ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРБИТЫ ОПАСНОГО АСТЕРОИДА АПОФИС ПО ОПТИЧЕСКИМ ИЗМЕРЕНИЯМ КОМПЛЕКСА «НЕБОСВОД»

© П.Гуо, В.В.Ивашкин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2018 г.

В работе рассмотрена задача определения параметров орбиты опасного астероида типа Апофис по оптическим измерениям космического комплекса «Небосвод» [1], даны оценки точности навигации. Предполагается, что с космических аппаратов данного комплекса выполняется визирование неба, опознавание звезд и астероида, определение положения астероида на фоне звезд, расчет углов – прямого восхождения α и склонения δ, определяющих линию визирования КА-астероид и принимаемых за измерения, на основе которых определяется орбита астероида. При этом рассмотрены варианты «ближних» космических аппаратов, движущихся по геосинхронным орбитам, а также «дальних» космических аппаратов, размещаемых на гелиоцентрической орбите Земли на расстоянии от нее ~ 40 млн. км [2].

Исследованы два участка полета астероида. На первом участке имеем «пролетный» вариант орбиты Апофиса, до его сближения с Землей в 2029 г. [3]. При этом предполагается, что измерения и навигация начинаются с момента достижения расстояния ~100 млн. км от Земли в 2028 г. и продолжаются до подлета к Земле в апреле 2029 г. На втором участке астероид движется в соответствии с модельным, «попадающим» в Землю в 2036 г. вариантом его орбиты [4]. Здесь принимается, что измерения и навигация начинаются после сближения астероида с Землей в 2029 г. и продолжаются до их столкновения в апреле 2036 г.

Разработан алгоритм определения орбиты астероида по указанным оптическим измерениям с борта КА комплекса «Небосвод». Он состоит из двух частей. Сначала на основе нескольких бортовых измерений прямого восхождения α и склонения δ определяется начальное приближение для элементов орбиты астероида с помощью классического метода Гаусса – перехода от угловых координат к радиус-векторам. Затем, после набора некоторого достаточного числа измерений, выполняется статистическая обработка измерений и производится уточнение элементов орбиты. За основу этого алгоритма уточнения элементов орбиты астероида взята универсальная методика метода наименьших квадратов обработки результатов измерений. Анализ сделан для двух указанных участков полета астероида. Выполнено моделирование процесса измерений и определения параметров орбиты астероида для точности угловых измерений 0.2 угл. с. и 0.02 угл. с. при наличии случайных и систематических ошибок этих измерений. Получены оценки точностей определения параметров орбиты астероида Апофис, в том числе – по вектору прицельной дальности у Земли, перигейному расстоянию и времени прохождения перигея, а также, для второго участка полета астероида, – по географическим координатам (долготе и широте) точки падения астероида на поверхность Земли и по времени этого столкновения. Проанализировано влияние на программу измерений условий видимости астероида при учете возможного затенения Луной и Землей, а также засветки Солнцем. Для оценки точностей навигации использованы два метода – аналитический, с помощью ковариационной матрицы ошибок, и численный метод статистических испытаний «Монте-Карло». Выполненное моделирование показало близость результатов этих методов. Исследовано влияние на точность навигации параметров программы измерений – мерного интервала, интервала времени между измерениями, вариантов использования измерений с разных КА комплекса «Небосвод». Анализ показал довольно хорошие точности определения орбиты опасного астероида на основе оптических измерений, получаемых с помощью космического комплекса «Небосвод».

Ключевые слова: астероид, Апофис, астероидно-кометная опасность, космический комплекс «Небосвод», обнаружение опасного астероида, оптические измерения, ошибки измерений, орбита астероида, определение орбиты астероида, точность навигации.

Литература

1. Кулешов Ю.П., Егоров В.Л., Мисник В.П. и др. Принципы и основные технические решения создания астрономического космического комплекса обнаружения и определения параметров движения опасных для Земли астероидов и комет (комплекс «Небосвод») // Экологический вестник научных центров ЧЭС. 2013. № 4. Т. 2. C. 89–97.

2. Емельянов В.А., Меркушев Ю.К. Точность определения орбит малых ОНТ с помощью двух космических телескопов, размещенных на орбите Земли. // Сб. трудов конф. «Околоземная астрономия – 2005», 19–24 сентября 2005 г., г. Казань, 2005, с. 102–108.

3. Ивашкин В.В., Гуо П. Оценка точности определения параметров орбиты опасного астероида по оптическим измерениям комплекса "Небосвод" // Изв. Вузов. Физика. 2016. Т. 59, № 10/2. C. 51–56.

4. Ивашкин В.В., Стихно К.А., Гуо П. О структуре множества вероятных траекторий соударения астероида Апофис с Землей в 2036 г. // ДАН. 2017. Том 475, № 4. С. 389–394.