Метод прямого прогнозування для виявлення маневру космічного апарата ближнього космосу

Анотація

Мета статті. Розроблення методу прямого прогнозування для виявлення маневру космічного апарата ближнього космосу в процесі обробки каталогу космічних об’єктів у форматі Two-Line Element Set (TLE), який забезпечує оперативне та достовірне виявлення факту маневру космічного апарату.

Методи дослідження. Під час написання статті застосовано методи динаміки польотів космічних апаратів, математичної статистики, моделювання. Зазначений методичний підхід дає змогу розробити новий метод автоматизованого виявлення маневру космічного апарату ближнього космосу.

Отримані результати дослідження. У статті розроблено метод виявлення маневрів космічних апаратів ближнього космосу під час обробки каталогу космічних об’єктів у форматі TLE. Основою методу є аналіз нев’язки між дійсним (поточним) положенням космічного апарата, яке розраховано за його актуальними TLE-параметрами та прогнозованим положенням космічного апарата на поточний час, яке розраховано за його архівними (попередніми) TLE-параметрами. Для прогнозування використовується стандартизована для TLE-параметрів аналітична модель руху космічного апарата SGP4. Нев’язка між поточним та прогнозованим положенням космічного апарата розглядається в шляховій системі координат за трьома компонентами: тангенціальна нев’язка – вздовж орбіти (збігається з напрямком швидкості космічного апарата), радіальна нев’язка – в площині орбіти (в напрямку радіус вектору космічного апарата) та нормальна нев’язка – перпендикулярна площині орбіти. Поріг для виявлення маневру формується виходячи з особливостей впливу атмосфери на рух космічного апарату ближнього космосу, а саме, при некерованому польоті основне збурення відбувається вздовж орбіти. Тобто без проведення маневру космічний апарат прилітає з деяким допустим часовим зміщенням практично в прогнозовану точку орбіти. Зазначене проявляється у вигляді умови, що для некерованого руху космічного апарата тангенціальна нев’язка (нев’язка вздовж орбіти) значно більша за нев’язки в інших напрямках. Нев’язка вздовж орбіти обраховується у зміщенні (розбіжності) поточного та прогнозованого часу приходу космічного апарата в точку орбіти, що максимально близька до дійсного (поточного) положення космічного апарата – нев’язка за часом прогнозування. Додатково, запропоновано нормувати обраховану часову нев’язку до інтервалу прогнозування, оскільки стохастичний вплив атмосфери є пропорційним часу його впливу. Для визначення максимально допустимого значення не’вязки – порогу виявлення маневру, запропоновано використовувати усереднення зазначеної характеристики за TLE-каталогом для космічних апаратів, які гарантовано не маневрують, або розраховувати поріг за стохастичною динамічною моделлю руху космічних апаратів ближнього космосу з врахуванням варіацій густини атмосфери.

Елементи наукової новизни. Розроблений метод виявлення маневру космічного апарата ближнього космосу використовує новий показник – нормована до інтервалу прогнозування нев’язка за часом прогнозування, що дає змогу автоматизувати процес виявлення маневру та забезпечити високу достовірність такого виявлення.

Теоретична та практична значущість статті. Розроблений метод дає змогу автоматизувати процес виявлення маневрів космічних апаратів, що для сучасних багатотисячних каталогів діючих космічних апаратів є безальтернативним підходом.