XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва БАЛЛИСТИКО-НАВИГАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЛЁТА КА МКА-ФКИ (ПН1) А.В. Погодин, Д.А. Тучин Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 2 из 12 Малый космический аппарат для фундаментальных космических исследований МКА-ФКИ (ПН1) – первый аппарат из серии малых космических аппаратов, созданный на базе платформы «Карат». Запущен 22 июля 2012 года с космодрома Байконур. Научная аппаратура «Зонд-ПП» предназначена пассивного радиометрического зондирования Земли в дециметровом диапазоне. Масса космического аппарата около 160 кг. Международное обозначение: E. Оскулирующие элементы околокруговая солнечно-синхронная орбита ЭлементЗначениеРазм. Полуось7181,2км Наклонение98,9град Эксцентриситет0,00104 Период1,7час Высота перицентра795,6км Высота апоцентра810,6км

Организационная схема наземного баллистико-навигационное обеспечения МКА-ФКИ (ПН1) XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 3 из 12 Центр управления полетом (ЦУП-Л) находится в НПО им. С.А. Лавочкина и обеспечивает: - расчет справочной информации – исходных данных для планирования, - оперативное и долгосрочное планирование работ с КА, работ средств НКУ и ННК, - проведение сеансов связи, - прием с борта и расшифровку телеметрической информации служебных систем и научной аппаратуры, - анализ состояния бортовых систем, оперативное парирование нештатных ситуаций, - управление служебными системами КА и научной аппаратурой, - обеспечение линий связи с внешними абонентами, - обеспечение автоматизированного информационного обмена с внешними абонентами. Баллистический центр ИПМ (БЦ ИПМ) взаимодействует с ЦУП-Л и обеспечивает: - обработку траекторных измерений, - определение орбиты, - расчёт данных, необходимых для формирования массивов баллистической информации, передаваемой на борт, - расчёт целеуказаний для командно-измерительного пункта, - расчёт целеуказаний для станций приема научной информации.

Траекторные измерения XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 4 из 12 КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПУНКТ, ОАО «ОКБ МЭИ» Медвежьи Озёра, 55°51' С.Ш.., 37°57'39.360" В.Д., высота 173 м. Запросные измерения наклонной дальности и радиальной скорости. Проведение сеансов в каждой зоне видимости с углом места более 5 градусов. Требуются целеуказания для каждого сеанса, с точностью – не хуже 0,5 градуса по углу места и азимуту. ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР «Ритм», ОАО «ОКБ МЭИ» Медвежьи Озёра, 55° С.Ш.., 37° " В.Д., высота 173 м. Угломерные измерения азимута и угла места. Проведено 6 сеансов сентября 2012 г. для калибровки КИП. НАВИГАЦИОННАЯ АППАРАТУРА ПОТРЕБИТЕЛЯ, ОАО «МКБ «Компас» Аппаратура установлена на борту МКА-ФКИ (ПН1) и принимает сигналы ГЛОНАСС/GPS. Кинематические вектора положения и скорости во вращающейся гринвичской системе координат. Сеансы проводятся согласно планам (ЦУП-Л) включения аппаратуры на борту. ДВУСТРОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (TLE), NORAD На протяжении трех недель с начала пуска в TLE элементах ошибочно указывалась принадлежность измерений к конкретному КА. Этот факт ставит под сомнение возможность использования TLE в первые недели полета в случае нештатной ситуации. Одно обновление на интервале 1-2 суток. Данные обработки используются для дополнительного контроля.

Модель движения МКА-ФКИ (ПН1) XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 5 из 12 Уравнения движения: Учет влияния атмосферы Земли (ГОСТ Р ) Учет нецентральности гравитационного поля Земли (ПЗ-90-2) Учет влияния возмущений Луны и Солнца (DE423) Учет воздействия сил солнечной радиации

Обработка измерений командно-измерительного пункта XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 6 из 12 Остаточные невязки измерений наклонной дальности на интервале 7 суток, м Траекторные измерения командно-измерительного пункта в Медвежьих Озёрах - основной тип измерений. Определение орбиты в БЦ ИПМ с момента запуска МКА-ФКИ (ПН1) происходит по однопунктовой схеме. Приведён результат определения орбиты на момент 2013/01/07 10:25:51,014 МДВ, обработано измерений наклонной дальности на интервале 7 суток. Точность определения (1 сигма) начальных условий определяется ковариационной матрицей и составляет 51,5 м по положению и 0,073 м/с по скорости. Дальнейшее повышение точности возможно при уточнении модели интерпретации первичных радиотехнических измерений задержек и частот, а также учёте задержек прохождения сигнала через ионосферу и тропосферу. Оскулирующие элементы 2013/01/07 10:25:51,014 МДВ ЭлементЗначениеРазм. Полуось7179,9км Наклонение98,9град Эксцентриситет0,00175 Период1,7час Высота перицентра789,3км Высота апоцентра814,3км

Обработка измерений навигационной аппаратуры потребителя (НАП) XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 7 из 12 НАП разработана в «МКБ «Компас», которая использует сигналы ГЛОНАСС и GPS для определения положения и скорости центра масс МКА-ФКИ (ПН1) гринвичской вращающейся СК. Алгоритмы НАП не содержат орбитальной механики движения КА и основаны на обработке одномоментных измерений. Результаты определения пересылаются на Землю и обрабатываются в БЦ ИПМ. Приведен пример обработки векторов НАП на интервале 3 суток с 6 по 9 декабря 2012 г. Точность определения (1 сигма) начальных условий определяется ковариационной матрицей и составляет 11,4 м по положению и 0,012 м/с по скорости. Необходимо обрабатывать вектора НАП, как измерения и увязывать их законами движения КА. Это подтверждается проведенными расчетами по оценке точности прогноза единичного вектора НАП на 15, 30 и 60 минут Оскулирующие элементы 2012/12/09 09:47:49,038 МДВ ЭлементЗначениеРазм. Полуось7180,1км Наклонение98,9град Эксцентриситет0,00119 Период1,7час Высота перицентра793,5км Высота апоцентра810,6км Остаточные невязки измерений вектора положения, м Остаточные невязки измерений вектора скорости, м/с ИнтервалX, мY, мZ, мVx, м/сVy, м/сVz, м/с 15 минут минут минут

Обработка измерений фазового пеленгатора «Ритм» XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 8 из 12 Остаточные невязки измерений угла места, град Остаточные невязки измерений азимута, град Измерения фазового пеленгатора «Ритм», разработанного в «ОКБ МЭИ» привлекались на этапе калибровки КИП в Медвежьих Озёрах. Измеряемыми величинами являются азимут и угол места. Приведен пример обработки измерений на интервале 2 суток с 15 по 17 сентября 2012 г. В ходе обработки сеансы 1 и 4 исключены из дальнейшей обработки как аномальные. Точность определения (1 сигма) начальных условий определяется ковариационной матрицей и составляет 164 м по положению и 0,344 м/с по скорости. Оскулирующие элементы 2012/09/17 09:43:56,000 МДВ ЭлементЗначениеРазм. Полуось7180,5км Наклонение98,9град Эксцентриситет0,00204 Период1,7час Высота перицентра787,7км Высота апоцентра817,0км

Обработка двустрочных элементов TLE XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 9 из 12 Измерения двустрочных элементов TLE публикуются в сети Интернет. Элементы содержат данные для расчета положения и скорости спутника в аналитической модели SGP-4. Номер TLE в каталоге объектов: Одно обновление на интервале 1-2 суток. На протяжении трех недель с начала пуска в TLE элементах ошибочно указывалась принадлежность измерений к конкретному КА. Этот факт ставит под сомнение возможность использования TLE в первые недели полёта в случае нештатной ситуации. В БЦ ИПМ по модели SGP-4 насчитываются кинематические вектора положения и скорости МКА-ФКИ (ПН1) с частотой 10 штук на периоде. Эти вектора обрабатываются как измерения. Происходит согласование модели. В качестве примера приведен пример обработки восьми наборов TLE на интервале 8 суток. Точность определения (1 сигма) начальных условий определяется ковариационной матрицей и составляет 103,7 м по положению и 0,113 м/с по скорости. Данные обработки используются для дополнительного контроля. Остаточные невязки измерений вектора положения, м Остаточные невязки измерений вектора скорости, м/с Оскулирующие элементы 2013/01/21 21:41:24,688 МДВ ЭлементЗначениеРазм. Полуось7191,1км Наклонение98,9град Эксцентриситет0,00119 Период1,7час Высота перицентра799,5км Высота апоцентра826,3км

Выводы (определение орбиты МКА-ФКИ (ПН1) по данным траекторных измерений) XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 10 из 12 Баллистико-навигационное обеспечение полёта МКА-ФКИ (ПН1) функционирует в штатном режиме. Отлажено взаимодействие ЦУП-Л и БЦ ИПМ. Определение орбиты с момента запуска осуществлялось только по измерениям КИП в Медвежьих Озёрах. Привлечение дополнительной измерительной информации осуществлялось только в целях повышения точности измерительного пункта. Точность определения орбиты: Тип измеренийСКО по положению, мСКО по скорости, м/с Наклонная дальность, КИП51, Кинематические векторы, НАП11, Азимут и угол места, ФП «Ритм»164, Двустрочные элементы TLE, NORAD103, Необходимо обрабатывать вектора НАП, как измерения и увязывать их законами движения КА. Это подтверждается проведенными расчетами по оценке точности прогноза единичного вектора НАП. При использовании TLE для определения орбиты КА и проведения научных экспериментов необходимо учитывать возможность недостоверности данных или их отсутствие.

Схема построения комплекса программ баллистико-навигационного обеспечения МКА-ФКИ (ПН1) XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 11 из 12

XXXVII Чтения по космонавтике января - 01 февраля Москва слайд 12 из 12 Официальный сайт : Сайт БЦ ИПМ : Орбита МКА-ФКИ (ПН1): Спасибо за внимание!