состояния многопараметрических объектов (наземных, воздушных и др.), содержащая группировку спутников - ретрансляторов на геостационарной орбите и спутники наблюдения на более низких орбитах.
Патент RU 2570009 С1, 10.12.2015 [2] характеризует СС предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве и на Земле, в которую включены, как фрагменты, спутники навигационных, телекоммуникационных, мониторинговых и других систем, собирающие разнородную информацию из различных областей пространства, обрабатываемую как в космическом, так и на наземном сегменте.
Орбитальное построение СС наблюдения (как и других СС) в настоящее время рассматривается как задача их оптимального баллистического проектирования, т.е. выбора числа спутников, вида и структуры их орбит, распределения спутников на орбитах и (плоскостей) орбит в пространстве - по минимуму некоторого критерия, выражающего, например, затраты на построение и поддержание функционирования СС. При этом налагаются определенные ограничения, в частности - требование обеспечения непрерывного глобального ( - кратного, τ - периодичного) обзора областей (слоев) околоземного космического пространства при помощи бортовой аппаратуры с заданными полями обзора (2β), дальностью действия, с учетом условий засветки или тени и т.д.
Математические аспекты оптимального баллистического проектирования СС изложены, например, в источнике: МАШИНОСТРОЕНИЕ. Энциклопедия в 40 томах. Под ред. акад. К.В. Фролова. Том IV-22. Ракетно-космическая техника. Книга 1. М., «Машиностроение». 2012. Глава 2.5. Спутниковые системы (подред. Ю.Н. Разумного), с. 180-183 [3].
Оптимальному построению известных СС в патентах [1], [2] уделено недостаточно внимания, причем задача их оптимизации может быть достаточно сложной (по нескольким критериям), нерегулярной и не всегда строго обоснованной.
Часто минимизируют число (N) спутников в СС, но для СС наблюдения это оправдано лишь для низких орбит с большим числом спутников - с ростом высот орбит уменьшается требуемое число спутников (при достаточной дальности и ширине (θ) поля обзора их аппаратуры наблюдения), но заметно возрастают затраты характеристической скорости (Vхар), так что критерий N→min не вполне обоснован (не универсален).
Достаточно широким классом СС, полезных с практической точки зрения и удобных для их оптимизации, являются многоярусные СС. При этом ярусом считается множество орбит с близкими или равными высотами (большими полуосями) и наклонениями орбит спутников. Плоскости орбит, как правило, разнесены (например, равномерно) по долготе восходящего узла.
Пример многоярусной СС представлен в патенте RU 2535760 С1, 20.12.2014 [4].
Двухъярусной системой, близкой по структуре к предлагаемой в настоящем изобретении, можно считать СС, описанную в патенте US 8511614 В2, 20.08.2013 [5]. В этой СС спутники размещены на нижнем (высота ≈ 400 км) и верхнем (≈1400-1600 км) ярусах (ретроградных солнечно-синхронных орбитах с наклонением i≈82°), причем с нижнего яруса спутники наблюдают космические объекты, находящиеся выше этого яруса, а с верхнего яруса - космические объекты, находящиеся ниже верхнего яруса.
СС имеет специальное назначение: наблюдать объекты на фоне Земли, на освещенном Солнцем Земном фоне и на фоне Космоса. Ввиду этого не преследуется задача глобального мониторинга обширного (толщиной ≈ 10000…40000 км) сферического слоя околоземного пространства, а задача оптимизации может быть решена минимизацией числа N спутников.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка достаточно общего метода построения СС непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства в виде сферического слоя, охватывающего область по существу от низких до геостационарных орбит, в которой могут находиться как постоянно присутствующие (спутники, мусор и др.), так и пролетные (крупные метеориты, кометы и т.п.) объекты.
Техническим результатом изобретения является создание СС непрерывного глобального обзора указанного околоземного космического пространства с минимальными энергетическими затратами на ее построение.
Решение поставленной задачи, с получением указанного технического результата достигается тем, что предлагаемая СС непрерывного глобального обзора сферического слоя околоземного космического пространства с заданными кратностью и периодичностью включает нижний, расположенный под нижней границей указанного сферического слоя, и верхний, расположенный над верхней границей указанного сферического слоя - ярусы спутников, снабженных единообразной аппаратурой наблюдения с одинаковыми полями и достаточной дальностью обзора, причем данный сферический слой условно разделен промежуточной сферической поверхностью на верхнюю и нижнюю зоны контроля так, что спутники нижнего яруса обозревают верхнюю зону контроля, а спутники верхнего яруса -нижнюю зону контроля, при этом параметры орбитального построения СС выбраны из условия минимума суммарной характеристической скорости, требуемой для выведения спутников в их рабочие точки на орбитах верхнего и нижнего ярусов, при заданных ограничениях на параметры орбит в каждом из ярусов.
В предпочтительном варианте СС орбиты всех спутников каждого k-ого яруса (k=1, 2) - круговые, одинаковых высоты и наклонения, их плоскости разнесены равномерно по долготе восходящего узла, а параметрами орбитального построения служат: Nk - число спутников в ярусе, Pk - число плоскостей их орбит и - коэффициент расфазировки спутников в соседних плоскостях.
При этом орбиты спутников верхнего яруса предпочтительно имеют высоту не менее высоты геостационарной орбиты, а орбиты спутников нижнего яруса - не менее 300 км (из условий длительного существования, с учетом торможения атмосферой).
Сущность изобретения можно пояснить следующим образом.
Во-первых, для выбора орбитального построения СС используется общий и достаточно простой критерий затрат: характеристическая скорость, требуемая для выведения спутников на их рабочие орбиты.
Во-вторых, при современном уровне характеристик аппаратуры наблюдения (в т.ч. ее большой дальности при достаточно широких полях обзора) целесообразно максимально удалять от спутников наблюдения подконтрольные им зоны, уменьшая тем самым потребное число спутников, покрывающих эти зоны.
Перечень фигур
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим детальным примером его осуществления с прилагаемыми чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1 - схема построения СС непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства.
Фиг. 2 - структура двухъярусной СС.
Фиг. 3 - Зависимость энергетики ΣV построения СС от высоты верхнего яруса HU при: , H1=10000 км, H2=40000 км, β=35°, D=60000 км, HL=500 км.
Фиг. 4 - Зависимость энергетики ΣV построения СС от высоты нижнего яруса HL при: , H1=10000, H2=40000 км, β=35°, D=60000 км, HU=61000 км.
Лучший вариант осуществления изобретения
Согласно изобретению, СС содержит два яруса: нижний: 1, 2, … N1, и верхний: 1', 2', … N2 - спутников наблюдения, снабженных единообразной аппаратурой с одинаковыми полями (2β) и достаточной дальностью (D) обзора, причем нижний ярус расположен под нижней границей H1 обозреваемого сферического слоя, а верхний - над верхней границей H2. Сферический слой условно разделен промежуточной сферической поверхностью (Н0) на нижнюю и верхнюю зоны контроля, так что спутники нижнего яруса СС обозревают верхнюю, а спутники верхнего яруса - нижнюю зоны контроля (см. фиг. 1, 2).
В этой СС обеспечены заданные кратность и периодичность обзора сферического слоя, при этом параметры орбитального построения СС получаются из условия минимума суммарной характеристической скорости (VΣ xap→min), требуемой для выведения спутников в их рабочие точки на орбиты нижнего и верхнего ярусов.
Орбитальное построение каждого k-ого яруса СС можно кратко характеризовать четверкой: - так наз. параметров Уолкера (J. Walker) и наклонением ik. Для полноты следует добавить: H1, H2 - высоты нижней и верхней границы обозреваемого сферического слоя, а также HL, HU - высоты орбит спутников нижнего и верхнего ярусов. Ясно, что HL < H1 < H2 < HU. Это можно обозначить четверкой . Если СС имеет только один ярус, то можно условно положить: (только верхний ярус) или (только нижний ярус).
Решение задачи оптимизации СС состоит в определении оптимального при заданном (при одном ярусе одна из - условно нулевая). Все множество оптимальных СС можно символически представить в виде графика , где все параметры в скобках считаются оптимальными.
Проектно-баллистические исследования описанной выше СС наблюдения выявляют наличие достаточно широких областей , где наилучшей из оптимальных СС является двухъярусная СС.
Из фиг. 3-4 видны области преимущественного использования 1-ярусных (с верхним или нижним ярусами) и 2-ярусной СС. На графиках обозначено:
ΣV11 - суммарная характеристическая скорость (энергетика) 2-ярусной системы.
ΣV10 - суммарная характеристическая скорость (энергетика) 1-ярусной системы (только верхний ярус).
ΣV01 - суммарная характеристическая скорость (энергетика) 1-ярусной системы (только нижний ярус). Значения ΣV на всех графиках даны в км/с.
Преимущества одноярусных СС могут проявляться при значительных высотах верхнего яруса: HU≈65000…69000 км.
Орбиты спутников каждого яруса целесообразно выбирать круговыми, одинаковых высоты и наклонения, а их плоскости - равномерно располагать по долготе восходящего узла. Для достаточно высоких орбит верхнего яруса 2-ярусной СС получается (всего два спутника в одной плоскости с произвольным наклонением).
Орбиты спутников нижнего яруса выбраны с высотой не менее 300 км, из соображений длительного существования этих спутников. Количество спутников на нижнем ярусе типично N1≈70…80 - при таком же (или вдвое меньшем) числе плоскостей орбит P1.
Промышленная применимость
Для осуществления предлагаемого изобретения не требуется принципиально новых разработок в области ракетно-космической техники; здесь могут быть использованы традиционные и хорошо апробированные средства и методы, типичные для СС.
Claims (3)
1. Спутниковая система непрерывного глобального обзора сферического слоя околоземного космического пространства с заданными кратностью и периодичностью, включающая нижний, расположенный под нижней границей указанного сферического слоя, и верхний, расположенный над верхней границей указанного сферического слоя, ярусы спутников, снабженных единообразной аппаратурой наблюдения с одинаковыми полями и достаточной дальностью обзора, причем данный сферический слой условно разделен промежуточной сферической поверхностью на верхнюю и нижнюю зоны контроля так, что спутники нижнего яруса обозревают верхнюю зону контроля, а спутники верхнего яруса - нижнюю зону контроля, при этом параметры орбитального построения спутниковой системы выбраны из условия минимума суммарной характеристической скорости, требуемой для выведения спутников в их рабочие точки на орбитах верхнего и нижнего ярусов, при заданных ограничениях на параметры орбит в каждом из ярусов.
2. Спутниковая система по п. 1, отличающаяся тем, что орбиты всех спутников каждого k-ого яруса (k=1,2) - круговые, одинаковых высоты и наклонения, их плоскости разнесены равномерно по долготе восходящего узла, а параметрами орбитального построения служат: Nk - число спутников в k-ом ярусе, Pk - число плоскостей их орбит и Fk∈[0,Pk-1] - коэффициент расфазировки спутников в соседних плоскостях.
3. Спутниковая система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что орбиты спутников верхнего яруса имеют высоту не менее высоты геостационарной орбиты, а орбиты спутников нижнего яруса - не менее 300 км.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146646A RU2705027C2 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Спутниковая система непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146646A RU2705027C2 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Спутниковая система непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017146646A RU2017146646A (ru) | 2019-06-28 |
RU2017146646A3 RU2017146646A3 (ru) | 2019-07-17 |
RU2705027C2 true RU2705027C2 (ru) | 2019-11-01 |
Family
ID=67209748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017146646A RU2705027C2 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Спутниковая система непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2705027C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080081556A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-03 | Raytheon Company | System and method for observing a satellite using a satellite in retrograde orbit |
US8240611B2 (en) * | 2009-08-26 | 2012-08-14 | Raytheon Company | Retro-geo spinning satellite utilizing time delay integration (TDI) for geosynchronous surveillance |
US8511614B2 (en) * | 2010-03-22 | 2013-08-20 | Raytheon Company | Satellite system providing optimal space situational awareness |
RU2568291C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Система глобального мониторинга в режиме реального времени параметров состояния многопараметрических объектов |
RU2570009C1 (ru) * | 2014-08-06 | 2015-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Способ предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве и на земле и автоматизированная система для его осуществления |
-
2017
- 2017-12-28 RU RU2017146646A patent/RU2705027C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080081556A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-03 | Raytheon Company | System and method for observing a satellite using a satellite in retrograde orbit |
US8240611B2 (en) * | 2009-08-26 | 2012-08-14 | Raytheon Company | Retro-geo spinning satellite utilizing time delay integration (TDI) for geosynchronous surveillance |
US8511614B2 (en) * | 2010-03-22 | 2013-08-20 | Raytheon Company | Satellite system providing optimal space situational awareness |
RU2568291C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Система глобального мониторинга в режиме реального времени параметров состояния многопараметрических объектов |
RU2570009C1 (ru) * | 2014-08-06 | 2015-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Способ предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве и на земле и автоматизированная система для его осуществления |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МАШИНОСТРОЕНИЕ. Энциклопедия в 40 томах. Под ред. акад. К.В.Фролова. Том IV-22. Ракетно-космическая техника. Книга 1. М.: "Машиностроение". 2012. Глава 2.5. Спутниковые системы (под ред. Ю.Н. Разумного), с.180-183. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017146646A (ru) | 2019-06-28 |
RU2017146646A3 (ru) | 2019-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Barnes et al. | AVIATR—Aerial vehicle for in-situ and airborne titan reconnaissance: A Titan airplane mission concept | |
Lau et al. | Accessibility of near-earth asteroids | |
CN109460057A (zh) | 一种面向多目标的网格化翼伞归航方法 | |
RU2705027C2 (ru) | Спутниковая система непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства | |
Tomme et al. | Balloons in Today's Military? An Introduction to the Near-Space Concept. | |
RU2705031C2 (ru) | Способ построения спутниковой системы непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства | |
RU2705029C2 (ru) | Способ поддержания функционирования спутниковой системы непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства | |
RU2705028C2 (ru) | Способ поддержания функционирования спутниковой системы непрерывного глобального обзора околоземного космического пространства | |
Demidov et al. | Antarctica as a testing ground for manned missions to the Moon and Mars | |
RU2775095C1 (ru) | Способ обзора геостационарной области для обнаружения и наблюдения космического мусора с космического аппарата | |
RU2670081C1 (ru) | Способ наблюдения земной поверхности из космоса | |
Althoff | The military importance and use of ice islands during the Cold War | |
McGrath et al. | Analytical low-thrust satellite maneuvers for rapid ground target revisit | |
Carroll | Ice Worlds of the Solar System | |
Swan et al. | Martian landing sites for the Voyager mission | |
Haley | Law and the Age of Space | |
Carr | Geologic exploration of the planets: The first 50 years | |
Adlakha et al. | Designing and Simulating a CubeSat constellation for Mars Exploration | |
Simpson | Rapid On-Demand Launch Mission Planning for Timely Delivery of Spacecraft Constellations | |
RU2499750C2 (ru) | Спутниковая система связи и наблюдения | |
Katz | Electric propulsion for JPL missions | |
Hickman | Outer Space | |
Balog | Interaction of military geography, meteorology and military art based on the example of war events | |
SMOLKOVA | THE NEWMAN IN FOREIGN POLICY | |
Mendel | Meteorology in field artillery ballistic calculations |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191229 |