CC BY
13
УДК 519.8
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-326-332
СПОСОБЫ РАЗМЕЩЕНИЯ, СОСТАВ И СТРУКТУРА РУБЕЖА ОБНАРУЖЕНИЯ АСТЕРОИДОВ, ФОРМИРУЕМОГО СРЕДСТВАМИ ЛУННОГО БАЗИРОВАНИЯ
Е.П. Минаков, М.А. Александров, А.М. Зубачев
Необходимость решения проблемы борьбы с астероидной опасностью делает актуальным создание соответствующих средств обнаружения, составной частью которой является задача выявления возможных мест их расположения и оценивания соответствующих эффектов. При этом в настоящее время практически не оценены возможностей по использованию поверхности Луны для размещения средств обнаружения астероидов. Это делает актуальным проведение исследований с целью выявления концептуальных подходов к определению способов размещения указанных средств на поверхности Луны или ее части, определения характеристик рубежа обнаружения астероидов, формируемого средствами лунного базирования. К основным результатам исследований могут быть отнесены способы стационарного размещения средств обнаружения астероидов на поверхности Луны, а также состав зон и структура рубежа обнаружения астероидов, в соответствии с которыми могут быть определены исходные данные и границы последующих исследований.
Ключевые слова: луна, астероид, средство обнаружения астероида, зона обзора, зона обнаружения, рубеж обнаружения астероидов.
В настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом активно исследуются возможности использования Луны для практических нужд человечества [1-3]. В то же время проблема использования спутника нашей планеты для обеспечения безопасности жизнедеятельности людей исследована в недостаточной степени. Это, в частности, относится к оцениванию возможностей использования Луны для борьбы с астероидной опасностью [4-8]. По мнению генерального директора Роскосмоса Дмитрия Рогозина, сейчас нет средств способных защитить Землю от астероидов и для полноценного мониторинга этих объектов нужны телескопы на Луне [9]. Складывающаяся ситуация делает актуальными исследования возможностей обнаружения астероидов при размещении системы соответствующих средств на поверхности Луны, решение которой базируется на анализе и формировании соответствующих способов.
Особенностями Луны являются сравнительно большая удаленность от поверхности Земли, постоянство ориентации ее одной стороны к Земле, практически полное отсутствие атмосферы (410-5 молекул/см3), небольшая полная поверхность (38 млн. км2), сложный рельеф поверхности (наличие горных хребтов, цирков, кратеров), высокие температуры и значительные их перепады (от 119,7 К до 373,6 К) [10]. Ряд указанных особенностей благоприятствует размещению средств наблюдения астероидов на ее поверхности, другие - затрудняют, Однако ясно, что на поверхности Луны средства обнаружения астероидов (СОА) могут быть размещены только стационарно.
В качестве СОА могут быть использованы телескопы различных диапазонов, аналогичные телескопам LSST, Neocam, A3T-33 ВМ, имени Э.Хаббла, «Гершель», имени Дж. Уэбба, UVOT, «Чандра», FAST и ряд других [11-17], нахождение на поверхности Луны которых имеет преимущества перед расположенными на Земле:
1) отсутствие влияния на качество получаемых изображений атмосферной турбулен-
ции;
2) наличие более широкого диапазона электромагнитных волн (от ультрафиолетовых до инфракрасных);
3) возможность наблюдения гораздо более слабых объектов из-за меньшего рассеяния света за пределами атмосферы.
Анализ технических характеристик телескопов показывает, что основными из них для определения способа размещения, состава и структуры рубежа обнаружения астероидов (РОА), формируемого СОА лунного базирования и представляющего собой пространственно-временную область, в пределах которой должно происходить обнаружение астероидов, являются предельная дальность обнаружения астероидов - d и половина угла поля зрения - у.
Постановка задачи. В рамках разработки концептуальных подходов к размещению СОА на поверхности Луны можно положить, что
326
она представляет собой шар с равномерным распределением масс радиуса Rл = 1738
км;
атмосфера полностью отсутствует;
температура на ее поверхности позволяют размещать и использовать СОА; технические характеристики телескопов одинаковы: d = const, у = const; пространственные размеры средств обнаружения астероидов не учитываются и они рассматриваются как материальные точки.
Требуется при заданных d и у выявить возможные способы размещения, состав и структуру РОА, формируемого соответствующими средствами лунного базирования.
Анализ возможных подходов к размещению средств обнаружения астероидов на поверхности Луны. Указанные технические характеристики определяют зону видимости (ЗВ) СОА, представляющую собой шаровый сектор, в пределах которого СОА может быть обнаружен движущийся астероид и измерены некоторые его навигационные параметры [18].
С точки зрения взаимного расположения ЗВ в качестве базовых могут быть указаны три подхода к размещению СОА на поверхности Луны:
1) равномерное распределение СОА с пересекающимися, начиная с некоторой высоты, ЗВ (рис.1.а);
2) равномерное их распределение с касающимися на предельно возможной высоте ЗВ
(рис.1.б);
3) неравномерное распределение СОА, когда могут иметь место пересечения, касания ЗВ и разрывы между ними (рис.1.в).
Рис. 1. Варианты взаимного расположения ЗВ
Если обозначить через Mi множество точек ЗВ i-го СОА, то объединение этих множеств образует в космическом пространстве (КП) относительно центра Луны РОА, который может состоять из
1) непрерывных областей, когда существуют подмножества М1 с Mi: n М1 Ф 0 для всех СОА;
2) разрывных областей, когда хотя для пары средств n Mi = 0.
В соответствии с этим РОА, существующий на заданном интервале времени, может включать в себя как пересекающиеся в КП, так и непересекающиеся ЗВ СОА.
При пересечении ЗВ СОА, расположенных на одной и той же дуге большого круга сферы радиуса Rn, в пределах РОА возможно существование зон КП, приведенных в табл.1.
Таблица 1
Существующие зоны КП_
Тип Наименование Составные части
1 зона ближнего разрывного обнаружения разрывные области однократного обзора КП
2 зона ближнего непрерывного обнаружения непрерывные области однократного обзора КП + разрывные области двукратного обзора КП
3 зона непрерывного многократного обнаружения непрерывные области не менее, чем двукратного обзора КП
4 зона дальнего непрерывного обнаружения непрерывные области однократного обзора КП + разрывные области двукратного обзора КП
5 зона дальнего разрывного обнаружения разрывные области однократного обзора КП
На рис.2 приведено графическое изображение зон РОА.
Рис. 2. Зоны РОА
В пределах областей не менее, чем двукратного обзора КП может быть реализован метод космической триангуляции [19], оценки применимости которого даны в табл.2.
Таблица 2
Оценка применимости метода космической триангуляции_
Тип зоны Применимость метода космической триангуляции
пространственная временная
1 отсутствует отсутствует
2 для областей двукратного обзора КП периодическая
3 для всей зоны непрерывная
4 для областей двукратного обзора КП периодическая
5 отсутствует отсутствует
Для областей однократного обзора КП в настоящее время разрабатываются альтернативные методу космической триангуляции подходы [20].
Размещение СОА с пересекающимися ЗВ на одной дуге, принадлежащей плоскости, проходящей через центр Луны, образует цепочку СОА. На рис.3 на виде сверху изображена пересекающиеся одноразмерные ЗВ СОА, образующих цепочку.
Цепочка СОА с пересекающимися ЗВ образует полосу, являющейся проекцией непрерывной области не менее, чем однократного обзора КП на поверхность Луны. Так как каждая пара плоскостей цепочек СОА пересекается по одной линии, то для обеспечения безразрывного обзора КП любая пара полос должна как минимум соприкасаться в точках развернутых на угол л/2 относительно указанной линии. Очевидно, что в окрестностях линии пересечения полосы всегда пересекаются.
Альтернативным цепочкам СОА является подход их размещения в вершинах сферических треугольников таким образом, чтобы ЗВ трех СОА касались на предельной высоте от поверхности Луны (рис.4).
Для однотипных СОА такие треугольники являются равносторонними. В случае примыкания их сторон образуются непересекающиеся области только двукратного обзора КП.
Недостатком как того, так и другого расположения СОА является, в первую очередь, их очень большое количество для обнаружения астероидов в шаровом РОА. Для сокращения числа СОА можно перейти
1) к их зональному расположению СОА без обзора направления на Землю;
2) к глобальному или зональному разрывному расположению СОА.
Анализ возможных способов ориентации осей визирования средств обнаружения астероидов. Можно предложить четыре основных варианта ориентации осей визирования СОА:
- с вертикальной ориентацией всех этих осей в Зенит (рис.5.а);
- с одно ориентированными по азимуту и углу места осями в топоцентрических системах в точках стояния (рис.5.б);
- с различной ориентацией осей визирования в топоцентрических системах в точках стояния (рис.5.в);
- с попарно встречной ориентацией осей визирования и пересекающимися ЗВ с образованием зон i-кратного обзора (рис.5.г).
Рис. 5. Основные варианты ориентации осей визирования СОА
Представленные подходы позволяют указать основные способы размещения стационарных СОА с одинаковыми техническими характеристиками по d и у, которые по своим геометрическим характеристикам могут быть реализуемы на поверхности Луны в рамках принятых допущений (табл.3).
Таблица 3
Варианты ориентации осей_
Подход к размещению вариант ориентации осей
с вертикальной ориентацией осей визирования в Зенит с одно-ориентированными по азимуту и углу места осями визирования с разно-ориентированными по азимуту и углу места осями визирования с попарно встречной ориентацией осей визирования и пересекающимися ЗВ
1 2 3 4
равномерное распределение СОА с пересекающимися ЗВ реализуем реализуем не реализуем реализуем
Окончание таблицы 3
вариант ориентации осей
с вертикальной ориентацией осей визирования в Зенит с одно- с разно- с попарно встреч-
Подход к размещению ориентированными по азимуту и углу ориентированными по азимуту и углу ной ориентацией осей визирования и
места осями визиро- места осями визиро- пересекающимися
вания вания ЗВ
1 2 3 4
равномерное распреде-
ление СОА с касающи- реализуем не реализуем не реализуем не реализуем
мися ЗВ
равномерное распреде-
ление СОА с разрывами реализуем реализуем реализуем не реализуем
между ЗВ
неравномерное распре-
деление СОА с пересе- реализуем реализуем реализуем реализуем
кающимися ЗВ
неравномерное распре-
деление СОА с касаю- не реализуем не реализуем реализуем реализуем
щимися ЗВ
неравномерное распре-
деление СОА с разры- реализуем реализуем реализуем реализуем
вами между ЗВ
Следует отметить, что основным недостатком предлагаемых способов с равномерным размещением СОА является не учет сложного рельефа поверхности Луны, что является дальнейшим направлением исследований и проведений вычислительных экспериментов.
Заключение. Разработанные способы размещения, состав и структура РОА, формируемого средствами лунного базирования, позволяют осуществлять
1) разработку математических моделей и определение углового расстояния между точками стояния на поверхности Луны однотипных СОА и их количества для формирования РОА;
2) разработку математических моделей и оценивание вероятности пролета астероида через РОА, образуемый совокупностью соответствующих средств;
3) оценивание эффектов зонального расположения СОА на поверхности Луны;
4) формирование предложений по расположению СОА с целью повышения соответствующей эффективности.
Список литературы
1. Популярная механика. Лунная сенсация. PopMech (25 сентября 2009) [Электронный ресурс] URL: https://www.popmech.ru/article/5981-lunnaya-sensatsiya (дата обращения: 10.02.2020).
2. LCROSS Impact Data Indicates Water on Moon NASA (14 ноября 2009). Архивировано 9 февраля 2012 года. [Электронный ресурс] URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1270204 (дата обращения: 10.02.2020).
3. Популярная механика. Окончательное доказательство: ...И снова о воде.. PopMech (20 ноября 2009). [Электронный ресурс] URL: http://wiki-org.rn/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1% 86%D0%B8%D1%8F %D0%9B%D1%83%D0%BD%D1%8B (дата обращения: 10.02.2020).
4. Иванов В.Л., Меньшиков В.А., Пчелинцев Л.А., Лебедев В.В. Космический мусор. Проблемы и пути ее решения. T.I. М.: Патриот, 1996. 306 с.
5. Шустов Б.М., Рыхловой Л.В. Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра. М.: Физматлит, 2010. 384 с.
6. Asteroid Impact Deflection Assessment AIDA study // ESA. 26 February 2015. Retrieved 17 June 2015. [Электронный ресурс] URL: https://web.archive.org/web/20150607004851/http://www.esa.int/0ur Activities/Space Engineering Technology/NEO/Asteroid Impact Deflection Assessment AIDA study (дата обращения: 10.02.2020).
7. Asteroiddeflection mission seeks smashing ideas // ESA. 15 January 2013. Retrieved 17 June 2015. [Электронный ресурс] URL: https://web.archive.0rg/web/20150621202033/http://www.esa.int/0ur Activities/Space Engineering Technology/NEO/Asteroid deflection mission seeks smashing ideas (дата обращения: 10.02.2020)
8. Константиновская Л.В. Прогноз и предотвращение кометно-астероидной опасности // [Электронный ресурс] URL: http://www.astronom2000.info/different/pipao/ (дата обращения: 11.09.2020).
9. Аргументы недели за 29 августа 2021 [Электронный ресурс] URL: https://argumenti.ru/society/2021/08/736101 (дата обращения: 11.09.2020).
10. Инженерный справочник по космической технике. М.: Воениздат, 1969. 496 с.
11. Freedman W.L., Madore B.F., Gibson B.K., Ferrarese L., Kelson D.D., Sakai S., Mould J R., Kennicutt R.C., Jr., Ford H.C., Graham J.A., Huchra J.P., Hughes S.M.G., Illingworth G.D., Macri L.M., Stetson P.B. Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant (англ.) // The Astrophysical Journal. IOP Publishing, 2001. May (vol. 553, iss. 1). P. 47-72. doi:10.1086/320638.
12. Nancy Grace Roman. Exploring the Universe: Space-Based Astronomy and Astrophysics (англ.) // NASA SP-2001-4407: Exploring the Unknown: Selected Documents in the History of the US Civil Space Program. - Washington, DC, 2001. vol. 5. P. 501.
13. Jedrzejewski R.I., Hartig G., Jakobsen P., Crocker J.H., Ford H.C. In-orbit performance of the COSTAR-corrected Faint Object Camera (англ.) // The Astrophysical Journal. - IOP Publishing, 1994. November, vol. 435, no. 1. P. L7-L10. doi:10.1086/187581.
14. Spitzer, Lyman, Jr. History of the Space Telescope (англ.) // Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society. 1979. March (vol. 20). P. 29-36.
15. Zimmerman R.F. The Universe in a Mirror - The Saga of the Hubble Space Telescope and the Visionaries Who Built It. - Princeton UP (2008, 2010). 287 p.
16. Andrew J. Dunar, Stephen P. Waring, United States. National Aeronautics and Space Administration. History Office. Power to explore: a history of Marshall Space Flight Center, 19601990. - National Aeronautics and Space Administration, NASA History Office, Office of Policy and Plans, 2000. 713 с.
17. Hermann Oberth. The Rocket into Planetary Space. Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2014.100 с.
18. Основы теории полета космических аппаратов. Под ред. Нариманова Г.С., Тихо-нравова М.К. М.: «Машиностроение», 1972. 608 с.
19. Микиша А.М. Космические методы в геодезии. М.: «Знание», 1983. 54 с.
20. Шефер В.А. Новый метод определения орбиты по двум векторам положения, основанный на решении уравнений Гаусса // Астрономический вестник, 2010. Т. 44. №3. С. 273288.
Минаков Евгений Петрович, д-р техн. наук, профессор, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Александров Максим Андреевич, канд. техн. наук, старший преподаватель, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Зубачев Алексей Михайлович, канд. воен. наук, заместитель начальника кафедры, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
METHODS, COMPOSITION AND STRUCTURE OF ASTEROID DETECTION BOUNDARY
FORMED BY LUNAR-BASED MEANS
E.P. Minakov, M.A. Aleksandrov, A.M. Zubachev
The need to solve the problem of combating asteroid danger makes it relevant to create appropriate detection tools, the integral part of which is the task of identifying their possible locations and assessing the corresponding effects. At the same time, at present, there are practically no possibilities for using the lunar surface to place asteroid detection tools. This makes it relevant to conduct studies with the aim of identifying conceptual approaches to determining the methods of placing said means on the surface of the Moon or its part, determining the characteristics of the asteroid detection
331
boundary formed by lunar-based means. The main results of the research may include methods for stationary placement of asteroid detection devices on the surface of the Moon, as well as the composition of the zones and the structure of the asteroid detection boundary, according to which the initial data and the boundaries of subsequent studies can be determined.
Key words: moon, asteroid, asteroid sensor, review zone, detection zone, boundary of detection of asteroids.
Minakov Evgenii Petrovich, doctor of technical sciences, professor, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Aleksandrov Maksim Andreevich, candidate of technical sciences, senior lecturer, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Zubachev Alexey Mihailovich, deputy head of the department, candidate of military sciences, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky
УДК 621.833
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-332-339
МОДЕЛЬ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ ПОДСИСТЕМЫ ОЦЕНИВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ИНТЕРОПЕРАБЕЛЬНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Д.А. Мосин, И.В. Левко, Р.И. Горяинов
Статья посвящена исследованию вопросов оценивания технического состояния интероперабельных автоматизированных систем специального назначения (АССН). В основу модели оценивания положена разработанная авторами методика оценивания технического состояния интероперабельных автоматизированных систем специального назначения.
Ключевые слова: методика оценивания, техническое состояние, интероперабельные автоматизированные системы, моделирование систем.
В настоящее время опубликован ряд статей, посвященных вопросам оценивания технического состояния интероперабельных автоматизированных систем [1...3]. В ГОСТ Р 550622012 определена эталонная модель интероперабельности, которая содержит три уровня: технический, семантический, организационный (бизнес-процессов). В данной статье рассмотрены вопросы построения моделей иерархических структур подсистем оценивания технического состояния интероперабельных автоматизированных систем на первом (техническом) уровне.
Исходя из информационной сущности любой системы, модель оценивания технического состояния интероперабельных автоматизированных систем целесообразно задавать множествами входов и выходов.
На входы поступает информация о процессах и параметрах в элементах интероперабельных АССН, которая требуется для оценивания ее технического состояния, а также организации эксплуатации. Обычно источником первичной информации о параметрах и процессах в интероперабельных АССН, являются данные, считываемые с баз данных управляющей информации (М1В), встраиваемых каждым производителем оборудования. Информация на вход подсистемы оценивания поступает с некоторой периодичностью. При реальной эксплуатации интероперабельных АССН информация поступает на входы в произвольные моменты времени. При этом входы иерархической подсистемы оценивания можно задать параметрами определенного вида случайных потоков данных. В силу влияния на интероперабельные АССН множества случайных факторов и предумышленных деструктивных воздействий нарушителей (противника), кроме текущей информации на входы подсистемы оценивания воздействуют случайные и преднамеренные аддитивные или мультипликативные сигналы, искажающие текущую информацию о техническом состоянии АССН. При создании интероперабельных АССН на основе современных инфокоммуникационных систем и сетей специального назначения, являющимися результатом конвергенции телекоммуникационных сетей и информационных систем, возникает
332
