RU2711554C1 - Method of formation of a group of artificial earth satellites for monitoring potentially dangerous threats in near-earth space in a mode close to real time - Google Patents

Method of formation of a group of artificial earth satellites for monitoring potentially dangerous threats in near-earth space in a mode close to real time Download PDF

Info

Publication number
RU2711554C1
RU2711554C1 RU2018147554A RU2018147554A RU2711554C1 RU 2711554 C1 RU2711554 C1 RU 2711554C1 RU 2018147554 A RU2018147554 A RU 2018147554A RU 2018147554 A RU2018147554 A RU 2018147554A RU 2711554 C1 RU2711554 C1 RU 2711554C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
earth
monitoring
orbit
space
Prior art date
Application number
RU2018147554A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Игоревич Панасюк
Александр Семенович Ковтюх
Михаил Владимирович Подзолко
Владимир Иванович Тулупов
Иван Васильевич Яшин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2018147554A priority Critical patent/RU2711554C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2711554C1 publication Critical patent/RU2711554C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1021Earth observation satellites

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.SUBSTANCE: group of inventions relates to AES information systems for detecting potential threats during monitoring of radiation environment, electromagnetic transitions: space and atmospheric bursts of gamma-, optical and UV-radiation. AES are equipped with spectrometric equipment and placed on orbits crossing L-shells of Earth radiation belts. For example, two circular orbits are used: low (500–650 km) solar-synchronous and medium (1,400–1,500 km) with an inclination of ~80°, as well as elliptic orbit with apogee of 8,000 km, perigee of 600–700 km and critical inclination of ~63.4°. For orbits there is a condition that the departure of the perigee argument is less than 3–4 °/year. Information can be transmitted to the Earth with a duty cycle of not less than 0.5–4 hours depending on the orbit, wherein the spectrometric equipment is synchronized with reference to a single world time.EFFECT: providing operational (in a mode close to "real time"), in a wide range of orbits of monitoring of the phenomena and objects which can represent various space threats.11 cl, 7 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области мониторинга в околоземном космическом пространстве космических природных и техногенных явлений и объектов в режиме, близком к реальному времени, с целью оперативного выявления потенциально опасных угроз, в том числе, радиационной обстановки, а также электромагнитных транзиентов - космических и атмосферных гамма-всплесков, вспышек оптического и ультрафиолетового излучения из атмосферы Земли.The invention relates to the field of monitoring in near-Earth space of natural and man-made phenomena and objects in near real-time mode with the aim of quickly identifying potentially dangerous threats, including radiation conditions, as well as electromagnetic transients - space and atmospheric gamma-ray bursts , bursts of optical and ultraviolet radiation from the Earth’s atmosphere.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Естественная и «техногенная» космическая среда создает серьезные риски для осуществления космических миссий как роботизированных, так и с участием человека. Риск определяется спецификой планируемых миссий - их продолжительностью, локализацией в космическом пространстве и параметрами орбит. Специфика природных условий в космическом пространстве, в т.ч. многообразие физических параметров радиационных полей создают, как правило, реальные трудности для моделирования обстановки и расчетов рисков. Мониторинг в реальном времени космических природных и техногенных объектов и явлений - потенциальных угроз, является оптимальным и эффективным способом снижения рисков.The natural and “man-made” space environment poses serious risks for space missions, both robotic and human. The risk is determined by the specifics of the planned missions - their duration, localization in outer space and orbital parameters. The specifics of natural conditions in outer space, including the variety of physical parameters of radiation fields creates, as a rule, real difficulties for modeling the situation and calculating risks. Real-time monitoring of space-based natural and man-made objects and phenomena - potential threats, is an optimal and effective way to reduce risks.

В рамках настоящего изобретения к радиационной обстановке отнесены следующие потенциально опасные факторы в околоземном космическом пространстве: ионизирующая радиация; электромагнитные транзиенты; антропогенные источники ионизирующей радиации в околоземном пространстве.In the framework of the present invention, the following potentially dangerous factors in near-Earth outer space are attributed to the radiation environment: ionizing radiation; electromagnetic transients; anthropogenic sources of ionizing radiation in near-Earth space.

При этом ионизирующая радиация в виде потоков заряженных частиц (протонов и электронов) высоких энергий радиационных поясов Земли, а также энергичных частиц солнечных космических лучей, является одним из основных поражающих факторов, влияющих на работоспособность космических приборов и безопасность пилотируемых полетов, являются. Эти потоки испытывают очень значительные вариации на шкале времени от миллисекунд до десятков лет, которые не могут быть описаны существующими квазистатическими моделями радиационных поясов Земли (см., например, Mullen E.G., Gussenhoven M.S., Ray K., Violet M.A. A double-peaked inner radiation belt: cause and effect as seen on CRRES // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1991. V. 38. P. 1713-1718; Мягкова И.Н., Богомолов А.В., Шугай Ю.С. Динамика потоков релятивистских электронов в околоземном космическом пространстве в 2001-2005 гг. // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. 2010. №3. С. 77-80).At the same time, ionizing radiation in the form of streams of charged particles (protons and electrons) of high energies of the Earth’s radiation belts, as well as energetic particles of solar cosmic rays, is one of the main damaging factors affecting the performance of space devices and the safety of manned flights. These flows experience very significant variations on a time scale from milliseconds to tens of years that cannot be described by existing quasistatic models of the Earth's radiation belts (see, for example, Mullen EG, Gussenhoven MS, Ray K., Violet MA A double-peaked inner radiation belt: cause and effect as seen on CRRES // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1991. V. 38. P. 1713-1718; Myagkova I.N., Bogomolov A.V., Shugai Yu.S. Dynamics of relativistic flows of electrons in near-Earth space in 2001-2005 // Moscow University Herald. Series 3: Physics, Astronomy. 2010. No. 3. P. 77-80).

С другой стороны, существующие спутниковые измерения проводятся только для ограниченного числа орбит и диапазона питч-углов (угол между вектором скорости частицы и магнитной силовой линией) и не могут дать глобальную картину пространственно-временных вариаций радиации в околоземном космическом пространстве (ОКП). Поэтому возникает необходимость радиационного мониторинга и оперативного прогноза радиационного окружения Земли с целью оперативной оценки радиационных условий в ОКП для оценки радиационных рисков выполнения космических миссий и выработки алертных сигналов для принятия решений по управлению ими; верификации современных расчетных моделей полей радиации околоземного космического пространства.On the other hand, existing satellite measurements are carried out only for a limited number of orbits and a range of pitch angles (the angle between the particle velocity vector and the magnetic line of force) and cannot give a global picture of the spatio-temporal variations of radiation in near-Earth outer space (GC). Therefore, there is a need for radiation monitoring and operational forecasting of the Earth’s radiation environment in order to quickly assess the radiation conditions in the OKP to assess the radiation risks of space missions and generate alert signals for making decisions on their management; verification of modern calculation models of near-Earth space radiation fields.

Еще одним потенциально опасным явлением являются электромагнитные транзиенты в верхней атмосфере, которые наблюдаются в разных диапазонах длин волн - от радио- до гамма-диапазона. Среди этих явлений, достаточно достоверно экспериментально идентифицированы - TLE (Transient Luminous Events - световые вспышки преимущественно в ближнем ультрафиолетовом и красном диапазонах) и TGF (Terrestrial Gamma Flashes - гамма-всплески земного происхождения). Эти явления могут быть связаны с высотными электрическими разрядами, возникающими при воздействии на мезосферу лавин убегающих электронов, высыпающимися из радиационных поясов энергичными электронами и электромагнитными волнами, происходящими на высотах в десятки км в верхней атмосфере, и имеют глобальный характер [Surkov V.V., Hayakawa М. Underlying mechanisms of transient luminous events: a review // Ann. Geophys. 2012. V. 30. No. 8. P. 1185-1212]. Выделяемая в них энергия достаточно велика, чтобы оказать существенное воздействие на радио-коммуникации, модифицировать физические параметры мезосферы, а также оказать непосредственное влияние на бортовые системы стратосферных суборбитальных летательных аппаратов (см., например, [Garipov G., Grigoriev A., Khrenov В., Klimov P., Panasyuk M. High energy transient luminous atmospheric phenomena: the potential danger for suborbital flights // In "Extreme Events in Geospace", Ed. Buzulukova. Elsevier. 2017]).Another potentially dangerous phenomenon is electromagnetic transients in the upper atmosphere, which are observed in different wavelength ranges - from the radio to the gamma range. Among these phenomena, TLE (Transient Luminous Events - light flashes mainly in the near ultraviolet and red ranges) and TGF (Terrestrial Gamma Flashes - gamma-ray bursts of terrestrial origin) are reliably experimentally identified. These phenomena can be associated with high-altitude electric discharges that occur when runaway electrons are exposed to avalanches of mesosphere, energetic electrons, and electromagnetic waves spewing from radiation belts occurring at heights of tens of kilometers in the upper atmosphere, and are global in nature [Surkov VV, Hayakawa M. Underlying mechanisms of transient luminous events: a review // Ann. Geophys. 2012. V. 30. No. 8. P. 1185-1212]. The energy released in them is large enough to have a significant effect on radio communications, modify the physical parameters of the mesosphere, and also have a direct effect on the onboard systems of stratospheric suborbital aircraft (see, for example, [Garipov G., Grigoriev A., Khrenov B ., Klimov P., Panasyuk M. High energy transient luminous atmospheric phenomena: the potential danger for suborbital flights // In "Extreme Events in Geospace", Ed. Buzulukova. Elsevier. 2017]).

Потенциальную опасность могут также представлять космические гамма-всплески астрофизического происхождения (см., например, [Bhat P.N., Meegan С.A., von Kienlin А. et al. The 3rd Fermi GBM gamma-ray burst catalog: the first six years // The Astrophysical Journal Supplement Series. V. 223. No. 2. P. 28]). Несмотря на большую удаленность источников, они представляют собой самые мощные процессы во вселенной типа взрыва гиперновой, слияния нейтронных звезд, коллапса магнитного поля магнетара. Эффект воздействия достаточно редких, но очень интенсивных космических гамма-всплесков на атмосферу Земли еще не вполне изучен, но в плане ионосферных возмущений он может быть сопоставим с вспышками на Солнце.Cosmic gamma-ray bursts of astrophysical origin can also be a potential hazard (see, for example, [Bhat PN, Meegan C.A., von Kienlin A. et al. The 3rd Fermi GBM gamma-ray burst catalog: the first six years // The Astrophysical Journal Supplement Series. V. 223. No. 2. P. 28]). Despite the great remoteness of the sources, they represent the most powerful processes in the universe such as a hypernova explosion, fusion of neutron stars, collapse of the magnetar magnetic field. The effect of quite rare, but very intense cosmic gamma-ray bursts on the Earth’s atmosphere has not yet been fully studied, but in terms of ionospheric disturbances it can be comparable to flares on the Sun.

Антропогенные источники ионизирующей радиации в околоземном пространстве - радионуклидные источники энергии, ядерные двигательные установки космических аппаратов, представляют собой потенциальную угрозу для других космических аппаратов, находящихся вблизи первых. Обнаружение и определение физических характеристик «ядерно-активных» космических аппаратов - важный элемент снижения радиационных рисков [Аникеева М.А., Боярчук К.А., Улин С.Е. Обнаружение радиоактивного космического мусора с борта космического аппарата // Вопросы электромеханики. 2012. Т. 126. №1. С. 13-18].Anthropogenic sources of ionizing radiation in near-Earth space - radionuclide energy sources, nuclear propulsion systems of spacecraft, pose a potential threat to other spacecraft located near the first. The detection and determination of the physical characteristics of "nuclear-active" spacecraft is an important element in reducing radiation risks [Anikeeva MA, Boyarchuk K.A., Ulin S.E. Detection of radioactive space debris from the spacecraft // Problems of Electromechanics. 2012.V. 126. No. 1. S. 13-18].

Среди основных решаемых технических задач наиболее освоенной являются спутниковые измерения полей ионизирующей радиации. Главный интерес представляют потоки энергичных частиц: электронов с энергиями свыше сотен кэВ и протонов и ядер с энергиями свыше единиц МэВ, способных проникать внутрь космических аппаратов (КА) и влиять на работу их радиоэлектронного оборудования и экипажей. Такие измерения начали осуществляться с начала космической эры, и в настоящее время на околоземных орбитах функционирует ряд КА, имеющих на борту детекторы энергичных заряженных частиц. Однако задача оперативного мониторинга пространственного распределения ионизирующей радиации в значительной области околоземного пространства до настоящего времени не решена. Большинство спутниковых измерений потоков энергичных частиц проводятся в ограниченном диапазоне пространства и питч-углов, и/или не предусматривают оперативную передачу и требуемое качество наземной обработки данных.Among the main technical problems to be solved, the most mastered are satellite measurements of the fields of ionizing radiation. Of primary interest are streams of energetic particles: electrons with energies in excess of hundreds of keV and protons and nuclei with energies in excess of MeV units, capable of penetrating inside spacecraft (SC) and affecting the operation of their electronic equipment and crews. Such measurements began to be carried out from the beginning of the space era, and currently a number of spacecraft with onboard detectors of energetic charged particles are operating in near-Earth orbits. However, the task of operational monitoring of the spatial distribution of ionizing radiation in a significant region of near-Earth space has not yet been solved. Most satellite measurements of energetic particle fluxes are carried out in a limited range of space and pitch angles, and / or do not provide for prompt transmission and the required quality of ground processing of data.

Мониторинг потоков ионизирующих излучений в космическом пространстве является одной из важнейших технических задач прикладной космонавтики. Помимо того, что эта задача чрезвычайно актуальна с точки зрения изучения физических закономерностей формирования и пространственно-временных вариаций таких потоков, такой мониторинг в высшей степени необходим с точки зрения возникновения ситуаций радиационной опасности с точки зрения безотказного функционирования космических аппаратов. По имеющимся экспертным оценкам, более половины отказов и сбоев в работе бортовых систем КА обусловлено неблагоприятным воздействием на материалы и элементы оборудования КА окружающей космической среды, основную роль среди которых играют радиационные воздействия. Основное внимание уделяется потокам энергичных заряженных частиц в околоземном пространстве, способных проникать внутрь корпуса КА и оказывать влияние на их радиоэлектронную аппаратуру. Главным образом это потоки энергичных электронов и протонов радиационных поясов Земли; а также кратковременные интенсивные потоки энергичных частиц от мощных солнечных вспышек. Считается, что целесообразно осуществлять мониторинг потоков заряженных частиц в следующих диапазонах энергий: протонов в диапазоне энергий от 1 до >160 МэВ и электронов в диапазоне энергий 0,15-10 МэВ.Monitoring the fluxes of ionizing radiation in outer space is one of the most important technical tasks of applied cosmonautics. In addition to the fact that this task is extremely urgent from the point of view of studying the physical laws of the formation and spatiotemporal variations of such flows, such monitoring is highly necessary from the point of view of the occurrence of radiation hazard situations from the point of view of the trouble-free functioning of spacecraft. According to available expert estimates, more than half of failures and malfunctions in the spacecraft onboard systems are caused by an adverse effect on the spacecraft’s spacecraft materials and equipment, the main role being played by radiation. The main attention is paid to the flows of energetic charged particles in the near-Earth space, capable of penetrating into the spacecraft’s hull and affecting their electronic equipment. These are mainly flows of energetic electrons and protons of the Earth’s radiation belts; as well as short-term intense flows of energetic particles from powerful solar flares. It is believed that it is advisable to monitor the flows of charged particles in the following energy ranges: protons in the energy range from 1 to> 160 MeV and electrons in the energy range of 0.15-10 MeV.

Известно, что реальные потоки заряженных частиц в окрестности Земли даже в геомагнитно-спокойных условиях испытывают очень значительные средне- и долгосрочные вариации, связанные солнечной и геомагнитной активностью, изменением магнитного поля Земли и плотности верхней атмосферы. А после мощных геомагнитных возмущений возможно даже возникновение новых временных поясов энергичных электронов и протонов, которые затем могут существовать до нескольких недель или месяцев.It is known that real flows of charged particles in the vicinity of the Earth, even in geomagnetic-calm conditions, experience very significant medium and long-term variations associated with solar and geomagnetic activity, changes in the Earth’s magnetic field and the density of the upper atmosphere. And after powerful geomagnetic disturbances, even the appearance of new time zones of energetic electrons and protons is possible, which can then exist for up to several weeks or months.

Кроме того, в область орбиты Земли могут приходить значительные потоки энергичных частиц, инжектированных во время мощных солнечных вспышек. Во время таких событий потоки протонов с энергиями в десятки и сотни МэВ, способные проникать за защиту КА, в течение времени до нескольких суток могут превышать фоновые значения потоков протонов галактических космических лучей на 3-4 порядка и более. Такие события имеют непредсказуемый характер.In addition, significant flows of energetic particles injected during powerful solar flares can come into the Earth’s orbit. During such events, proton fluxes with energies of tens and hundreds of MeV, capable of penetrating behind the defense of the spacecraft, for up to several days can exceed the background fluxes of protons of galactic cosmic rays by 3-4 orders of magnitude or more. Such events are unpredictable.

По этой причине необходимы экспериментальные измерения, которые могут дать информацию о радиационной обстановке на орбитах эксплуатируемых ИСЗ в текущий момент времени.For this reason, experimental measurements are needed that can provide information about the radiation situation in the orbits of the satellites in operation at the current time.

Измерения потоков энергичных заряженных частиц осуществляются рядом космических аппаратов (КА). Но практически все эти КА осуществляют измерения потоков энергичных заряженных частиц только в ограниченной области пространства и диапазоне питч-углов (угол между векторами скорости частицы и индукции магнитного поля В).Measurements of fluxes of energetic charged particles are carried out by a number of spacecraft (SC). But practically all of these spacecraft measure the fluxes of energetic charged particles only in a limited region of space and in the range of pitch angles (the angle between the vectors of particle velocity and magnetic field induction B).

В частности, известна система геофизических наблюдений американского агентства NOAA, действующая с 1970-х гг., в которой используются ИСЗ серий POES на низких полярных орбитах и GOES на геостационарной орбите (одновременно ≥2 ИСЗ на каждой орбите). Также, в 2012 г. на высокоэллиптическую околоэкваториальную орбиту выведены два КА NASA «VanAllenProbes», предназначенные для изучения структуры и характеристик радиационных поясов. Российская аппаратура для измерений потоков энергичных заряженных частиц функционирует на российских метеоспутниках серий «Метеор-М» (низкоорбитальные) и «Электро-Л» (геостационарные). Также имеется еще ряд искусственных спутников земли (ИСЗ), в том числе малых космических аппаратов, осуществляющих такие измерения.In particular, the system of geophysical observations of the American agency NOAA, which has been operating since the 1970s, is used, which uses the satellite of the POES series in low polar orbits and GOES in the geostationary orbit (simultaneously ≥2 satellite in each orbit). Also, in 2012, two NASA VanAllenProbes spacecraft, designed to study the structure and characteristics of radiation belts, were launched into a highly elliptical near-equatorial orbit. Russian equipment for measuring flows of energetic charged particles operates on Russian meteorological satellites of the Meteor-M (low-orbit) and Electro-L (geostationary) series. There is also a number of artificial Earth satellites (AES), including small spacecraft that carry out such measurements.

Таким образом, современное состояние как экспериментальных исследований потоков частиц радиационных поясов Земли (РПЗ), так и используемых в настоящее время эмпирических моделей, необходимых для снижения радиационного риска космических миссий, показывает их принципиальную ограниченность в плане применения к задаче оперативного, близкого к реальному времени, снижения радиационного риска и своевременного предупреждения о значительных временных вариаций потоков частиц.Thus, the current state of both experimental studies of the particle fluxes of the Earth’s radiation belts (RPZs) and the empirical models currently used to reduce the radiation risk of space missions shows their fundamental limitation in terms of applying operational, close to real time to the task, reduction of radiation risk and timely warning of significant temporal variations in particle fluxes.

Другой аспект данной проблемы заключается в том, что экспериментальные исследования РПЗ на одном КА позволяют оценить радиационную обстановку непосредственно в районе его локализации в текущий момент времени, но не во всей области околоземного пространства, заполненного РПЗ.Another aspect of this problem is that experimental studies of RPZs on one spacecraft make it possible to assess the radiation situation directly in the area of its localization at the current moment of time, but not in the entire area of near-Earth space filled with RPZs.

В квазидипольном магнитном поле захваченные частицы двигаются по спиральным траекториям вдоль магнитных силовых линий между «точками отражения» с одинаковым значением индукции магнитного поля В в Северном и Южном магнитном полушариях, и дрейфуют перпендикулярно плоскости магнитного меридиана, формируя т.н. магнитные дрейфовые оболочки, описываемые параметром Мак-Илвайна L (приближенно равном расстоянию от центра диполя до магнитной силовой линии в плоскости магнитного экватора) (Фиг. 1). Зависимость F(B) потоков частиц на заданной L-оболочке от величины индукции магнитного поля В называется «высотным ходом» потоков. Высотный ход также связан с питч-угловым распределением F00) потоков частиц на магнитном экваторе теоремой Лиувилля.In a quasi-dipole magnetic field, trapped particles move along spiral paths along magnetic lines of force between the "reflection points" with the same value of magnetic field B induction in the Northern and Southern magnetic hemispheres, and drift perpendicular to the plane of the magnetic meridian, forming the so-called magnetic drift shells described by the Mc Ilvine parameter L (approximately equal to the distance from the center of the dipole to the magnetic field line in the plane of the magnetic equator) (Fig. 1). The dependence F (B) of the particle fluxes on a given L-shell on the magnitude of the magnetic field induction B is called the "high-altitude course" of the fluxes. Altitude variation is also associated with the pitch-angle distribution F 00 ) of particle fluxes at the magnetic equator by Liouville's theorem.

Для построения 3-мерной картины текущего распределения потоков протонов и электронов в значительной области радиационных поясов Земли необходимы измерения, охватывающие больший диапазон L-оболочек (желательно вплоть до L=5-7, т.е. до орбит GPS/ГЛОНАСС или геостационарной), и для каждой L-оболочки - позволяющие реконструировать высотный ход потоков частиц в данный момент времени.To build a 3-dimensional picture of the current distribution of proton and electron fluxes in a significant region of the Earth’s radiation belts, measurements are needed covering a wider range of L-shells (preferably up to L = 5-7, i.e., to GPS / GLONASS or geostationary orbits), and for each L-shell - allowing to reconstruct the altitudinal course of particle flows at a given time.

Известен способ проведения таких измерений - «сканирование» питч-углов узконаправленным детектором за счет вращения КА. При этом для охвата всего диапазона значений питч-углов, включая малые углы, требуется, чтобы ось вращения КА была направлена перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.A known method of conducting such measurements is the “scanning” of pitch angles with a narrowly focused detector due to the rotation of the spacecraft. Moreover, to cover the entire range of values of pitch angles, including small angles, it is required that the axis of rotation of the spacecraft be directed perpendicular to the magnetic field induction vector.

Теоретически, имея точные данные о питч-угловом распределении можно точно рассчитать потоки на всем протяжении L-оболочки в области больших значений магнитного поля В, т.е. меньших высот, или больших значений геомагнитной широты. Наилучшими будут измерения вблизи магнитного экватора, т.к. они позволят реконструировать высотный ход практически полностью. Если такие измерения недоступны, допустимы измерения на «средних» широтах. В этом случае для меньших значений В можно использовать экстраполяцию высотного хода по степенному закону.Theoretically, having accurate data on the pitch-angle distribution, it is possible to accurately calculate the fluxes along the entire length of the L-shell in the region of large values of the magnetic field B, i.e. lower heights, or large values of geomagnetic latitude. The best measurements are near the magnetic equator, because they will allow you to reconstruct the altitude course almost completely. If such measurements are not available, measurements at mid-latitudes are acceptable. In this case, for lower values of B, one can use extrapolation of the altitude course according to a power law.

Измерения питч-углового распределения потоков на около экваториальных высокоэллиптических орбитах были реализованы на ИСЗ NASA Explorer-45 и RBSP/VanAllenProbes. Два ИСЗ «Van Allen Probes», выведены в 2012 г. на орбиту с высотами перигея и апогея ≈700 и 30000 км и наклонением ≈10° и предназначены для изучения РПЗ. На этих ИСЗ установлены несколько детекторов, измеряющих потоки электронов с энергиями от 20 кэВ до >50 МэВ и протонов с энергиями от 20 кэВ до >200 МэВ, а также детекторы плазмы, магнитного и электрического полей и волн. Измерения питч-углового распределения потоков частиц обеспечиваются вращением этих спутников с периодом ≈11 с вокруг оси, направленной на Солнце, т.е. практически перпендикулярной вектору индукции магнитного поля. Разрешение по питч-углам в измерениях потоков частиц РПЗ на этих спутниках составляет 11-16°. Угол апертуры телескопов спектрометров энергичных частиц равен ≈20°.Measurements of the pitch-angular distribution of fluxes near equatorial high elliptical orbits were carried out on the NASA Explorer-45 and RBSP / VanAllenProbes satellites. Two Van Allen Probes satellites, launched in 2012 into orbit with altitudes of perigee and apogee ≈700 and 30,000 km and an inclination of ≈10 °, are designed to study RPGs. These satellites have several detectors that measure the fluxes of electrons with energies from 20 keV to> 50 MeV and protons with energies from 20 keV to> 200 MeV, as well as detectors of plasma, magnetic and electric fields and waves. Measurements of the pitch-angular distribution of particle fluxes are provided by the rotation of these satellites with a period of ≈11 s around an axis directed to the Sun, i.e. almost perpendicular to the magnetic field induction vector. The pitch angle resolution in measurements of RPZ particle fluxes on these satellites is 11–16 °. The angle of the telescope aperture of the spectrometers of energetic particles is ≈20 °.

Однако у такого способа мониторинга радиационной обстановки есть ряд недостатков:However, this method of monitoring the radiation situation has a number of disadvantages:

- Большая стоимость вывода ИСЗ на высокоапогейную орбиту. Возможен запуск такого ИСЗ в качестве попутной нагрузки при выведении основной нагрузки на геопереходную орбиту, но для высокоширотных космодромов потребуется коррекция плоскости орбиты.- The high cost of launching a satellite into a high apogee orbit. It is possible to launch such a satellite as a passing load when the main load is put into geo-transitional orbit, but for high-latitude cosmodromes, correction of the orbit plane will be required.

- Большой период обращения. Для КА «VanAllenprobes» период орбиты равен 9 часам. Учитывая наличие 2 КА на одинаковой орбите в противоположных фазах, период «сканирования» радиационных поясов равен ≈4.5 часам.- A large period of circulation. For the VanAllenprobes spacecraft, the orbit period is 9 hours. Given the presence of 2 spacecraft in the same orbit in opposite phases, the period of “scanning” of radiation belts is ≈4.5 hours.

При этом главным недостатком является необходимость чрезвычайно точных питч-угловых измерений, в частности, для того чтобы точно рассчитывать потоки частиц внешнего пояса на низких высотах (и в то же время достаточная статистика регистрации частиц).The main drawback is the need for extremely accurate pitch-angle measurements, in particular, in order to accurately calculate the particle fluxes of the outer belt at low altitudes (and at the same time, sufficient statistics for particle registration).

Анализ проявлений транзиентных атмосферных явлений показывает актуальность разработки методов их космического мониторинга, наблюдающихся в верхней атмосфере Земли, которые могут представлять потенциальную угрозу для суборбитальных полетов летательных аппаратов. Для получения полной картины развития грозовых явлений (предварительные пробои в облаках, компактные внутриоблачные разряды, распространение лидера, обратный удар, отклик верхней атмосферы: эльфы, спрайты, джеты) необходимо проведение измерений в широком поле зрения с высоким временным разрешением и в мониторинговом режиме, т.е. непрерывно.An analysis of the manifestations of transient atmospheric phenomena shows the relevance of developing methods for their space monitoring observed in the upper atmosphere of the Earth, which can pose a potential threat to suborbital flights of aircraft. To obtain a complete picture of the development of thunderstorms (preliminary breakdowns in the clouds, compact intracloud discharges, leader propagation, back strike, response of the upper atmosphere: elves, sprites, jets), it is necessary to conduct measurements in a wide field of view with a high temporal resolution and in a monitoring mode, t .e. continuously.

Важно отметить, что для всестороннего исследования и мониторинга энергичных атмосферных процессов, он должен проводиться комплексом аппаратуры, регистрирующей электромагнитное излучение в разных диапазонах длин волн: УФ, видимом, ИК, рентгеновском и гамма.It is important to note that for a comprehensive study and monitoring of vigorous atmospheric processes, it should be carried out by a complex of equipment that registers electromagnetic radiation in different wavelength ranges: UV, visible, IR, x-ray and gamma.

Всплески гамма излучения из атмосферы Земли и сопровождающие их потоки релятивистских электронов в околоземном пространстве могут представлять потенциальную опасность, как природный фактор поражающего действия на технические (главным образом электронные) системы и человека на высотах выше облачного покрова, т.е. в несколько км. Гамма всплески астрофизического происхождения как космологические, так и связанные с процессами в нейтронных звездах, очень разнообразны по своим феноменологическим характеристикам. Их природа до конца не понята и требует дальнейшего изучения. Некоторые астрофизические гамма всплески могут иметь очень высокую интенсивность и оказывать значимое воздействие на состояние верхней атмосферы и ионосферы Земли. В этом плане они могут рассматриваться, как потенциально опасные явления и поэтому необходимы мониторные наблюдения этих явлений.Bursts of gamma radiation from the Earth’s atmosphere and the accompanying streams of relativistic electrons in near-Earth space can pose a potential danger as a natural factor of the damaging effect on technical (mainly electronic) systems and people at altitudes above the cloud cover, i.e. a few km. Gamma-ray bursts of astrophysical origin, both cosmological and related to processes in neutron stars, are very diverse in their phenomenological characteristics. Their nature is not fully understood and requires further study. Some astrophysical gamma-ray bursts can have a very high intensity and have a significant effect on the state of the upper atmosphere and ionosphere of the Earth. In this regard, they can be considered as potentially dangerous phenomena and therefore monitor observations of these phenomena are necessary.

Таким образом, из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что основными природными и техногенными факторами риска, ограничивающими или представляющими опасность для осуществления космических автоматических и пилотируемых космических миссий в околоземном пространстве, является космическая радиация. В верхних слоях атмосферы для суборбитальных полетов летальных аппаратов факторами риска являются такие природные транзиентные электромагнитные явления, связанные со значительным высвобождением энергии.Thus, from the foregoing, it can be concluded that the main natural and man-made risk factors that limit or pose a threat to space automatic and manned space missions in near-Earth space are cosmic radiation. In the upper atmosphere for suborbital flights of flying vehicles, risk factors are such natural transient electromagnetic phenomena associated with a significant release of energy.

Определение текущих радиационных нагрузок в реальном времени представляется не только целесообразным, но и необходимым, т.к. в условиях быстропеременных потоков ионизирующей радиации в околоземном космическом пространстве, своевременная выработка алертных сигналов радиационной опасности для конкретных КА может позволить снизить радиационный риск путем, например, перевода бортовых систем КА в «спящий режим». Для большинства типов временных вариаций потоков частиц радиационных поясов Земли времена от минут до часов - являются характерными для периодов усиленной магнитной активности (магнитных бурь). Примерно такие времена характерны для быстрых фронтов потоков солнечных энергичных частиц, достигающих окрестностей Земли. Именно в этом диапазоне и должно находиться оптимальное время выработки алертных сигналов для предотвращения или снижения нежелательных эффектов от нештатных ситуаций на КА.The determination of current radiation loads in real time is not only expedient, but also necessary, because in conditions of rapidly varying flows of ionizing radiation in near-Earth space, the timely generation of alert signals of radiation hazard for specific spacecraft can reduce the radiation risk by, for example, transferring the spacecraft onboard systems to “sleep mode”. For most types of temporary variations in the fluxes of particles of the Earth’s radiation belts, times from minutes to hours are characteristic of periods of increased magnetic activity (magnetic storms). Approximately such times are characteristic of fast fronts of the fluxes of solar energetic particles reaching the vicinity of the Earth. It is in this range that the optimal time for generating alert signals should be located to prevent or reduce undesirable effects from emergency situations on the spacecraft.

Реализация системы крупномасштабной системы мониторинга на нескольких КА электромагнитных транзиентов в верхней атмосфере позволит выявить локальные области наиболее интенсивной их генерации на шкале времени более короткой, чем это позволяет их мониторинг на отдельном КА и, тем самым, повысить достоверность их прогноза при планировании суборбитальных полетов.Implementation of a large-scale monitoring system for several spacecraft of electromagnetic transients in the upper atmosphere will allow us to identify local areas of their most intense generation on a shorter time scale than can be monitored on a separate spacecraft and, thereby, increase the reliability of their forecast when planning suborbital flights.

Приборы, предназначенные для регистрации электромагнитных транзиентов в гамма-диапазоне могут одновременно быть использованы и для мониторинга радиоактивного «космического мусора» - остатков КА с ядерными установками или радиоактивными источниками на их борту. Поэтому эта задача также де-факто присутствует в программе мониторинга потенциально опасных объектов.Devices designed to register electromagnetic transients in the gamma range can simultaneously be used to monitor radioactive "space debris" - the remnants of spacecraft with nuclear facilities or radioactive sources on board. Therefore, this task is also de facto present in the monitoring program for potentially dangerous objects.

Известны несколько технических решений по созданию систем мониторинга от космических угроз.Several technical solutions are known for the creation of space threat monitoring systems.

Близкое техническое решение по составу и назначению системы многоспутникового мониторинга описано в патенте RU 2576643 «Спутниковая система со сверхвысокой солнечно-синхронной орбитой». В патенте на изобретение RU 2535375 «Способ наблюдения поверхности планеты из космоса и космическая спутниковая система для осуществления этого способа», предложен способ построения группировок космических аппаратов для мониторинга поверхности Земли. Орбиты аппаратов предполагается выбирать круговыми с различными высотами для аппаратов с различным наклонением. При описанном построении обеспечивается сохранение структуры спутниковой системы. Известен описанный в патенте на изобретение RU 2576643 способ создания спутниковой группировки для целей мониторинга на сверхвысокой солнечно-синхронной орбите. Отличие данной системы в том, что обеспечивается возможность охлаждать телескопы, требующие криогенных температур, с меньшими затратами. Близок к описываемой спутниковой системе решение по патенту RU 2360848 «Многоцелевая спутниковая система». Данное изобретение описывает космические аппараты, выведенные на орбиты на различных высотах и выполняющие различные задачи, включая метеорологические и радиолокационные наблюдения. Система аппаратов включает высокоэллиптические и низковысотные спутники. Особенностью системы является повышение надежности и лучшее обслуживание в арктических и субарктических регионах.A close technical solution for the composition and purpose of the multi-satellite monitoring system is described in patent RU 2576643 “Satellite system with ultra-high solar-synchronous orbit”. In patent RU 2535375, “A method for observing a planetary surface from outer space and a space satellite system for implementing this method,” a method for constructing spacecraft constellations for monitoring the Earth’s surface is proposed. The orbits of the devices are supposed to be selected circular with different heights for devices with different inclination. With the described construction, the structure of the satellite system is maintained. A known method described in the patent RU 2576643 for creating a satellite constellation for monitoring purposes in ultra-high solar-synchronous orbit is known. The difference of this system is that it provides the ability to cool telescopes that require cryogenic temperatures, with lower costs. Close to the described satellite system, the solution according to patent RU 2360848 "Multipurpose satellite system". This invention describes spacecraft launched into orbits at various altitudes and performing various tasks, including meteorological and radar observations. The apparatus system includes high elliptical and low altitude satellites. A feature of the system is increased reliability and better service in the Arctic and subarctic regions.

Также известны технические решения по патентам US 9647749 «Satellite constellation», US 6868316 «Satellite constellation system» и US 6009306 «Hub communications satellite and system», которые содержат описание группировок космических аппаратов. В цели таких группировок входит мониторинг атмосферы Земли из космоса, однако основная задача таких систем - телекоммуникация и вещание данных.Also known technical solutions for patents US 9647749 "Satellite constellation", US 6868316 "Satellite constellation system" and US 6009306 "Hub communications satellite and system", which contain a description of the groupings of spacecraft. The purpose of such groups is to monitor the Earth’s atmosphere from space, but the main task of such systems is telecommunications and data broadcasting.

В патенте US8511614 «Satellite system providing optimal space situational awareness» описан способ мониторинга объектов в околоземном пространстве на фоне поверхности Земли, на фоне солнечных бликов от поверхности Земли и на фоне звездного неба с применением группировки специализированных спутников. В частности, предлагается размещать хотя бы один такой спутник на орбите высотой ~400 км, а второй - на орбите высотой ~1400-1600 км, а мониторинг осуществлять с помощью детектора электромагнитного излучения на длине волны 200-300 нм. Дополнительно могут использоваться детекторы излучения в инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом (УФ) спектральных диапазонах.US8511614, "Satellite system providing optimal space situational awareness", describes a method for monitoring objects in near-Earth space against the background of the Earth’s surface, against the background of sun glare from the Earth’s surface and against the background of the starry sky using a group of specialized satellites. In particular, it is proposed to place at least one such satellite in an orbit ~ 400 km high, and the second - in an orbit ~ 1400-1600 km high, and monitor using an electromagnetic radiation detector at a wavelength of 200-300 nm. Additionally, radiation detectors in the infrared (IR) and ultraviolet (UV) spectral ranges can be used.

Известна международная аэрокосмическая система глобального мониторинга (МАКСМ) по патенту RU 2465729. Система описана как решающая проблему мониторинга глобальных геофизических явлений и прогнозирования природных и техногенных катастроф. Система построена на базе малых и микроспутников и включает в себя также авиационный и наземный уровни.Known international aerospace global monitoring system (MAKSM) according to patent RU 2465729. The system is described as solving the problem of monitoring global geophysical phenomena and predicting natural and man-made disasters. The system is built on the basis of small and microsatellites and also includes aviation and ground levels.

Известна заявка на получение патента US 2014/0027576, в которой путем размещения нескольких космических аппаратов на одной орбите можно уменьшить временный сдвиг экваториального пересечения, как описано в фоновом режиме, на произвольный уровень. Например, с 90 космическими аппаратами на 90-минутных орбитах Земля будет поворачиваться на восток на 1 минуту между спутниковыми переходами. Если поле зрения приборов на борту космического корабля равно по ширине расстоянию, на которое Земля поворачивается за это время (27,8 км на экваторе, в случае 1-минутного разделения), то приборы в совокупности будут иметь возможность изображения всей Земли, с увеличением перекрытия к полюсам из-за сферической природы Земли. В случае системы формирования изображения Земли оптический прибор мог либо брать отдельные кадры изображения с соответствующим интервалом, либо непрерывным видео. В результате получается полная запись полосы широты всей созвездием в одном данном случае или регистрации синусоидальной наземной дорожки одним космическим аппаратом, который возвращается на одну и ту же широту каждые 90 минут, и в то же местоположение на Земле каждый день.A patent application is known for US 2014/0027576, in which by placing several spacecraft in one orbit, you can reduce the time shift of the equatorial intersection, as described in the background, to an arbitrary level. For example, with 90 spacecraft in 90-minute orbits, the Earth will turn east for 1 minute between satellite transitions. If the field of view of the instruments on board the spacecraft is equal in width to the distance by which the Earth rotates during this time (27.8 km at the equator, in the case of a 1-minute separation), then the instruments together will be able to image the entire Earth, with an increase in overlap to the poles due to the spherical nature of the Earth. In the case of the Earth imaging system, the optical device could either take individual image frames with the appropriate interval or continuous video. The result is a complete recording of the latitude band by the entire constellation in one given case or registration of a sinusoidal ground track with one spacecraft, which returns to the same latitude every 90 minutes, and at the same location on Earth every day.

Следует отметить, что в настоящее время наиболее активно развивается подход к формированию мультиспутниковых группировок, аппаратно основанных на стандартном конструктиве CubeSat. По данным NORAD на начало 2017 года зарегистрировано более 250 орбитальных объектов с характеристиками, соответствующими этому конструктиву. При этом абсолютное большинство этих спутников находятся на круговых орбитах с малой степенью эллиптичности и являются узкоспециализированными [Power Budgets for CubeSat Radios to Support Ground Communications and Inter-Satellite Links / O. Popescu // IEEE Access, 2017, DOI 10.1109/ACCESS.2017.2721948]. Использование конструктива CubeSat способствует развитию многоспутниковых миссий. Однако существенным недостатком этого стандарта является ограниченные возможности, прежде всего, энергетические по установке и применению на них коммуникационного оборудования, необходимого как для передачи собранных установленными на них научными приборами данных измерений, так и сопутствующей служебной информации, в том числе и обмен сигналами синхронизации и т.п. Именно по этой причине вариантов построения мультиспутниковой группировки всего три: линейная группа спутников, кластер спутников и группа спутников типа «созвездие» [Survey of Inter-satellite Communication for Small Satellite Systems: Physical Layer to Network Layer View / R. Radhakrishnan, W. W. Edmonson, F. Afghah, R. M. Rodriguez-Osorio, F. Pinto, and S. C. Burleigh// IEEE Communications Surveys & Tutorials - 2016- vol. 18, no 4 - p. 2442- 2473].It should be noted that at present, the approach to the formation of multisatellite groups based on the standard CubeSat construct is most actively developing. According to NORAD at the beginning of 2017, more than 250 orbital objects with characteristics corresponding to this construct were registered. Moreover, the vast majority of these satellites are in circular orbits with a low degree of ellipticity and are highly specialized [Power Budgets for CubeSat Radios to Support Ground Communications and Inter-Satellite Links / O. Popescu // IEEE Access, 2017, DOI 10.1109 / ACCESS.2017.2721948] . Using the CubeSat construct promotes the development of multi-satellite missions. However, a significant drawback of this standard is the limited ability, first of all, of energy for the installation and use of communication equipment on them, which is necessary both for transmitting the measurement data collected by the scientific devices installed on them and related auxiliary information, including the exchange of synchronization signals, etc. .P. For this reason, there are only three options for building a multi-satellite constellation: a linear satellite group, a satellite cluster and a constellation satellite group [Survey of Inter-satellite Communication for Small Satellite Systems: Physical Layer to Network Layer View / R. Radhakrishnan, WW Edmonson, F. Afghah, RM Rodriguez-Osorio, F. Pinto, and SC Burleigh // IEEE Communications Surveys & Tutorials - 2016-vol. 18, no 4 - p. 2442-2473].

Наиболее близким к заявляемому является способ мониторинга потенциально опасных явлений на околоземной орбите с использованием нескольких малых космических аппаратов (КА), описанный в статье Панасюк М.И., Подзолко М.В., Ковтюх А.С. и др. «Оперативный радиационный мониторинг в околоземном космическом пространстве на базе многоярусной группировки малых космических аппаратов», Космические Исследования, 2015, т. 53, №6, стр. 461-468 (прототип), в которой представлен вариант системы глобального радиационного мониторинга в околоземном космическом пространстве на базе многоярусной группировки малых космических аппаратов. Рассматриваемая группировка спутников с идентичной радиационной аппаратурой обеспечит оперативную информацию о потоках электронов и протонов радиационных поясов Земли и солнечных космических лучей, что позволит воспроизвести трехмерные картины распределения потоков частиц в реальном времени. Согласно этому способу мониторинг радиационной обстановки осуществляется с использованием спутниковой группировки, который включает 3 аппарата с одинаковым приборным оснащением, располагаемых на круговых орбитах с высотами 650, 1700 и 8000 км и наклонениями 80°, 77° и 60°, соответственно, либо один КА, располагаемый на высокой эллиптической орбите, имеющей высоты перигея и апогея 700 и 8000 км, аргумент перигея 310°, наклонение 63.435°.Closest to the claimed is a method of monitoring potentially dangerous phenomena in near-Earth orbit using several small spacecraft (SC), described in the article Panasyuk MI, Podzolko MV, Kovtyukh A.S. et al. “Operational radiation monitoring in near-Earth space based on the multi-tiered grouping of small spacecraft”, Space Research, 2015, v. 53, No. 6, pp. 461-468 (prototype), which presents a variant of the global radiation monitoring system in near-Earth space based on a multi-tiered grouping of small spacecraft. The considered constellation of satellites with identical radiation equipment will provide operational information about the fluxes of electrons and protons of the Earth’s radiation belts and solar cosmic rays, which will allow reproducing three-dimensional pictures of the distribution of particle fluxes in real time. According to this method, the radiation situation is monitored using a satellite constellation, which includes 3 devices with the same instrumentation, located in circular orbits with altitudes of 650, 1700 and 8000 km and inclinations of 80 °, 77 ° and 60 °, respectively, or one spacecraft, located in a high elliptical orbit having perigee and apogee heights of 700 and 8000 km, the perigee argument is 310 °, the inclination is 63.435 °.

Принципиальный недостаток способа мониторинга потенциально опасных явлений на околоземной орбите по этому способу заключается в том, что в варианте с использованием только одного КА на высокой эллиптической орбите не обеспечит высокую степень обновляемости результатов мониторинга радиационной обстановки по причине большей длительности периода его обращения по сравнению с низкоорбитальными спутниками, что важно, поскольку большая часть КА, включая пилотируемые миссии, осуществляется на высотах не выше 500 км. А в варианте с тремя спутниками с высокой круговой орбитой третьего КА, помимо этого, скорость пересечения им L-оболочек с высоким значением L будет до трех раза выше, чем для спутника на высокой эллиптической орбите с апогеем на тех же высотах, что значительно снижает точность мониторинга радиационной обстановки. Данные способы не позволяют производить оценку радиационного мониторинга с целью оперативного выявления космических угроз в режиме реального времени во всей области околоземного пространства, заполненного РПЗ.The principal disadvantage of the method for monitoring potentially dangerous phenomena in near-Earth orbit by this method is that, in the embodiment using only one spacecraft in a high elliptical orbit, it will not provide a high degree of updating the results of monitoring the radiation situation due to the longer duration of its orbit compared with low-orbit satellites , which is important, since most of the spacecraft, including manned missions, are carried out at altitudes not higher than 500 km. And in the version with three satellites with a high circular orbit of the third spacecraft, in addition, the speed of their intersection of L-shells with a high L value will be up to three times higher than for a satellite in a high elliptical orbit with apogee at the same altitudes, which significantly reduces the accuracy monitoring the radiation situation. These methods do not allow the assessment of radiation monitoring to quickly identify space threats in real time in the entire area of near-Earth space filled with RPGs.

Раскрытие изобретенияDisclosure of Invention

Технической проблемой, решаемой посредством заявляемого изобретения, является создание способа, лишенного недостатков, присущих перечисленным выше аналогам.The technical problem solved by the claimed invention is the creation of a method devoid of the disadvantages inherent in the above analogues.

Техническим результатом является создание орбитальной группировки ИСЗ и/или КА, оснащенных комплексом научной аппаратуры, обеспечивающей возможность оперативного (в режиме, близком к «реальному времени») мониторинга ионизирующей радиации (потоков энергичных заряженных частиц) в значительной области околоземного пространства, выявления электромагнитных транзиентных явлений, с выявлением различных космических угроз, в том числе, определение уровней радиационных нагрузок, создаваемых ионизирующей радиацией - частицами радиационных поясов Земли и солнечных энергичных частицами, вторгающимися внутрь магнитосферы не только в районе орбит самих ИСЗ или КА, но и во всей области захваченной радиации, вплоть до геостационарных орбит КА.The technical result is the creation of an orbital constellation of satellites and / or spacecraft equipped with a complex of scientific equipment that provides the ability to quickly (in a mode close to "real time") monitor ionizing radiation (fluxes of energetic charged particles) in a significant region of the near-Earth space, detect electromagnetic transient phenomena , with the identification of various space threats, including the determination of the levels of radiation loads created by ionizing radiation - particles of radiation Earth’s oases and energetic solar particles invading the magnetosphere not only in the orbits of the satellites or the spacecraft themselves, but also in the entire region of captured radiation, up to the geostationary orbits of the spacecraft.

Заявляемый способ позволяет оперативно в режиме, близком к реальному времени, определять радиационный риск и своевременно предупреждать о значительных временных вариациях потоков частиц, оценивать радиационную обстановку во всей области околоземного пространства, заполненного РПЗ, т.е. проводить измерения всенаправленных потоков частиц в разных точках L-оболочки на разных высотах с заданной дискретностью по времени. Заявленный способ мониторинга радиационной обстановки также предусматривает измерение в каждой точке величины и направления магнитного поля Земли В.The inventive method allows you to quickly in a mode close to real time, to determine the radiation risk and to warn in a timely manner of significant temporal variations in particle fluxes, to assess the radiation situation in the entire region of the near-Earth space filled with RPG, i.e. carry out measurements of omnidirectional particle fluxes at different points of the L-shell at different heights with a given discreteness in time. The claimed method for monitoring the radiation situation also involves measuring at each point the magnitude and direction of the Earth’s magnetic field B.

Для реализации изобретения могут быть использованы малые спутники, для уменьшения стоимости самих ИСЗ и их вывода на орбиты. При этом может быть использована космическая группировка, т.е. совместное использование измерений нескольких ИСЗ, одновременно находящихся на орбитах, и наземных измерений и обработки данных; для мониторинга радиации - наземная обработка данных и построение картины текущего пространственного распределения потоков энергичных частиц в значительной области околоземного пространства.To implement the invention, small satellites can be used to reduce the cost of the satellites themselves and put them into orbits. In this case, a space grouping can be used, i.e. sharing measurements of several satellites simultaneously in orbits and ground-based measurements and data processing; for radiation monitoring - ground-based data processing and building a picture of the current spatial distribution of fluxes of energetic particles in a significant region of near-Earth space.

Указанный технический результат достигается за счет формирования определенной орбитальной группировки космических аппаратов, наиболее обеспечивающей непрерывный мониторинг потенциально опасных угроз в различных точках околоземного пространства (радиационной обстановки, а также электромагнитных транзиентов - космических и атмосферных гамма-всплесков, вспышек оптического и ультрафиолетового излучения из атмосферы Земли) с непрерывным документированием результатов измерений и, по возможности, с минимальными интервалами их передачи на наземные средства приема данных со спутников.The specified technical result is achieved due to the formation of a certain orbital constellation of spacecraft that provides the most continuous monitoring of potentially dangerous threats at various points in the near-Earth space (radiation conditions, as well as electromagnetic transients - cosmic and atmospheric gamma-ray bursts, bursts of optical and ultraviolet radiation from the Earth’s atmosphere) with continuous documentation of measurement results and, if possible, with minimum transmission intervals and terrestrial satellite data receivers.

Согласно изобретению способ формирования группировки искусственных спутников земли (ИСЗ) для мониторинга потенциально опасных угроз в околоземном космическом пространстве, оснащенных спектрометрической аппаратурой, включает размещение, по меньшей мере, трех ИСЗ на разных орбитах, пересекающих L-оболочки радиационных поясов Земли в разных точках на разных высотах, при этом используют, по меньшей мере, две круговые орбиты - низкую солнечно-синхронную орбиту высотой 500-650 км и наклонением 97-98°, и орбиту, близкую к круговой с высотой 1400-1500 км и наклонением ~80°; и по меньшей мере, одну эллиптическую орбиту с апогеем 8000 км, перигеем 600-700 км и наклонением ~63.4°; при этом орбиты подобраны таким образом, чтобы уход аргумента перигея орбиты был менее 3-4 град./год.According to the invention, a method of forming a constellation of artificial Earth satellites (AES) for monitoring potentially dangerous threats in near-Earth space equipped with spectrometric equipment includes placing at least three AES in different orbits crossing the L-shells of the Earth’s radiation belts at different points at different at the same time, at least two circular orbits are used - a low solar-synchronous orbit with a height of 500-650 km and an inclination of 97-98 °, and an orbit close to a circular one with a height of 1400-1500 km an inclination of about 80 °; and at least one elliptical orbit with an apogee of 8000 km, a perigee of 600-700 km and an inclination of ~ 63.4 °; at the same time, the orbits are selected so that the departure of the perigee argument of the orbit is less than 3-4 deg./year.

При размещении более, чем одного ИСЗ на одной орбите, формируют орбитальное построение с по возможности равномерным распределением ИСЗ по орбите.When placing more than one satellite in one orbit, an orbital structure is formed with a uniform distribution of the satellite in orbit as possible.

В качестве спектрометрической аппаратуры для мониторинга радиационной обстановки используют спектрометры частиц и излучений, включая спектрометр энергичных протонов и электронов, содержащий несколько полупроводниковых телескопов с разной пространственной ориентацией их осей: оси всех телескопов, кроме одного, в режиме измерений ориентируют в плоскости магнитного меридиана, а одного телескопа - перпендикулярно этой плоскости.Particle and radiation spectrometers, including a spectrometer of energetic protons and electrons, containing several semiconductor telescopes with different spatial orientations of their axes are used as spectrometric equipment for monitoring the radiation situation: the axes of all telescopes, except one, are oriented in the plane of the magnetic meridian, and one telescope - perpendicular to this plane.

Спектрометрическую аппаратуру для мониторинга радиационной обстановки устанавливают на все ИСЗ спутниковой группировки, при этом на ИСЗ, установленные на круговые орбиты дополнительно размещают аппаратуру для мониторинга электромагнитных транзиентов - космических и атмосферных гамма-всплесков и вспышек оптического и ультрафиолетового излучения из атмосферы Земли.Spectrometric equipment for monitoring the radiation situation is installed on all satellites of the satellite constellation, while the satellites installed in circular orbits additionally place equipment for monitoring electromagnetic transients - cosmic and atmospheric gamma-ray bursts and bursts of optical and ultraviolet radiation from the Earth's atmosphere.

Спектрометрическая аппаратура для мониторинга радиационной обстановки включает спектрометр протонов в диапазоне энергий от 1 до >160 МэВ и электронов в диапазоне энергий от 0,15 до 10 МэВ.Spectrometric equipment for monitoring the radiation environment includes a proton spectrometer in the energy range from 1 to> 160 MeV and electrons in the energy range from 0.15 to 10 MeV.

Спектрометрическая аппаратура для мониторинга радиационной обстановки включает 3-компонентный магнитометр, с возможностью измерения вариации магнитного поля на частотах до 100 Гц.Spectrometric equipment for monitoring the radiation situation includes a 3-component magnetometer, with the ability to measure magnetic field variations at frequencies up to 100 Hz.

В качестве спектрометрической аппаратуры для мониторинга электромагнитных транзиентов используют три широконаправленных сцинтилляционных фосвич-детектора гамма-излучения в диапазоне 10-3000 кэВ, оси которых расположены во взаимно перпендикулярных направлениях, и трековый гамма-спектрометр с диапазоном регистрируемых энергий не хуже 50-5000 кэВ, угловым разрешением не менее ~6°, полем зрения не менее ±25° градусов. Главная ось блока детекторов и трекового гамма-спектрометра ориентирована в надир.As spectrometric equipment for monitoring electromagnetic transients, three wide-directional scintillation foswich gamma-ray scintillation detectors in the range of 10-3000 keV, the axes of which are located in mutually perpendicular directions, and a track gamma-ray spectrometer with a recorded energy range of no worse than 50-5000 keV, angular resolution of at least ~ 6 °, field of view of at least ± 25 ° degrees. The main axis of the detector block and track gamma spectrometer is oriented to nadir.

В качестве спектрометрической аппаратуры для мониторинга электромагнитных транзиентов используют пространственно-чувствительный спектрометр с детекторами УФ и ИК излучения, направленный в надир.As a spectrometric equipment for monitoring electromagnetic transients, a spatially sensitive spectrometer with UV and IR radiation detectors directed to a nadir is used.

Технический результат также достигается в способе мониторинга потенциально опасных угроз в околоземном космическом пространстве, включающем формирование группировки искусственных спутников земли (ИСЗ) по п. 1, с обеспечением скважности передачи информации на Землю предпочтительно не менее 0,5-4 часов в зависимости от орбиты, передачу и обработку измеренных данных в наземном центре обработки. Спектрометрическую аппаратуру, размещенную на различных ИСЗ синхронизируют с привязкой к единому мировому времени с точностью не менее 3-5 мкс.The technical result is also achieved in a method for monitoring potentially dangerous threats in near-Earth space, including the formation of a constellation of artificial earth satellites (AES) according to claim 1, with a duty cycle of transmitting information to Earth, preferably at least 0.5-4 hours, depending on the orbit, transmission and processing of measured data in the ground processing center. Spectrometric equipment located on various satellites is synchronized with reference to the unified world time with an accuracy of at least 3-5 μs.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Группа изобретений поясняется чертежами.The group of inventions is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 представлен схематический вид L-оболочек L=2, 3 и 4 в плоскости магнитного меридиана и движения захваченных частиц.In FIG. 1 shows a schematic view of the L-shells L = 2, 3, and 4 in the plane of the magnetic meridian and the motion of the captured particles.

На Фиг. 2 показаны зависимости величины индукции магнитного поля Земли В при пересечении магнитных оболочек L=4 (сплошные линии) и L=6 (пунктирные) круговыми орбитами с высотой 8000 км и наклонениями 60° (тонкие линии) и 45° (жирные линии) на разных долготах в северном (верхний график) и южном (нижний график) полушариях.In FIG. Figure 2 shows the dependences of the magnitude of the magnetic field induction of the Earth B at the intersection of the magnetic shells L = 4 (solid lines) and L = 6 (dashed) in circular orbits with a height of 8000 km and inclinations of 60 ° (thin lines) and 45 ° (thick lines) at different longitudes in the northern (upper graph) and southern (lower graph) hemispheres.

На Фиг. 3 показана проекция эллиптической орбиты с высотами перигея и апогея ≈600-700 и 8000 км, наклонением 63.4° и аргументом перигея ≈310° на плоскость магнитного меридиана. Показаны L-оболочки L=1.6, 2, 3, 4, 5, 6, 7.In FIG. Figure 3 shows the projection of an elliptical orbit with altitudes of perigee and apogee ≈600-700 and 8000 km, an inclination of 63.4 ° and an argument of perigee ≈310 ° on the plane of the magnetic meridian. Shown are the L-shells L = 1.6, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

На Фиг. 4 показаны максимальные (гладкие кривые) и средние (пунктирные) значения шага по L при шаге по времени 5 секунд для орбит, сверху вниз: 1) круговой орбиты h=650 км, i=80°; 2) круговой h=1700 км, i=77°; 3) эллиптической hп=700 км, ha=8000 км, i=63.4°, ω=310° (на низких высотах В>0.1 Гс).In FIG. Figure 4 shows the maximum (smooth curves) and average (dotted) values of the step in L at a time step of 5 seconds for orbits, from top to bottom: 1) circular orbit h = 650 km, i = 80 °; 2) circular h = 1700 km, i = 77 °; 3) elliptical h n = 700 km, h a = 8000 km, i = 63.4 °, ω = 310 ° (at low altitudes B> 0.1 G).

На фиг. 5 представлено схематичное изображение взаимного расположения орбит группировки малых спутниковIn FIG. 5 is a schematic representation of the relative position of the orbits of the constellation of small satellites.

На Фиг. 6 показаны варианты ориентации телескопов:In FIG. 6 shows the orientation options of the telescopes:

на Фиг 6а оси 3 телескопов ориентированы по осям прямоугольной декартовой системы координат, ось 4-го - вдоль главной диагонали куба, построенного на осях первых трех. Угол апертуры телескопов равен 60°.in Fig. 6a, the axes 3 of the telescopes are oriented along the axes of a rectangular Cartesian coordinate system, the axis of the 4th — along the main diagonal of the cube, built on the axes of the first three. The telescope aperture angle is 60 °.

на Фиг. 6б ось основного телескопа перпендикулярна плоскости магнитного меридиана; оси нескольких дополнительных детекторов лежат в плоскости магнитного меридиана. Угол апертуры телескопов равен 35-45°.in FIG. 6b, the axis of the main telescope is perpendicular to the plane of the magnetic meridian; the axes of several additional detectors lie in the plane of the magnetic meridian. The aperture angle of the telescopes is 35-45 °.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Осознание важности проблемы мониторинга опасных факторов в околоземном космическом пространстве («космических угроз») и необходимости системного решения по созданию системы предупреждения об их потенциальной опасности для космических аппаратов (КА) явилось исходной предпосылкой для выбора и обоснования технического решения, представленного настоящим изобретением.Awareness of the importance of the problem of monitoring hazardous factors in near-Earth space (“space threats”) and the need for a systematic solution to create a warning system about their potential danger to spacecraft (SC) was the initial prerequisite for the selection and justification of the technical solution presented by the present invention.

Предлагаемый способ мониторинга в околоземном космическом пространстве позволяет построить космическую систему мониторинга и предотвращения космических угроз как для осуществляемых, так и для планируемых космических миссий, включая высотные атмосферные летательные аппараты.The proposed monitoring method in near-Earth space allows you to build a space system for monitoring and preventing space threats for both ongoing and planned space missions, including high-altitude atmospheric aircraft.

Основная задача, решаемая настоящим изобретением, осуществлять оперативный (в режиме, близком к «реальному времени») мониторинг потоков заряженных частиц в околоземном пространстве на сравнительно низких высотах с точностью и в объеме, достаточном, чтобы позволить проведение затем по известным эмпирическим моделям реконструкции 3-мерной картины текущего распределения потоков энергичных протонов и электронов в значительной области радиационных поясов Земли и на ее основе - текущие радиационные условия для большого диапазона орбит ИСЗ.The main task solved by the present invention is to carry out on-line (in a mode close to “real time”) monitoring of charged particle fluxes in near-Earth space at relatively low altitudes with an accuracy and volume sufficient to enable 3- reconstruction of the known empirical models a dimensional picture of the current distribution of fluxes of energetic protons and electrons in a significant area of the Earth’s radiation belts and based on it - current radiation conditions for a large range of satellites orbits .

Для охвата большого диапазона L-оболочек также можно использовать эллиптическую орбиту со значительно меньшей высотой апогея, например, ≈8000 км, но более высоким наклонением. Такая орбита имеет меньший период и требует меньших энергетических затрат для выведения ИСЗ. Мониторинг радиационной обстановки, осуществляемый измерениями в этом случае, позволит получать данные измерений, на основе которых возможно проводить пересчет потоков на

Figure 00000001
высоты для внешнего радиационного пояса экстраполяцией высотного хода по степенному закону.To cover a large range of L-shells, an elliptical orbit with a significantly lower apogee height, for example, ≈8000 km, but with a higher inclination, can also be used. Such an orbit has a shorter period and requires lower energy costs for launching a satellite. Monitoring of the radiation situation carried out by measurements in this case will make it possible to obtain measurement data, on the basis of which it is possible to recalculate the fluxes to
Figure 00000001
heights for the external radiation belt by extrapolating the altitude course according to a power law.

Способ позволяет проводить измерения всенаправленных потоков частиц в разных точках L-оболочки на разных высотах с заданной дискретностью по времени. Заявленный способ мониторинга радиационной обстановки включает также измерение в каждой точке величины и направления магнитного поля Земли В, для чего применяют 3-компонентный магнитометр.The method allows the measurement of omnidirectional particle fluxes at different points of the L-shell at different heights with a given discreteness in time. The claimed method for monitoring the radiation situation also includes measuring at each point the magnitude and direction of the Earth’s magnetic field B, for which a 3-component magnetometer is used.

Получаемые в результате такого мониторинга результаты измерений затем передаются по стандартным каналам связи на наземные принимающие станции и затем на программно-аппаратные средства для последующего расчета высотного хода потоков для всей L-оболочки путем интерполяции и экстраполяции данных измерений с использованием любых известных теоретических и эмпирических закономерностей.The results of such monitoring resulting from such monitoring are then transmitted via standard communication channels to ground receiving stations and then to software and hardware for subsequent calculation of the flow altitude for the entire L-shell by interpolating and extrapolating the measurement data using any known theoretical and empirical laws.

Задача оперативного мониторинга радиационной обстановки предусматривает использование ограниченного числа ИСЗ и высокое, насколько это достижимо,

Figure 00000002
разрешение проводимых измерений. При этих условиях проводимый мониторинг радиационной обстановки на основе измерений в достаточно ограниченном числе точек вдоль траекторий ИСЗ спутниковой группировки позволяет оптимальным образом решить поставленную техническую задачу повышения полноты результатов при их обновляемости в режиме, близком к режиму реального времени в масштабе характерных скоростей ее изменений.The task of operational monitoring of the radiation situation involves the use of a limited number of satellites and high, as far as possible,
Figure 00000002
resolution of measurements. Under these conditions, monitoring of the radiation situation based on measurements at a fairly limited number of points along the satellite satellite trajectories allows us to optimally solve the formulated technical problem of increasing the completeness of the results when they are updated in a mode close to real-time mode at the scale of its characteristic rates of change.

Получаемые в результате мониторинга радиационной обстановки результаты измерений потоков энергичных частиц могут затем использоваться для реконструкции 3-мерной картины пространственного распределения потоков частиц во всем диапазоне высот вплоть до высот устойчивого захвата заряженных частиц магнитным полем Земли, используя известные и перспективные модели аппроксимации высотного хода потоков частиц радиационных поясов.The results of measurements of the fluxes of energetic particles obtained as a result of monitoring the radiation environment can then be used to reconstruct a three-dimensional picture of the spatial distribution of particle fluxes over the entire range of heights up to the heights of stable capture of charged particles by the Earth’s magnetic field, using well-known and promising models for approximating the altitude course of radiation fluxes of particles belts.

Согласно способу по настоящему изобретению, высоты орбит космических аппаратов сформированы таким образом, что они пересекают L-оболочки в трех областях, где наблюдается разный характер высотного хода потоков: в области резкого «завала» высотного хода на низких высотах hmin(L, В)<1000 км; некоторой переходной области «колена»; области медленного, близкого к степенному изменения потоков частиц на

Figure 00000003
высотах вплоть до минимального значения B0 на геомагнитном экваторе. При этом пересечению орбиты и L-оболочки соответствует не единственное значение магнитной индукции В, а разные значения в некотором интервале на разных витках, из-за асимметрии магнитного поля относительно центра Земли. Указанное условие реализуется при использовании для мониторинга радиационной обстановки по меньшей мере трех ИСЗ на орбитах с высотами ~500-650 км, ~1400-1700 км и >7000-8000 км.According to the method of the present invention, the heights of the orbits of spacecraft are formed in such a way that they intersect the L-shells in three regions where there is a different nature of the altitudinal course of the flows: in the region of a sharp “blockage” of the altitude course at low altitudes h min (L, В) <1000 km; some transitional region of the "knee"; regions of a slow, close to power-law change in particle fluxes on
Figure 00000003
heights up to the minimum value of B 0 at the geomagnetic equator. In this case, the intersection of the orbit and the L-shell corresponds not to a single value of magnetic induction B, but to different values in a certain interval at different turns, due to the asymmetry of the magnetic field relative to the center of the Earth. The indicated condition is realized when at least three satellites are used for monitoring the radiation situation in orbits with altitudes of ~ 500-650 km, ~ 1400-1700 km, and> 7000-8000 km.

Целесообразность ограничения сверху высоты орбит h≤8000 км обусловлена, в том числе, работоспособностью системы пространственной ориентации ИСЗ и разумным пределом с точки зрения сложности и стоимости запуска, периода орбиты и др. Ограничение снизу h≥500 км выбрано, чтобы заведомо исключить влияние атмосферы на движение ИСЗ.The expediency of limiting from above the orbit height h≤8000 km is due, inter alia, to the operability of the satellite’s spatial orientation system and to a reasonable limit in terms of complexity and cost of launch, the orbit period, and others. The limitation from below h≥500 km is chosen to knowingly exclude the influence of the atmosphere on satellite motion.

Анализировались различные значения наклонения орбит. При меньшем наклонении временное разрешение измерений выше, но, в зависимости от витка, меньше охватываемый диапазон L-оболочек. Критерий подбора наклонения в данном случае был взят таким: КА должен при каждом пересечении внешнего пояса электронов проходить через его максимум L=4. В качестве примера, на Фиг. 2 показаны значения В при пересечении круговыми орбитами с высотой 8000 км и наклонениями 60 и 45° магнитных оболочек L=4 и 6 на разных долготах. Как видно из Фиг. 2, ИСЗ на орбите высотой 8000 км с наклонением 45° будет существенно хуже «видеть» внешний радиационный пояс по сравнению с ИСЗ на орбите с наклонением 60°. Также важно отметить, что для задачи радиационного мониторинга наклонения круговых орбит i и (180°-i) равнозначны. Как следствие, орбиты 1 и 2 с высотами ≈500-650 и 1400-1700 км можно выбрать с близким наклонениями, например, солнечно-синхронными или близкими к ним. Для третьего ИСЗ группировки спутников с орбитой до 8000 км предложено использование вместо круговой эллиптической орбиты с высотами перигея и апогея ≈700 и 8000 км, наклонением 63.435°, аргументом перигея 310° и периодом ≈3 часа. Такая орбита и ее проекция на плоскость магнитного меридиана на разных L-оболочках показана на Фиг. 3. Данная орбита для каждой L-оболочки пересекает все три указанные выше области, где наблюдается разный характер высотного хода потоков энергичных заряженных частиц. При этом на каждом витке КА будет пересекать L-оболочки в 2-4 разных точках. После пересечения ИСЗ на этой орбите заданной L-оболочки максимальное время до ее повторного пересечения на той же высоте равно периоду орбиты, т.е. 3 часам. Для круговых орбит это время составляет ≤1/2 периода орбиты, то есть для орбиты высотой 1700 км - ≤1 часа, для орбиты высотой 650 км - ≤50 минут (для внешнего пояса; внутренний пояс эта орбита будет пересекать только в области Южно-Атлантической аномалии, но потоки во внутреннем поясе более стабильны, чем во внешнем). При этом для низких круговых орбит возможны попутные запуски ИСЗ.Various values of the orbital inclination were analyzed. With less inclination, the temporal resolution of the measurements is higher, but, depending on the turn, the covered range of L-shells is smaller. In this case, the criterion for selecting the inclination was taken as follows: the spacecraft must pass through its maximum L = 4 at each intersection of the outer electron belt. As an example, in FIG. Figure 2 shows the values of B when they intersect in circular orbits with a height of 8000 km and inclinations 60 and 45 ° of the magnetic shells L = 4 and 6 at different longitudes. As can be seen from FIG. 2, the satellite in an orbit with an altitude of 8000 km with an inclination of 45 ° will be significantly worse than “seeing” the external radiation belt compared to the satellite in an orbit with an inclination of 60 °. It is also important to note that for the radiation monitoring problem, the inclination of the circular orbits i and (180 ° -i) are equivalent. As a result, orbits 1 and 2 with altitudes of ≈500-650 and 1400-1700 km can be chosen with close inclinations, for example, solar-synchronous or close to them. For the third satellite, a grouping of satellites with an orbit of up to 8000 km is proposed to use instead of a circular elliptical orbit with heights of perigee and apogee ≈700 and 8000 km, an inclination of 63.435 °, a perigee argument of 310 ° and a period of ≈3 hours. Such an orbit and its projection onto the plane of the magnetic meridian on different L-shells is shown in FIG. 3. This orbit for each L-shell intersects all three areas indicated above, where a different character of the altitudinal course of the flows of energetic charged particles is observed. In this case, on each orbit, the spacecraft will intersect the L-shells at 2-4 different points. After the satellite crosses in this orbit of a given L-shell, the maximum time until it crosses again at the same height is equal to the orbit period, i.e. 3 hours. For circular orbits, this time is ≤1 / 2 of the orbit period, that is, for an orbit 1700 km high - ≤1 hours, for an orbit 650 km high - ≤50 minutes (for the outer belt; the inner belt will intersect only in the South Atlantic anomalies, but the flows in the inner belt are more stable than in the outer). Moreover, for low circular orbits, satellite satellite launches are possible.

Наклонение орбиты высокоорбитального ИСЗ с высотой орбиты до 8000 км выбрано равным «критическому» значению 63.435°, при котором отсутствует уход аргумента перигея в силу влияния 2-й зональной гармоники гравитационного потенциала Земли. Скорость этого ухода в основном определяется 2-й зональной гармоникой гравитационного потенциала Земли, которая отвечает за «сплюснутость» Земли вдоль оси ее вращения, и описывается формулой:The orbital inclination of a high-orbit satellite with an orbit height of up to 8000 km is chosen equal to the “critical” value of 63.435 °, at which there is no departure of the perigee argument due to the influence of the 2nd zonal harmonic of the Earth’s gravitational potential. The speed of this departure is mainly determined by the 2nd zonal harmonic of the Earth’s gravitational potential, which is responsible for the “flattening” of the Earth along the axis of its rotation, and is described by the formula:

dω/dt=4.982⋅(RЗ/a)3.5(1-e2)-2(5cos2i-1), градусов/суткиdω / dt = 4.982⋅ (R З / a ) 3.5 (1-e 2 ) -2 (5cos 2 i-1), degrees / day

где RЗ - средний радиус Земли, а - большая полуось орбиты, е - эксцентриситет, i - наклонение.where R З is the average radius of the Earth, a is the semimajor axis of the orbit, e is the eccentricity, i is the inclination.

При этом необходимо обеспечить точность наклонения орбиты при выводе ИСЗ в пределах ≤0.1-0.2°. При более значительной ошибке в величине наклонения, например, на 0.5° от «критического» значения для эллиптической орбиты с указанными параметрами скорость ухода углового расстояния перигея составит 0.035 град./сутки, или ≈13 град./год. Таким образом, орбита заметно эволюционирует за время жизни ИСЗ (≥3 лет). Для задач радиационного мониторинга желательно, чтобы уход аргумента перигея орбиты был <3-4 град./год. При выведении с использованием разгонного блока, очевидно, требуемая точность может быть обеспечена. Также на изменение параметров орбиты будут влиять гармоники гравитационного потенциала Земли боле высокого порядка и гравитация Луны и Солнца, но в значительно меньшей степени.In this case, it is necessary to ensure the accuracy of the inclination of the orbit when the satellite is withdrawn within ≤0.1-0.2 °. With a more significant error in the inclination, for example, by 0.5 ° from the “critical” value for an elliptical orbit with the indicated parameters, the perigee angular distance drift speed will be 0.035 degrees / day, or ≈13 degrees / year. Thus, the orbit noticeably evolves over the lifetime of the satellite (≥3 years). For radiation monitoring tasks, it is desirable that the departure of the perigee argument of the orbit be <3-4 deg./year. When outputting using the booster unit, obviously, the required accuracy can be ensured. Also, harmonics of the Earth’s gravitational potential will be affected by higher order harmonics and the Moon and Sun’s gravity, but to a much lesser extent.

Анализ пространственного разрешения измерений на рассмотренных орбитах поясняется Фиг. 4, на которой показан шаг измерений по L при шаге измерений по времени 5 секунд на круговых орбитах высотой 650 и 1700 км и наклонением 80 и 77° и эллиптической орбите с высотами перигея и апогея 700 и 8000 км, наклонением 63.4° и аргументом перигея 310° (на низких высотах В>0.1 Гс; на В>0.1 Гс шаг в несколько раз меньше). Как видно из графиков на Фиг. 4, в зависимости от орбиты на L≤7 максимальный шаг ΔL<0.18-0.35, на L≤4 шаг ΔL<0.8-0.16; средние значения еще в 2-3 раза ниже.An analysis of the spatial resolution of the measurements in the considered orbits is illustrated in FIG. 4, which shows the measurement step along L at a time step of 5 seconds in circular orbits with an altitude of 650 and 1700 km and an inclination of 80 and 77 ° and an elliptical orbit with altitudes of perigee and apogee 700 and 8000 km, an inclination of 63.4 ° and an argument of perigee 310 ° (at low altitudes B> 0.1 G; at B> 0.1 G, the step is several times smaller). As can be seen from the graphs in FIG. 4, depending on the orbit on L≤7, the maximum step ΔL <0.18-0.35, on L≤4 the step ΔL <0.8-0.16; average values are still 2-3 times lower.

Таким образом, для указанных орбит шаг измерений по времени ≈5 секунд обеспечивает необходимое пространственное разрешение измерений; в то же время такой шаг позволяет получить достаточную статистику регистрации потоков частиц.Thus, for the indicated orbits, the time step of ≈5 seconds provides the necessary spatial resolution of the measurements; at the same time, this step allows one to obtain sufficient statistics on the registration of particle flows.

Таким образом, для осуществления мониторинга с улучшенной полнотой описания радиационной обстановки измерений целесообразно использовать группировку ИСЗ на орбитах с разной высотой, эллиптичностью, положением плоскостей орбит и в разных фазах орбитального движения. Количество космических аппаратов (КА) в группировке предпочтительно составляет не менее трех, при этом КА №1 размещают на низкой солнечно-синхронной орбите высотой 500-650 км и наклонением 97-98°, КА №2 размещают на орбиту близкую к круговой с высотой 1400-1500 км и наклонением ~80°, КА №3 размещают на эллиптическую орбиту с апогеем 8000 км, перигеем 600-700 км и наклонением 63.4°. Схематичное изображение расположения орбит такой группировки спутников показано на Фиг. 5.Thus, for monitoring with improved completeness of the description of the radiation environment of measurements, it is advisable to use the satellite constellation in orbits with different heights, ellipticity, the position of the orbit planes and in different phases of orbital motion. The number of spacecraft (SC) in the constellation is preferably at least three, with SC No. 1 being placed in a low sun-synchronous orbit with an altitude of 500-650 km and an inclination of 97-98 °, SC No. 2 is placed in an orbit close to circular with a height of 1400 -1500 km and an inclination of ~ 80 °, spacecraft No. 3 is placed in an elliptical orbit with an apogee of 8000 km, a perigee of 600-700 km and an inclination of 63.4 °. A schematic representation of the orbits of such a constellation of satellites is shown in FIG. 5.

Заявляемое решение позволяет измерять всенаправленных потоков энергичных протонов и электронов. Способ по настоящему изобретению предусматривает раздельную регистрацию потоков этих частиц и измерение их энергетических спектров, поскольку свободные пробеги (проникающая способность) и связанные с этим радиационные эффекты различны для частиц разного сорта и энергий.The claimed solution allows the measurement of omnidirectional fluxes of energetic protons and electrons. The method of the present invention provides for the separate registration of the fluxes of these particles and the measurement of their energy spectra, since the free paths (penetrating ability) and the associated radiation effects are different for particles of different types and energies.

Типичная конструкция спектрометра энергичных протонов и электронов представляет собой сборку типа «телескопа», включающую несколько полупроводниковых и сцинтилляционных детекторов разной толщины, расположенных один под другим на единой оси. Заряженные частицы, пройдя через входное окно телескопа и попадая в детектор, выделяют в нем энергию, которая преобразуется в электрический импульс величиной, пропорциональной выделенной энергии. В приборе также находятся электронные логические системы отбора, работающие на принципе совпадений и антисовпадений электрических импульсов. Сборка из нескольких детекторов и электронные логические схемы, работающие по принципу совпадений-антисовпадений импульсов от разных детекторов позволяют определять сорт частицы (электрон, протон), ее энергию, и частично отсеивать боковые прохождения частиц (через корпус телескопа).A typical design of a spectrometer of energetic protons and electrons is an assembly of the "telescope" type, including several semiconductor and scintillation detectors of different thicknesses, located one below the other on a single axis. Charged particles, passing through the entrance window of the telescope and entering the detector, emit energy in it, which is converted into an electrical impulse by a value proportional to the released energy. The device also contains electronic logical selection systems that operate on the principle of coincidence and anticoincidence of electrical impulses. An assembly of several detectors and electronic logic circuits operating on the principle of coincidence-anti-coincidence of pulses from different detectors make it possible to determine the particle type (electron, proton), its energy, and partially filter out the lateral passage of particles (through the telescope body).

Однако такой прибор имеет ограниченный угол обзора. Причина в том, что энерговыделение от частицы данного сорта и энергии в детекторе различается в зависимости от длины ее пробега в материале детектора (это верно и для сцинтилляционных, и для полупроводниковых детекторов), который в свою очередь зависит от угла пролета частицы через детектор. Как следствие, с увеличением возможного диапазона углов будет уменьшаться точность определения сорта и энергии частиц. Максимальное практическое значение угла апертуры телескопа составляет ≈60°.However, such a device has a limited viewing angle. The reason is that the energy released from a particle of a given type and the energy in the detector varies depending on its path length in the detector material (this is true for scintillation and semiconductor detectors), which in turn depends on the angle of the particle through the detector. As a result, with an increase in the possible range of angles, the accuracy of determining the type and energy of particles will decrease. The maximum practical value of the telescope aperture angle is ≈60 °.

Согласно способу по настоящему изобретению измерение всенаправленных потоков частиц производится несколькими «телескопами», оси которых ориентированы под разными углами к вектору индукции магнитного поля В. При этом ось хотя бы одного из детекторов в каждой точке орбиты должна быть направлена под углом к вектору индукции магнитного поля близким к 90°. В этом случае такие измерения позволяют затем при обработке результатов измерений наземными программно-аппаратными средствами аппроксимировать питч-угловое распределение потоков частиц и всенаправленный поток. При этом в отличие от аналогов (КА Van Allen Probes) не требуется очень большая точность питч-угловых измерений, в особенности в области малых питч-углов. Поскольку поток электронов и протонов радиационных поясов определяется главным образом потоками частиц с большими значениями питч-углов. При этом для измерений целесообразно ограничиться разумным числом телескопов, например, ≤4-5, чтобы избежать неоправданного увеличения массы космического аппарата и сложности бортовых логических устройств. На Фиг. 6 схематически показаны некоторые возможные варианты ориентации телескопов. На Фиг. 6а показан первый вариант, который предусматривает ориентацию осей 3 телескопов по осям координат прямоугольной декартовой системы, а оси четвертого - вдоль главной диагонали куба, построенного на осях первых трех (углы между этой осью и осями других 3 детекторов равны 54.7°). При такой ориентации телескопов при любой ориентации КА в худшем случае мы будем иметь измерения потоков для 2 разных значений питч-углов, а практически в большинстве случаев - для ≥3 разных значений питч-углов, что позволяет решить заявленную техническую задачу мониторинга, поскольку результаты таких измерений полностью описывают всенаправленный поток с удовлетворительной точностью даже для больших значений угла обзора телескопов ~60°.According to the method of the present invention, the measurement of omnidirectional particle fluxes is made by several "telescopes" whose axes are oriented at different angles to the magnetic field induction vector B. Moreover, the axis of at least one of the detectors at each point in the orbit must be directed at an angle to the magnetic field induction vector close to 90 °. In this case, such measurements then allow, when processing the measurement results by ground-based software and hardware, to approximate the pitch-angular distribution of particle flows and the omnidirectional flow. In contrast to analogs (Van Allen Probes spacecraft), very high accuracy of pitch-angle measurements is not required, especially in the area of small pitch-angles. Since the flux of electrons and protons of radiation belts is determined mainly by particle fluxes with large pitch angles. At the same time, for measurements it is advisable to limit ourselves to a reasonable number of telescopes, for example, ≤4-5, in order to avoid an unjustified increase in the mass of the spacecraft and the complexity of onboard logic devices. In FIG. 6 schematically shows some possible options for the orientation of telescopes. In FIG. 6a shows the first option, which provides for the orientation of the axes of 3 telescopes along the coordinate axes of a rectangular Cartesian system, and the axes of the fourth along the main diagonal of the cube built on the axes of the first three (the angles between this axis and the axes of the other 3 detectors are 54.7 °). With this orientation of the telescopes for any orientation of the spacecraft, in the worst case, we will have flow measurements for 2 different pitch angles, and in most cases for ≥3 different pitch angles, which allows us to solve the stated technical monitoring problem, since the results of such The measurements completely describe the omnidirectional flow with satisfactory accuracy even for large values of the telescope viewing angle of ~ 60 °.

Согласно другому возможному варианту конструкции спектрометра, представленного на Фиг. 6б, необходимо наличие системы активной 3-осевой магнитной ориентации КА. В этом варианте основной телескоп направлен перпендикулярно плоскости магнитного меридиана, как следствие этот телескоп дает измерения для питч-углов в окрестности 90°. Оси нескольких дополнительных телескопов лежат в плоскости магнитного меридиана и дают измерения для других питч-углов. Угол зрения для всех детекторов в этом варианте может быть равным 35-45°.According to another possible embodiment of the spectrometer shown in FIG. 6b, it is necessary to have a system of active 3-axis magnetic orientation of the spacecraft. In this embodiment, the main telescope is directed perpendicular to the plane of the magnetic meridian, as a result, this telescope gives measurements for pitch angles in the vicinity of 90 °. The axes of several additional telescopes lie in the plane of the magnetic meridian and give measurements for other pitch angles. The angle of view for all detectors in this embodiment can be equal to 35-45 °.

Мониторинг радиационных условий очень важен для обеспечения безопасности космических миссий, как пилотируемых так и роботизированных, электронные приборы которых могут быть повреждены при наступлении неблагоприятных радиационных условий и которые в этих обстоятельствах целесообразно переводить в пассивный режим работы. Однако, не менее важным для этой цели необходимо также осуществлять мониторинг гамма вспышек атмосферного галактического происхождения. Для спутниковых наблюдений транзиентных явлений в атмосфере Земли необходима низкая орбита. Таким образом, в составе спутниковой группировки должен быть ИСЗ на орбите высотой <1000 км, на который будут возложены задачи мониторинга транзиентных явлений. Спутниковые наблюдения атмосферных транзиентных явлений могут проводиться только на ночной стороне Земли и требуют ориентации ИСЗ на Землю («в надир»). Кроме того, задача радиационного мониторинга требует, как минимум, чтобы ось одного из детекторов энергичных протонов и электронов была направлена под углом к вектору индукции магнитного поля близким к 90°. Всем этим требованиям удовлетворяет солнечно-синхронная орбита с локальным временем ≈3 и 15 часов, ИСЗ на которой будет иметь ориентацию 1-й оси в надир, а 2-й - перпендикулярно плоскости географического меридиана. При этом детекторы УФ/рентгеновского/гамма-излучения будут направлены в надир, детектор энергичных протонов и электронов - перпендикулярно плоскости географического меридиана, следовательно, под углом к магнитной силовой линии близким к 90°. Поскольку на низких высотах имеют место значительные углы конуса потерь, например, для околополярной орбиты высотой 650 км угол конуса потерь (диапазон значений питч-углов в данной точке, для которых потоки захваченных частиц равны 0) составляет >50°, для измерения всенаправленных потоков на такой орбите достаточно использовать один такой телескоп, возможно, с

Figure 00000004
углом обзора ≈60°.Monitoring of radiation conditions is very important for ensuring the safety of space missions, both manned and robotic, electronic devices of which can be damaged in the event of adverse radiation conditions and which in these circumstances should be put into a passive mode of operation. However, no less important for this purpose it is also necessary to monitor gamma-ray bursts of atmospheric galactic origin. Satellite observations of transient phenomena in the Earth’s atmosphere require a low orbit. Thus, the satellite constellation should include a satellite in an orbit <1000 km in height, which will be entrusted with the tasks of monitoring transient phenomena. Satellite observations of atmospheric transient phenomena can be carried out only on the night side of the Earth and require the orientation of the satellite to the Earth ("in nadir"). In addition, the task of radiation monitoring requires, at a minimum, that the axis of one of the detectors of energetic protons and electrons be directed at an angle to the magnetic field induction vector close to 90 °. A solar-synchronous orbit with a local time of ≈3 and 15 hours satisfies all these requirements, the satellite on which will have the orientation of the 1st axis to nadir and the 2nd axis perpendicular to the plane of the geographic meridian. In this case, the UV / X-ray / gamma radiation detectors will be directed to the nadir, the detector of energetic protons and electrons - perpendicular to the plane of the geographic meridian, therefore, at an angle to the magnetic field line close to 90 °. Since at low altitudes there are significant angles of the loss cone, for example, for a near-polar orbit with a height of 650 km, the angle of the loss cone (the range of pitch angles at a given point for which the fluxes of captured particles are 0) is> 50 °, for measuring omnidirectional fluxes in such an orbit, it is sufficient to use one such telescope, possibly with
Figure 00000004
viewing angle ≈60 °.

Согласно способу мониторинга по настоящему изобретению результаты измерений каждого ИСЗ должны передаваться на Землю с максимально достижимой оперативностью (хорошее значение - десятки минут; удовлетворительное - 1-3 часа) через системы спутниковой передачи данных или сеть наземных станций приема данных.According to the monitoring method of the present invention, the results of measurements of each satellite should be transmitted to Earth with the highest achievable efficiency (good value - tens of minutes; satisfactory - 1-3 hours) through satellite data transmission systems or a network of ground-based data receiving stations.

Передаваемые данные включают:Transmitted data includes:

- очередную отсечку времени измерений;- the next cutoff of the measurement time;

- координаты соответствующей точки орбиты;- coordinates of the corresponding orbit point;

- для каждого телескопа спектрометра энергичных протонов и электронов - набор значений скоростей счета, [частиц/секунду], потоков протонов и электронов для заданного набора интервалов энергий;- for each telescope of the spectrometer of energetic protons and electrons - a set of counting rates, [particles / second], proton and electron fluxes for a given set of energy intervals;

- результаты измерений 3-координатного магнитометра;- measurement results of a 3-coordinate magnetometer;

- данные об ориентации ИСЗ (последние 2 параметра желательно иметь с точностью ≈1°).- data on the orientation of the satellite (the last 2 parameters are desirable to have with an accuracy of ≈1 °).

Итак, согласно предлагаемому изобретению в состав группировки малых спутников должны входить, по меньшей мере, три космических аппарата:So, according to the invention, the composition of the constellation of small satellites should include at least three spacecraft:

• Первый КА, на низкой круговой полярной орбите, несущий научную аппаратуру мониторинга околоземного пространства (ОКП) в оптическом, рентгеновском и мягком гамма-диапазонах, а также аппаратуру регистрации заряженных частиц космической радиации и переменного электромагнитного поля;• The first spacecraft, in a low circular polar orbit, carrying scientific equipment for near-Earth space monitoring (OKP) in the optical, x-ray and soft gamma ranges, as well as equipment for recording charged particles of cosmic radiation and an alternating electromagnetic field;

• Второй КА, на эллиптической орбите с высотой апогея не ниже 8000 км, несущий аппаратуру регистрации заряженных частиц космической радиации и переменного электромагнитного поля, а также другие приборы;• The second spacecraft, in an elliptical orbit with an apogee height of at least 8000 km, carrying equipment for recording charged particles of cosmic radiation and an alternating electromagnetic field, as well as other devices;

• Третий КА, на круговой или эллиптической орбите, по составу научной аппаратуры идентичный КА1 или КА2.• The third spacecraft, in a circular or elliptical orbit, the composition of scientific equipment is identical to KA1 or KA2.

Схема группировки ИСЗ, осуществляющая предлагаемый способ показана на Фиг. 5.The satellite constellation diagram implementing the proposed method is shown in FIG. 5.

При осуществлении способа научные приборы комплекса должны работать в основном (дежурном) режиме, автоматически реагируя на интересующие («триггерные») явления. Минимальная настройка параметров приборов в полете во время летных испытаний будет необходима для балансировки объемов накапливаемой информации с приборов путем настройки триггеров, порогов чувствительности и реакции, скважности регистрации явлений и т.п. Модульная структура комплекса аппаратуры позволяет регулировать объемы накапливаемой информации в пределах двух порядков величины, смещать акценты работы приборов в зависимости от окружающей обстановки, состояния комплекса, результатов анализа полученных данных и других обстоятельств. Такой принцип управления аппаратурой был отработан на КА «Ломоносов».When implementing the method, the scientific instruments of the complex should work in the main (standby) mode, automatically responding to the interesting ("trigger") phenomena. The minimum adjustment of instrument parameters in flight during flight tests will be necessary to balance the volume of accumulated information from instruments by adjusting triggers, sensitivity and response thresholds, duty cycle of recording events, etc. The modular structure of the equipment complex allows you to adjust the amount of accumulated information within two orders of magnitude, to shift the focus of the devices depending on the environment, the state of the complex, the results of the analysis of the data and other circumstances. This principle of equipment control was developed at the Lomonosov spacecraft.

С точки зрения информационной логистики накапливаемые приборами данные делятся на следующие группы:From the point of view of information logistics, the data accumulated by devices are divided into the following groups:

• Постоянная мониторинговая информация, анализируемая на Земле в полуавтоматическом/автоматическом режимах по мере поступления. Ориентировочная частота получения такой информации - 1 раз в сутки. Частота может снижаться на ограниченное время без нарушения выполнения научной задачи. Основное ограничение по сбросу данных этого типа - емкость запоминающего устройства (ЗУ) и буферной памяти радиолинии целевой информации (РЛЦИ).• Continuous monitoring information analyzed on the Earth in semi-automatic / automatic modes as they become available. Estimated frequency of obtaining such information is 1 time per day. Frequency can be reduced for a limited time without disrupting a scientific task. The main limitation on the discharge of data of this type is the capacity of the storage device (memory) and the buffer memory of the target information radio link (RLCI).

• Оперативная мониторинговая информация о состоянии радиационных поясов Земли и ближней магнитосферы. Частота получения этой информации на Земле не должна опускаться менее, чем до 4 раз в час (количество пересечений космическим аппаратом радиационных поясов Земли на низкой круговой полярной орбите). От регулярности получения этой информации зависит функционирование трехмерной модели околоземной радиации (одна из основных целей проекта).• Operational monitoring information on the state of the radiation belts of the Earth and the near magnetosphere. The frequency of obtaining this information on Earth should not fall less than 4 times per hour (the number of times the spacecraft crosses the Earth’s radiation belts in a low circular polar orbit). The functioning of a three-dimensional model of near-Earth radiation (one of the main objectives of the project) depends on the regularity of obtaining this information.

• Телеметрическая информация, передаваемая в служебную платформу космического аппарата (СП КА). Эта информация позволяет оперативно оценить состояние систем научного комплекса, контролировать режимы работы, основные настройки, текущие объемы накопленной информации и другие важнейшие параметры. Передается в объеме телеметрии космического аппарата (ТМ КА) во время сеансов управления КА. Объем и частота поступления телеметрических кадров согласуются дополнительно.• Telemetric information transmitted to the service platform of the spacecraft (SP KA). This information allows you to quickly assess the state of the scientific complex systems, control operating modes, basic settings, current volumes of accumulated information and other important parameters. It is transmitted in the spacecraft telemetry volume (spacecraft TM) during spacecraft control sessions. The volume and frequency of receipt of telemetric frames are additionally agreed.

• Общая телеметрическая информация научного комплекса. Включает в себя подробные логи работы, обменов по командной и телеметрической шинам, результаты самодиагностики приборов, подробные настройки и т.д. Среднесуточный объем не превышает 100 Мб. Информация передается с мониторинговой информацией по РЛЦИ в рамках штатного расписания сеансов связи.• General telemetry information of the scientific complex. Includes detailed logs of work, exchanges on the command and telemetric buses, results of self-diagnostics of devices, detailed settings, etc. The average daily volume does not exceed 100 MB. Information is transmitted with monitoring information on the RLCI as part of the staffing schedule of communication sessions.

Кроме того, способ предусматривает возможность периодической загрузки с Земли данных, состоящих из:In addition, the method provides for the possibility of periodically downloading from the Earth data consisting of:

• обновлений ПО приборов;• instrument software updates;

• измененных и уточненных настроек;• changed and refined settings;

• дополнительной информации, получаемой в том числе с других космических аппаратов системы, формируемой на Земле в секторе целевого планирования системы.• additional information received, including from other spacecraft of the system, formed on Earth in the sector of target planning of the system.

В качестве основного связующего элемента системы космических аппаратов выступает точная привязка бортовой шкалы времени (БШВ) комплексов научной аппаратуры космических аппаратов к мировой шкале времени. Точность временной привязки обеспечивает пространственную локализацию наблюдаемых событий, взаимную увязку накопленных данных, возможность оперативной триангуляции наблюдаемых объектов (для потенциально опасных тел и космического мусора). Точность привязки БШВ КНА к мировому времени с учетом выдаваемых в приборы синхроимпульсов не должна быть хуже 3-5 мкс.The main connecting element of the spacecraft system is the exact binding of the onboard time scale (BSW) of the spacecraft scientific equipment complexes to the world time scale. The accuracy of the timing provides the spatial localization of the observed events, the mutual linking of the accumulated data, the ability to quickly triangulate the observed objects (for potentially dangerous bodies and space debris). The accuracy of the BWA KNA reference to world time, taking into account the clock pulses issued to the devices, should not be worse than 3-5 μs.

Основные критерии выбора системы:The main criteria for choosing a system:

• доступность для общегражданского применения в научных целях, покупки и использования в РФ;• accessibility for general civilian use for scientific purposes, purchase and use in the Russian Federation;

• цена передатчика (приемопередатчика) в совокупности с ценой обслуживания на Земле и в полете, в том числе стоимость трафика, стоимость привлечения наземных средств и т.д.;• the price of the transmitter (transceiver) in conjunction with the cost of services on the Earth and in flight, including the cost of traffic, the cost of attracting ground funds, etc .;

• простота процесса использования (необходимость перенацеливания антенны, слежения за узлом связи, количество и объем привлекаемых наземных средств, дополнительные требования, накладываемые на КА и т.д.);• simplicity of the use process (the need to re-target the antenna, monitor the communications center, the number and volume of ground-based assets involved, additional requirements placed on the spacecraft, etc.);

• зона покрытия (процент орбиты, на которой возможна регулярная устойчивая связь);• coverage area (percentage of the orbit where regular stable communication is possible);

• скорость обмена и ширина канала.• exchange rate and channel width.

В качестве возможных систем оперативного управления (СОУ) может применяться либо одна из коммерческих систем спутниковой связи, либо вновь создаваемая сеть наземных УКВ-станций, разбросанных по разным долготам.Either one of the commercial satellite communications systems or the newly created network of ground-based VHF stations scattered at different longitudes can be used as possible operational control systems (JMA).

В качестве основного наземного связующего звена используется аппаратура сектора целевого планирования НИИЯФ МГУ, Центра данных оперативного космического мониторинга (ЦДОКМ) МГУ. Данные узлы в автоматическом и полуавтоматическом режиме позволят обеспечить целевое использование аппаратуры, получение, обработку и анализ данных, в том числе телеметрических, их архивацию, хранение и распространение по пользователям.As the main ground link, the equipment of the target planning sector of the Research Institute of Nuclear Physics of Moscow State University and the Center for Operational Space Monitoring Data (CDCM) of Moscow State University are used. These nodes in automatic and semi-automatic mode will allow for the targeted use of equipment, receipt, processing and analysis of data, including telemetry, their archiving, storage and distribution to users.

Несмотря на разнородность технических задач по мониторингу потенциально опасных объектов в космосе, их объединение в рамках «единой космической платформы» представляется целесообразным по сравнению с проектами, направленными на реализацию мониторинга только одного из опасных космических факторов, поскольку следует принять во внимание то, что бортовой вычислительный комплекс предназначенный для бортовой обработки информации, технически и экономически оптимально создавать для комплекса приборов на одной платформе КА, чем на разных КА для выбранных «однонаправленных» целевых приборов. Именно поэтому становится возможным объединение отдельных детекторов в единую систему с целью реализации «бюджетного» проекта, реализуемого на базе «малых КА» с общей массой, не превышающей 100 кг. Помимо этого реализация такой схемы проекта позволяет относительно упростить сложность наземного сегмента управления и приема информации по сравнению с «распределенными» проектами, выполняющими задачи мониторинга только одного из опасных космических факторов. Таким образом, настоящее изобретение и реализующая предлагаемый способ мониторинга многоорбитная спутниковая группировка позволяет в перспективе создать универсальную платформу для многофункциональных миссий различного назначения.Despite the heterogeneity of the technical tasks of monitoring potentially dangerous objects in space, combining them within the framework of a “single space platform” seems expedient in comparison with projects aimed at monitoring only one of the dangerous space factors, since the onboard computing a complex designed for on-board information processing is technically and economically optimal to create for a complex of instruments on the same spacecraft platform than on different And for selected "unidirectional" target devices. That is why it becomes possible to combine individual detectors into a single system with the goal of implementing a "budget" project, implemented on the basis of "small spacecraft" with a total weight not exceeding 100 kg. In addition, the implementation of such a project scheme makes it possible to relatively simplify the complexity of the ground-based segment for managing and receiving information compared to "distributed" projects that perform monitoring tasks of only one of the dangerous space factors. Thus, the present invention and the multi-orbit satellite constellation that implements the proposed monitoring method makes it possible in the future to create a universal platform for multifunction missions for various purposes.

Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention

Группировка малых спутников для мониторинга космических угроз для мониторинга потенциально опасных явлений включает несколько малых космических аппаратах (КА).The constellation of small satellites for monitoring space threats to monitor potentially dangerous phenomena includes several small spacecraft (SC).

В минимальном варианте использована группировка из трех космических аппаратов: КА №1 размещается на низкой солнечно-синхронной орбите высотой 500-650 км и наклонением 97-98°, КА №2 запускается на орбиту близкую к круговой с высотой 1400-1500 км и наклонением ~80°, КА №3 запускается на эллиптическую орбиту с апогеем 8000 км, перигеем 600-700 км и наклонением 63.4°. Взаимное расположение орбит представлено на Фиг. 5.In the minimum version, a grouping of three spacecraft was used: spacecraft No. 1 is placed in a low sun-synchronous orbit with an altitude of 500-650 km and an inclination of 97-98 °, spacecraft No. 2 is launched into an orbit close to a circular one with an altitude of 1400-1500 km and an inclination of ~ 80 °, spacecraft No. 3 is launched into an elliptical orbit with an apogee of 8000 km, a perigee of 600-700 km and an inclination of 63.4 °. The relative position of the orbits is shown in FIG. 5.

На спутниках установлены следующие приборы для космического мониторинга опасных объектов и явлений: спектрометр электронов и протонов, широкопольные оптические камеры, комплекс приборов для изучения электромагнитных транзиентных явлений, включающий гамма - спектрометры, детекторы УФ и ИК излучения. При этом на КА №1 установлены приборы: для мониторинга космической радиации, комплекс научной аппаратуры для изучения ТАЯ в оптическом диапазоне, комплекс научной аппаратуры для мониторинга в гамма-диапазоне, а также блок сбора информации (БСИ). На каждом из КА №2 и №3 установлена аппаратура для мониторинга космической радиации и оптическая камера широкого поля зрения и компактный гамма-спектрометр, и блок электроники, осуществляющий связь с бортовыми системами спутника. В составе научной аппаратуры также установлен блок сбора информации БСИ, осуществляющий сбор научной и телеметрической информации с отдельных приборов и передачу ее в бортовое запоминающее устройство, подачу на приборы питания и команд, поступающих от бортовых систем спутника.The following instruments have been installed on satellites for space monitoring of hazardous objects and phenomena: an electron and proton spectrometer, wide-field optical cameras, a set of instruments for studying electromagnetic transient phenomena, including gamma spectrometers, UV and IR radiation detectors. At the same time, the following devices were installed on spacecraft No. 1: for monitoring space radiation, a complex of scientific equipment for studying TAJ in the optical range, a complex of scientific equipment for monitoring in the gamma range, and also a data collection unit (BSI). Each of spacecraft No. 2 and No. 3 has equipment for monitoring cosmic radiation and an optical camera with a wide field of view, a compact gamma spectrometer, and an electronics unit that communicates with the satellite's onboard systems. The BSI information collection unit has also been installed as part of scientific equipment, collecting scientific and telemetric information from individual devices and transmitting it to the on-board storage device, supplying power and commands to the devices from the on-board satellite systems.

Приборы для радиационного мониторингаDevices for radiation monitoring

Аппаратура для мониторинга космической радиации включает спектрометр (СПЭ) протонов в диапазоне энергий от 1 до >160 МэВ и электронов в диапазоне энергий 0.15-10 МэВ. Его основным элементом является сборка типа «телескоп», включающая несколько полупроводниковых детекторов различной толщины и сцинтилляционный детектор, расположенные соосно один под другим. Для измерения питч-углового распределения потоков и всенаправленных потоков частиц используется несколько телескопов с разной пространственной ориентацией. Возможен также вариант осуществления способа, при котором используется компоновка, при которой оси телескопов должны лежать в плоскости магнитного меридиана (в случае орбиты спутника, близкой к полярной, это означает, что они должны лежать практически в плоскости орбиты), а ось еще одного телескопа - перпендикулярна плоскости магнитного меридиана.The equipment for monitoring cosmic radiation includes a spectrometer (SPE) of protons in the energy range from 1 to> 160 MeV and electrons in the energy range of 0.15-10 MeV. Its main element is an assembly of the “telescope” type, which includes several semiconductor detectors of various thicknesses and a scintillation detector located coaxially one under the other. To measure the pitch-angular distribution of flows and omnidirectional flows of particles, several telescopes with different spatial orientations are used. An embodiment of the method is also possible, in which a layout is used in which the telescope axes must lie in the plane of the magnetic meridian (in the case of a satellite orbit close to polar, this means that they should lie practically in the orbit plane), and the axis of another telescope perpendicular to the plane of the magnetic meridian.

Указанные выше параметры орбит КА, на которых установлены приборы для радиационного мониторинга, охватывают весь пространственный диапазон существования радиации, захваченной в магнитном поле, т.е. радиационных поясов. При этом обеспечиваются измерения всенаправленных потоков захваченных частиц с последующей модельной интерполяцией и экстраполяцией измеренных потоков на всю область радиационных поясов с целью мониторинга космической радиации. Такие измерения позволяют рассчитывать текущее распределение потоков частиц в большом объеме радиационных поясов и, как следствие, текущие уровни радиационных нагрузок для большого диапазона эксплуатируемых орбит.The above parameters of the spacecraft orbits on which radiation monitoring instruments are installed cover the entire spatial range of the existence of radiation captured in a magnetic field, i.e. radiation belts. At the same time, measurements of omnidirectional fluxes of captured particles are ensured, followed by model interpolation and extrapolation of the measured fluxes to the entire region of radiation belts in order to monitor cosmic radiation. Such measurements make it possible to calculate the current distribution of particle fluxes in a large volume of radiation belts and, as a result, the current levels of radiation loads for a wide range of operating orbits.

В составе аппаратуры также используется 3-компонентный магнитометр.The equipment also uses a 3-component magnetometer.

Важным дополнением к системе космического мониторинга является разработанная в МГУ полностью автоматизированная наземная система оперативного анализа спутниковых данных, предназначенная для оценки и прогнозирования радиационных условий в околоземном космическом пространстве (ОКП) в режиме реального времени (Мягкова И.Н., Калегаев В.В., Шугай Ю.С., Довленко С.А., Панасюк М.И., Центр анализа космической погоды НИИЯФ МГУ: мониторинг и прогноз состояния околоземного пространства, В сборнике 13th International Scientific conference "Space, Ecology, Safety - SES1027", Sofia, Bulgaria, 2-4 November 2017. Ed. G. Mardirossian, Ts. Srebrova, G. Jelev. ISSN: 1313-3888. Space Research and Technology Institute - Bulgarian Academy of Sciences, Sofia, Bulgaria, c. 41-47.)An important addition to the space monitoring system is the fully automated ground-based satellite data operational analysis system developed at Moscow State University, designed to evaluate and predict the radiation conditions in near-Earth space (OKP) in real time (Myagkova I.N., Kalegaev V.V., Shugai Yu.S., Dovlenko S.A., Panasyuk M.I., Space Weather Analysis Center, Research Institute of Nuclear Physics, Moscow State University: Monitoring and Forecasting the State of Near-Earth Space, 13th International Scientific conference "Space, Ecology, Safety - SES1027", Sofia, Bulgaria, 2 -4 November 2017. Ed. G. Mardirossian, Ts. Srebrova, G. Jelev. ISSN: 1313-3888. Space Research and Technology Institute - Bulgarian Academy of Sciences, Sofia, Bulgaria, p. 41-47.)

Группировка КА позволяет осуществлять мониторинг в режиме, близком к реальному времени. Для этого предполагается задействовать другие КА (например, КА системы Globalstar или Гонец, или телекоммуникационные спутники на геостационарной орбите).The spacecraft grouping allows monitoring in a mode close to real time. To do this, it is planned to use other spacecraft (for example, the Globalstar or Gonets spacecraft, or telecommunication satellites in geostationary orbit).

Приборы для мониторинга электромагнитных транзиентовInstruments for monitoring electromagnetic transients

Комплекс научной аппаратуры для изучения транзиентных атмосферных явлений (ТАЯ) в УФ и оптическом диапазонах включает пространственно-чувствительный спектрометр - малый линзовый телескоп (МЛТ) с высоким временным разрешением для измерения оптического излучения ТАЯ и молний и детекторы УФ и ИК излучения ДУФИК, дополненный каналами измерений в дальнем УФ диапазоне. Измерение спектра необходимо для определения типа и высоты генерации ТАЯ, а также выделения молниевых разрядов по характерной линии 777 нм и по отсутствию сигнала в области линии поглощения кислорода - 762 нм). Оси приборов МЛТ и ДУФИК должны быть ориентированы в надир с углами незатенения 90° вдоль осей детекторов. Прибор МЛТ состоит из линзового широкопольного объектива и позиционно-чувствительного детектора в виде мульти-анодного ФЭУ, а также набора фотоумножителей для измерения длинных временных рядов сигнала ТАЯ с высокой чувствительностью и высоким временным разрешением. В конструкции прибора предусмотрено до 16 спектральных каналов.The complex of scientific equipment for studying transient atmospheric phenomena (TAJ) in the UV and optical ranges includes a spatially sensitive spectrometer - a small lens telescope (MLT) with a high time resolution for measuring optical radiation from TAJ and lightnings and DUFIC UV and IR radiation detectors, supplemented by measurement channels in the far UV range. Spectrum measurement is necessary to determine the type and height of TAJ generation, as well as to highlight lightning discharges along a characteristic line of 777 nm and by the absence of a signal in the region of the oxygen absorption line - 762 nm). The axes of the MLT and DUFIK instruments should be oriented in nadir with 90 ° shading angles along the axes of the detectors. The MLT device consists of a wide-field lens and a position-sensitive detector in the form of a multi-anode PMT, as well as a set of photomultipliers for measuring long time series of the TAJ signal with high sensitivity and high time resolution. The design of the device provides up to 16 spectral channels.

Прибор ДУФИК состоит из трех фотоумножителей, входные окна которых закрыты светофильтрами, обеспечивающими работу в разных спектральных диапазонах - инфракрасном (600-800 нм), ближнем УФ (240-400 нм), солнечно-слепом (100-300 нм). Кроме того, в его состав входит оптический детектор на основе микроканальной пластины, обеспечивающий регистрацию излучения в диапазоне от дальнего УФ до мягкого рентгеновского.The DUFIC device consists of three photomultipliers, the input windows of which are closed by light filters that provide operation in different spectral ranges - infrared (600-800 nm), near UV (240-400 nm), sun-blind (100-300 nm). In addition, it includes an optical detector based on a microchannel plate, which provides registration of radiation in the range from far UV to soft X-ray.

Комплекс научной аппаратуры для мониторинга в гамма-диапазоне включает три широконаправленных сцинтилляционных детектора гамма-излучения типа БДРГ [Амелюшкин A.M., Галкин В.И., Гончаров Б.В. и др. Приборы БДРГ и ШОК для исследования собственного излучения гамма-всплесков на борту космического аппарата «Ломоносов» // Космич. исслед. 2013. Т. 51. №6. С. 478-483] для контроля верхней атмосферы и обзора неба в диапазоне 10-3000 кэВ и трековый гамма-спектрометр высокого разрешения и чувствительности. Детекторный узел каждого блока БДРГ выполнен в виде сборки тонкого (0.3 см) сцинтиллятора NaI(Tl) и сцинтиллятора CsI(Tl) большей толщины (1.7 см) цилиндрической формы. Оба сцинтилляционных кристалла имеют одинаковый диаметр 13 см и просматриваются одним фотоумножителем - так называемый «фосвич». Оси трех гамма детекторов типа БДРГ перпендикулярны друг другу и направлены вдоль взаимно перпендикулярных ребер куба, как бы образуя декартову систему координат. При этом главная диагональ куба ориентирована в надир.The complex of scientific equipment for monitoring in the gamma range includes three broadly directed scintillation gamma-ray detectors of the BDRG type [Amelyushkin A.M., Galkin VI, Goncharov BV et al. BDRG and SHOK instruments for studying the intrinsic emission of gamma-ray bursts on board the Lomonosov spacecraft // Cosmic. researched 2013.V. 51. No. 6. S. 478-483] for monitoring the upper atmosphere and viewing of the sky in the range of 10-3000 keV and track gamma-ray spectrometer of high resolution and sensitivity. The detector assembly of each BDG block is made in the form of an assembly of a thin (0.3 cm) NaI (Tl) scintillator and a CsI (Tl) scintillator of a larger cylindrical shape (1.7 cm). Both scintillation crystals have the same diameter of 13 cm and can be viewed with a single photomultiplier - the so-called “fosvich”. The axes of the three gamma detectors of the BDGG type are perpendicular to each other and directed along mutually perpendicular edges of the cube, as if forming a Cartesian coordinate system. In this case, the main diagonal of the cube is oriented to nadir.

Трековый гамма-спектрометр высокого разрешения и чувствительности представляет собой комбинацию позиционно-чувствительного детектора с кодирующей маской. В состав прибора также входит годоскопический узел на основе сцинтилляционных волокон. Ось прибора должна быть ориентирована вдоль оси «надир - зенит», при этом со стороны кодирующей маски прибор должен быть ориентирован в зенит, а со стороны годоскопического узла - в надир. Эффективная площадь гамма-спектрометра ~250 см2, диапазон энергий 50-5000 кэВ (в режиме кодирования 50-1000 кэВ), угловое разрешение ~2°, поле зрения полного кодирования ±25° градусов. Гамма-телескоп дает возможность проводить проверку появления точечного источника и, таким образом, отделять гамма-всплески различной природы от высыпаний частиц. Аппаратура также включает блок анализа данных, содержащий узлы цифровой электроники, позволяющие вести запись показаний с высоким временным разрешением (до 10 мкс), проводить оперативный анализ изображений с телескопа с кодирующей маской, а также вырабатывать триггер гамма-всплеска.A high resolution and sensitivity gamma-ray spectrometer is a combination of a position-sensitive detector with an encoding mask. The device also includes a hodoscopic unit based on scintillation fibers. The axis of the device should be oriented along the axis of "nadir - zenith", while from the side of the coding mask, the device should be oriented to zenith, and from the hodoscopic node to nadir. The effective area of the gamma spectrometer is ~ 250 cm2, the energy range is 50-5000 keV (in the encoding mode 50-1000 keV), the angular resolution is ~ 2 °, the field of view of the full encoding is ± 25 ° degrees. The gamma telescope makes it possible to check the appearance of a point source and, thus, to separate gamma-ray bursts of various nature from rashes of particles. The equipment also includes a data analysis unit containing digital electronics nodes that allow recording readings with a high temporal resolution (up to 10 μs), performing operational analysis of images from a telescope with a coding mask, and also generating a gamma-ray burst trigger.

Наземный комплекс управленияGround control complex

В ходе осуществления космического эксперимента может быть использован наземный комплекс (Спутник "Ломоносов": первые результаты исследований Садовничий В.А., Панасюк М.И., Макриденко Л.А. в журнале Земля и вселенная, №2, с. 3-16).In the course of the space experiment, a ground-based complex can be used (Lomonosov Satellite: the first research results Sadovnichy VA, Panasyuk MI, Makridenko LA in the journal Earth and the Universe, No. 2, pp. 3-16 )

Наряду с системой приема и обработки космической научной телеметрии может быть использована созданная в МГУ система оперативного анализа и прогнозирования радиационных условий в ОКП, основанная на автоматизированном анализе данных космического мониторинга с использованием операционных моделей внешних воздействующих факторов космической среды [Калегаев В.В., Бобровников С.Ю., Кузнецов Н.В., Мягкова И.Н., Шугай Ю.С. Центр оперативного космического мониторинга НИИЯФ МГУ // Прикладные аспекты гелиогео-физики. Материалы специальной секции «Практические аспекты науки космической погоды» 11-й ежегодной конференции «Физика плазмы в солнечной системе». М.: ИКИ РАН. 2016. С. 146-159].Along with the system for receiving and processing space scientific telemetry, a system for operational analysis and forecasting of radiation conditions in the OKP created at Moscow State University can be used, based on an automated analysis of space monitoring data using operational models of external environmental factors [Kalegaev VV, Bobrovnikov S .Yu., Kuznetsov N.V., Myagkova I.N., Shugai Yu.S. Center for Operational Space Monitoring, SINP MSU // Applied aspects of heliogeo-physics. Materials of the special section "Practical Aspects of Space Weather Science" of the 11th annual conference "Plasma Physics in the Solar System". M .: IKI RAS. 2016. S. 146-159].

Таким образом, реализующая заявленный способ группировка спутников позволяет решить следующие технические задачи:Thus, the satellite constellation implementing the claimed method allows us to solve the following technical problems:

- оперативная (в реальном времени) оценка радиационных условий в околоземном космическом пространстве для оценки радиационных рисков выполнения космических миссий и выработки алертных сигналов для принятия решений по их управлению;- operative (in real time) assessment of radiation conditions in near-Earth space to assess radiation risks of space missions and generate alert signals for decision-making on their management;

- верификация современных расчетных моделей полей радиации околоземного космического пространства;- verification of modern calculation models of radiation fields of near-Earth space;

- оперативный контроль потенциально - опасных объектов естественного и техногенного происхождения в околоземном пространстве;- operational control of potentially dangerous objects of natural and technogenic origin in near-Earth space;

- контроль электромагнитных транзиентов в верхней атмосфере Земли и космическом пространстве (гамма-всплески, солнечные вспышки).- control of electromagnetic transients in the upper atmosphere of the Earth and outer space (gamma-ray bursts, solar flares).

Предлагаемый способ позволяет:The proposed method allows you to:

- создать космическую систему мониторинга и предотвращения космических угроз как для осуществляемых, так и планируемых космических миссий, включая высотные атмосферные летательные аппараты;- create a space system for monitoring and preventing space threats for both ongoing and planned space missions, including high-altitude atmospheric aircraft;

- обеспечить увеличение объема получаемой информации при одновременном резком снижении ее себестоимости.- to provide an increase in the amount of information received, while at the same time sharply reducing its cost.

Заявляемая орбитальная группировка спутников отличающихся пространственным положением плоскости орбиты и истинной аномалией положения ИСЗ на орбите.The claimed orbital constellation of satellites differing in the spatial position of the orbital plane and the true anomaly of the satellite in orbit.

Claims (11)

1. Способ формирования группировки искусственных спутников Земли (ИСЗ) для мониторинга потенциально опасных угроз в околоземном космическом пространстве, оснащенных спектрометрической аппаратурой, включающий размещение по меньшей мере трех ИСЗ на разных орбитах, пересекающих L-оболочки радиационных поясов Земли в разных точках на разных высотах, отличающийся тем, что используют по меньшей мере две круговые орбиты: низкую солнечно-синхронную орбиту высотой 500-650 км и наклонением 97-98° и орбиту, близкую к круговой с высотой 1400-1500 км и наклонением ~80°, а также по меньшей мере одну эллиптическую орбиту с апогеем 8000 км, перигеем 600-700 км и наклонением ~63,4°, при этом орбиты подобраны таким образом, чтобы уход аргумента перигея орбиты был менее 3-4 град./год.1. A method of forming a constellation of artificial Earth satellites (AES) for monitoring potentially dangerous threats in near-Earth space equipped with spectrometric equipment, including placing at least three AES in different orbits crossing the L-shells of the Earth’s radiation belts at different points at different altitudes, characterized in that at least two circular orbits are used: a low solar-synchronous orbit with a height of 500-650 km and an inclination of 97-98 ° and an orbit close to a circular one with an altitude of 1400-1500 km and an inclination ~ 80 °, as well as at least one elliptical orbit with an apogee of 8000 km, a perigee of 600-700 km and an inclination of ~ 63.4 °, while the orbits are selected so that the perigee argument of the orbit is less than 3-4 degrees. /year. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при размещении более чем одного ИСЗ на одной орбите, формируют орбитальное построение с равномерным по возможности распределением ИСЗ по орбите.2. The method according to p. 1, characterized in that when placing more than one satellite in one orbit, form an orbital structure with a uniform distribution of the satellite in orbit. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве спектрометрической аппаратуры для мониторинга радиационной обстановки используют спектрометры частиц и излучений, включая спектрометр энергичных протонов и электронов, содержащий несколько полупроводниковых телескопов с разной пространственной ориентацией их осей, причем оси всех телескопов, кроме одного, в режиме измерений ориентируют в плоскости магнитного меридиана, а указанного одного телескопа - перпендикулярно этой плоскости.3. The method according to p. 1, characterized in that as spectrometric equipment for monitoring the radiation situation using spectrometers of particles and radiation, including a spectrometer of energetic protons and electrons, containing several semiconductor telescopes with different spatial orientations of their axes, and the axes of all telescopes except one, in the measurement mode, they are oriented in the plane of the magnetic meridian, and the indicated one telescope is perpendicular to this plane. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спектрометрическую аппаратуру для мониторинга радиационной обстановки устанавливают на все ИСЗ спутниковой группировки, при этом на ИСЗ, выведенных на круговые орбиты, дополнительно размещают аппаратуру для мониторинга электромагнитных транзиентов - космических и атмосферных гамма-всплесков и вспышек оптического и ультрафиолетового излучения из атмосферы Земли.4. The method according to p. 1, characterized in that the spectrometric equipment for monitoring the radiation situation is installed on all satellites of the satellite constellation, while the satellites placed in circular orbits additionally place equipment for monitoring electromagnetic transients - space and atmospheric gamma-ray bursts and bursts of optical and ultraviolet radiation from the Earth’s atmosphere. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что спектрометрическая аппаратура для мониторинга радиационной обстановки включает спектрометр протонов в диапазоне энергий от 1 до >160 МэВ и электронов в диапазоне энергий от 0,15 до 10 МэВ.5. The method according to p. 3, characterized in that the spectrometric equipment for monitoring the radiation environment includes a proton spectrometer in the energy range from 1 to> 160 MeV and electrons in the energy range from 0.15 to 10 MeV. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спектрометрическая аппаратура для мониторинга радиационной обстановки включает 3-компонентный магнитометр с возможностью измерения вариации магнитного поля на частотах до 100 Гц.6. The method according to p. 1, characterized in that the spectrometric equipment for monitoring the radiation situation includes a 3-component magnetometer with the ability to measure magnetic field variations at frequencies up to 100 Hz. 7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве спектрометрической аппаратуры для мониторинга электромагнитных транзиентов используют три широконаправленных сцинтилляционных фосвич-детектора гамма-излучения в диапазоне 10-3000 кэВ, оси которых расположены во взаимно перпендикулярных направлениях, и трековый гамма-спектрометр с диапазоном регистрируемых энергий не хуже 50-5000 кэВ, угловым разрешением не менее ~6°, полем зрения не менее ±25° градусов.7. The method according to p. 4, characterized in that as a spectrometric apparatus for monitoring electromagnetic transients use three broadly directed scintillation fosvich detectors of gamma radiation in the range of 10-3000 keV, the axes of which are located in mutually perpendicular directions, and a track gamma spectrometer with a recorded energy range of at least 50-5000 keV, an angular resolution of at least ~ 6 °, and a field of view of at least ± 25 ° degrees. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что главную ось блока детекторов и трекового гамма-спектрометра ориентируют в надир.8. The method according to p. 7, characterized in that the main axis of the block of detectors and track gamma-ray spectrometer is oriented to nadir. 9. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве спектрометрической аппаратуры для мониторинга электромагнитных транзиентов используют пространственно-чувствительный спектрометр с детекторами УФ и ИК излучения, направленный в надир.9. The method according to p. 4, characterized in that as a spectrometric apparatus for monitoring electromagnetic transients use a spatially sensitive spectrometer with detectors of UV and IR radiation directed to nadir. 10. Способ мониторинга потенциально опасных угроз в околоземном космическом пространстве, включающий формирование группировки ИСЗ по п. 1, с обеспечением скважности передачи информации на Землю предпочтительно не менее 0,5-4 часов в зависимости от орбиты, передачу и обработку измеренных данных в наземном центре обработки.10. A method for monitoring potentially dangerous threats in near-Earth space, including the formation of a satellite constellation according to claim 1, with the duty cycle of transmitting information to the Earth, preferably at least 0.5-4 hours depending on the orbit, transmitting and processing the measured data in the ground center processing. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что спектрометрическую аппаратуру, размещенную на различных ИСЗ, синхронизируют с привязкой к единому мировому времени с точностью не менее 3-5 мкс.11. The method according to p. 10, characterized in that the spectrometric equipment placed on different satellites is synchronized with reference to the unified world time with an accuracy of at least 3-5 μs.
RU2018147554A 2018-12-29 2018-12-29 Method of formation of a group of artificial earth satellites for monitoring potentially dangerous threats in near-earth space in a mode close to real time RU2711554C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147554A RU2711554C1 (en) 2018-12-29 2018-12-29 Method of formation of a group of artificial earth satellites for monitoring potentially dangerous threats in near-earth space in a mode close to real time

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147554A RU2711554C1 (en) 2018-12-29 2018-12-29 Method of formation of a group of artificial earth satellites for monitoring potentially dangerous threats in near-earth space in a mode close to real time

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2711554C1 true RU2711554C1 (en) 2020-01-17

Family

ID=69171753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018147554A RU2711554C1 (en) 2018-12-29 2018-12-29 Method of formation of a group of artificial earth satellites for monitoring potentially dangerous threats in near-earth space in a mode close to real time

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2711554C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111401471A (en) * 2020-04-08 2020-07-10 中国人民解放军国防科技大学 Spacecraft attitude anomaly detection method and system
RU2775095C1 (en) * 2021-08-17 2022-06-28 Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (АО "Корпорация "Комета") Method for viewing the geostationary region for detecting and observing space debris from a spacecraft

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6082677A (en) * 1997-11-14 2000-07-04 National Space Development Agency Of Japan Satellite orbiting toward west in the equatorial plane and meteorological satellite system using the satellite
US8511614B2 (en) * 2010-03-22 2013-08-20 Raytheon Company Satellite system providing optimal space situational awareness
RU2535375C1 (en) * 2013-10-18 2014-12-10 Юрий Николаевич Разумный Method of viewing surface of planet from space and space satellite system for implementing said method
RU2535760C1 (en) * 2013-10-18 2014-12-20 Юрий Николаевич Разумный Space servicing system and method of its construction

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6082677A (en) * 1997-11-14 2000-07-04 National Space Development Agency Of Japan Satellite orbiting toward west in the equatorial plane and meteorological satellite system using the satellite
US8511614B2 (en) * 2010-03-22 2013-08-20 Raytheon Company Satellite system providing optimal space situational awareness
RU2535375C1 (en) * 2013-10-18 2014-12-10 Юрий Николаевич Разумный Method of viewing surface of planet from space and space satellite system for implementing said method
RU2535760C1 (en) * 2013-10-18 2014-12-20 Юрий Николаевич Разумный Space servicing system and method of its construction

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Панасюк М.И., Подзолко М.В., Ковтюх А.С. и др. Оперативный радиационный мониторинг в околоземном космическом пространстве на базе многоярусной группировки малых космических аппаратов, Космические Исследования, 2015, т. 53, N6, с.461-468. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111401471A (en) * 2020-04-08 2020-07-10 中国人民解放军国防科技大学 Spacecraft attitude anomaly detection method and system
CN111401471B (en) * 2020-04-08 2023-04-18 中国人民解放军国防科技大学 Spacecraft attitude anomaly detection method and system
RU2801009C2 (en) * 2021-05-16 2023-08-01 Евгений Петрович Баснев Integrated the earth observation satellite system
RU2775095C1 (en) * 2021-08-17 2022-06-28 Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (АО "Корпорация "Комета") Method for viewing the geostationary region for detecting and observing space debris from a spacecraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bothmer et al. Space weather: physics and effects
RU2349513C2 (en) International aerospace automated system for monitoring of global geophysical events and prediction of natural and anthropogenic disasters (iasasm)
Picozza et al. Scientific goals and in-orbit performance of the high-energy particle detector on board the CSES
Kaiser et al. Stereo mission overview
Baker et al. An overview of the solar anomalous, and magnetospheric particle explorer (SAMPEX) mission
Cander Ionospheric space weather
RU2465729C2 (en) International global monitoring aerospace system (igmas)
Werner et al. CAMELOT: cubesats applied for measuring and localising transients mission overview
Mangano et al. BepiColombo science investigations during cruise and flybys at the Earth, Venus and Mercury
Sadovnichii et al. “Lomonosov” satellite—space observatory to study extreme phenomena in space
Plainaki et al. Current state and perspectives of Space Weather science in Italy
Zelenyi et al. The academic Chibis-M microsatellite
Bogomolov et al. A scientific and educational space experiment on the SiriusSat-1, 2 satellites
Abarr et al. Performance of the X-Calibur hard X-ray polarimetry mission during its 2018/19 long-duration balloon flight
RU2711554C1 (en) Method of formation of a group of artificial earth satellites for monitoring potentially dangerous threats in near-earth space in a mode close to real time
Fabiani et al. CUSP: a two CubeSats constellation for space weather and solar flares x-ray polarimetry
Panasyuk et al. Multi-Satellite operative monitoring of Near-Earth radiation within the Universat-Socrat project
Augusto et al. Signals at ground level of relativistic solar particles associated with a radiation storm on 2014 April 18
Kiss et al. Bayesian Analysis of the Data from PoGO+
Sadovnichiy et al. Project “universat-SOCRAT” of Multiple Small Satellites for Monitoring of Natural and Technogenic Space Hazards
Svertilov et al. Monitoring of Radiation Fields in Near Earth Space and Atmosphere in New Space Projects of Moscow University
Kubo et al. Impact of Space Weather on Various Fields
Barzilla et al. Artemis-I-Development and Testing of Radiation Mitigation Strategies for Crewed Missions
Svertilov et al. GRB observations on cubesate satellites in the Universat–SOCRAT project
Asenovski Coronal holes and high speed solar wind streams during 24th solar cycle

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200720