Особенности проектирования звездных каталогов для датчиков ориентации космических аппаратов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлена краткая история создания звездных датчиков ориентации в Институте космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) и каталогов звезд для них. Описан проведенный в начале 1970-х годов эксперимент по синхронной съемке звезд и земной поверхности с борта пилотируемых станций Салют-2, -3. Показаны трудности ввода фотоснимков в электронно-вычислительные машины (ЭВМ) того времени. На основе каталогов звезд SAO, Hipparcos и Gaia составлено около 11000 микрокаталогов вокруг наиболее ярких звезд небесной сферы. Каждый из них содержит в центре одну звезду с магнитудой до 7.8m и все звезды окружения до 13m в радиусе 15ʹ. Микрокаталоги объединены в “Базовый каталог звезд”, который в ближайшей перспективе будет использоваться для составления бортовых каталогов звезд для датчиков ориентации космических аппаратов семейства БОКЗ. Для работы с базовым каталогом разработаны и используются в тестовом режиме две программы: Catalog Guide и Star Manager. Первая программа предназначена для просмотра базового каталога, визуализации его фрагментов и составления списков звезд с заданными параметрами. Вторая программа носит расчетно-аналитический характер. В ней собраны математические модели звездных датчиков ориентации семейства БОКЗ, а также математический аппарат, позволяющий детально моделировать наиболее тонкие элементы бортовой обработки данных. Обе программы могут работать в ручном и автоматическом режимах. Отработанная на нескольких звездах в ручном режиме последовательность действий затем может выполняться автоматически для больших списков звезд. В статье описываются структура и содержание базового каталога, а также иллюстрируется работа с ним с помощью специально разработанных для этой цели программ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. А. Аванесов

Институт космических исследований РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: genrikh-avanesov@yandex.ru
Россия, Москва

Я. Д. Эльяшев

Институт космических исследований РАН

Email: genrikh-avanesov@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Аванесов Г.А., Белинская Е.В., Брысин Н.Н., Филиппова О.В., Шамис В.А., Эльяшев Я.Д. Астрометрическая модель звездного датчика ориентации космического аппарата // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 1. С. 89–98. doi: 10.21046/2070-7401-2020-17-1-89-98
  2. Аванесов Г.А., Бессонов Р.В., Куркина А.Н., Сметанин П.С. Технология наземной обработки данных о координатах звезд в целях повышения точности геопривязки снимков Земли из космоса // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2018а. Т. 15. № 6. С. 31–38. doi: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-31-38
  3. Аванесов Г.А., Бессонов Р.В., Сметанин П.С., Филиппова О.В., Эльяшев Я.Д. Особенности измерения координат звезд оптико-электронными приборами с различным угловым разрешение // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2018б. Т. 15. № 6. С. 39–47. doi: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-39-47
  4. Аванесов Г.А., Василейская А.Н., Никитин А.В., Филиппова О.В., Юматов Б.А. Исследование фотометрических характеристик изображений звезд в реальных условиях эксплуатации звездных датчиков // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2021а. Т. 18. № 6. С. 116–126. doi: 10.21046/2070-7401-2021-18-6-116-126.
  5. Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Алексашин Е.П. Математическое обеспечение определения ориентации КА по изображениям звездного неба // Оптико-электронные приборы в космических экспериментах. М.: Наука, 1983. С. 124–157.
  6. Аванесов Г.А. Зиман Я.Л., Красиков В.А., Снеткова Н.И., Собчук В.Г., Форш А.А. Алгоритмы определения ориентации космического аппарата по бортовым астроизмерениям // Изв. вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46. № 4. С. 31–37.
  7. Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Красиков В.А., Снеткова Н.И., Собчук В.Г., Форш А.А. Программное обеспечение определения астроориентации космических аппаратов с помощью звездного координатора (Астро) // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2000610308. Рег. 2000.
  8. Аванесов Г.А., Куркина А.Н., Филиппова О.В., Эльяшев Я.Д. Эксперимент по коррекции фрагмента бортового каталога прибора БОКЗ-М60 // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2018в. Т. 15. № 6. С. 60–68. doi: 10.21046/2070-7401-2018-156-60-68
  9. Аванесов Г.А., Снеткова Н.И., Строилов Н.А., Филиппова О.В., Шамис В.А., Эльяшев Я.Д., Юматов Б.А. Базовый каталог звезд для датчиков ориентации КА // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2019а. Т. 16. № 5. С. 65–74. doi: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-65-74.
  10. Аванесов Г.А., Снеткова Н.И., Филиппова О.В., Эльяшев Я.Д. Исследования звезд участка небесной сферы двумя датчиками ориентации БОКЗ-М60 // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2018 г. Т. 15. № 6. С. 48–59. doi: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-48-59
  11. Аванесов Г.А., Строилов Н.А., Филиппова О.В., Шамис В.А., Эльяшев Я.Д. Адаптация звездных каталогов к условиям их применения в звездных датчиках ориентации // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2018д. Т. 16. № 6. С. 69–81. doi: 10.21046/2070-7401-2018-16-6-69-81
  12. Аванесов Г.А., Строилов Н.А., Филиппова О.В., Шамис В.А., Эльяшев Я.Д. Фотометрическая модель звездного датчика ориентации // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2019б. Т. 16. № 5. С. 75–84. doi: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-75-84
  13. Аванесов Г.А., Филиппова О.В., Шамис В.А., Эльяшев Я.Д. Моделирование влияния шумовых факторов на точность измерения координат звезд // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2021б. Т. 18. № 1. С. 61–69. doi: 10.21046/2070-7401-2021-18-1-61-69
  14. Аванесов Г.А., Шамис В.А., Эльяшев Я.Д. Моделирование изображений звездного неба в задачах наземной отработки датчиков ориентации // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2021в. Т. 18. № 2. С. 82–94. doi: 10.21046/2070-7401-2021-18-2-82-94
  15. Зиман Я.Л., Томилова А.А. Определение ориентации космических аппаратов по снимкам звезд // Космич. исслед. 1969. Т. 7. № 2. С. 291–298.
  16. Телевизионные исследования Фобоса / Ред.: Аванесов Г.А., Жуков Б.С., Зиман Я.Л. и др. М.: Наука, 1994. 168 с.
  17. Телевизионная съемка кометы Галлея / Ред. Сагдеев Р.З. М.: Наука, 1989. 295 с.
  18. Gaia Collaboration. Gaia Data Release 1. Summary of the astrometric, photometric and survey properties // Astron. and Astrophys. 2016. V. 595. id. A2. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201629512
  19. Gaia Collaboration. Gaia Data Release 2. Summary of the contents and survey properties // Astron. and Astrophys. 2018. V. 616. id. A1. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833051
  20. Star Catalog: Positions and Proper Motions of 258,997 Stars for the Epoch and Equinox of 1950.0 // Smithsonian Astrophys. Observatory Staff, Publ. Smithsonian Inst. Washington, D.C. 1966. V. 4. № 4652. (репринт 1971)
  21. The Hipparcos and Tycho Catalogues // ESA. 1997. ESA SP-1200.
  22. The Palomar Digital Sky Survey; VizieR, CDS. https://sites.astro.caltech.edu/~george/dposs/dposs_pop.html

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Аэрофотоаппараты АФА БА-210, адаптированные для установки на станцию Салют.

3. Рис. 2. Фототелевизионное устройство ввода изображений в ЭВМ БЭСМ-4 на базе фототелеграфного аппарата “Нева”.

4. Рис. 3. Система оптических звездных датчиков “Астро”.

5. Рис. 4. Первые звездные датчики ИКИ РАН: (а) – навигационная камера проекта Марс-96; (б) – прибор БОКЗ для МКС.

6. Рис. 5. Карта покрытия небесной сферы кадрами с четырех приборов БОКЗ-М60 КА Ресурс-П № 3 за время эксперимента.

7. Рис. 6. Фрагмент карты небесной сферы с нанесенными на нее 2500 измерениями координат звезды SAO 98456, сделанными приборами № 31 и № 32. Справа снимок звезды и ближайшей ее окрестности из Паломарского обзора.

8. Рис. 7. Фрагмент карты небесной сферы с нанесенными на нее 1500 измерениями координат пары близко расположенных звезд SAO 170196 и SAO 170794, измеренных приборами № 31 и № 32. Справа снимок этой же пары звезд из Паломарского обзора.

9. Рис. 8. Влияние звезды SAO 57469 на результаты измерений координат звезды SAO 57475. Справа снимок обеих звезд из Паломарского обзора.

10. Рис. 9. Увеличенный фрагмент карты неба, демонстрирующий влияние звезды SAO 57469 на результаты измерений координат звезды SAO 57475.

11. Рис. 10. Иллюстрация принципов формирования “Базового каталога звезд для датчиков ориентации КА”.

12. Рис. 11. Пример визуализации и проецирования микрокаталога: (а) – микрокаталог звезды HIP 59895 в небесной системе координат, программа Catalogue Guide; (б) – отображение центральной части микрокаталога звезды HIP 59895 дискретной структурной матрицы, программа Star Manager.

13. Рис. 12. Пример визуализации и проецирования микрокаталога: (а) – микрокаталог звезды HIP 57587 в небесной системе координат, программа Catalogue Guide; (б) – отображение центральной части микрокаталога дискретной структурой матрицы, программа Star Manager.

14. Рис. 13. Компьютерная реконструкция участка небесной сферы размером 8° × 8°. В центре участка микрокаталог звезды HIP 57587. Красным кружком обозначена основная звезда микрокаталога, кружками с синим центром – звезды окружения.

15. Рис. 14. Пример проецирования микрокаталога звезды HIP 57587 на матрицы приборов с разными размерами пикселей: (а) – с пикселем 5.5 мкм; (б) – с пикселем 16 мкм.

16. Рис. 15. Иллюстрация функционалов и возможностей взаимодействия программ Catalog Guide и Star Manager.


© Российская академия наук, 2024