1. Требования

Для обеспечения научной программы требуется высокая точность знания орбитальных параметров КА Радиоастрон. В настоящее время мы не испытываем каких-либо проблем, связанных с точностью прогнозирования орбиты в интересах:

• долгосрочного и краткосрочного планирования научных экспериментов;
• закладки навигационной информации на борт аппарата для наведения остронаправленной антенны;
• выдачи целеуказаний для наземных станций наблюдения;
• расчета параметров маневров.

Основная трудность – реконструкция орбиты, необходимая для обеспечения корреляции интерферометрических измерений. 

2. Трудности

С точки зрения навигационного обеспечения КА «Спектр- Р» является сложным аппаратом. В ходе полета давление солнечной радиации по-разному действует на элементы поверхности КА и приводит к возникновению моментов сил относительно центра масс КА. Заданная ориентация аппарата удерживается системой маховиков (электромаховичных исполнительных органов – ЭМИО). Длительное воздействие возмущающих моментов одного направления приводит к постоянному увеличению угловой скорости маховиков, что, в свою очередь, вызывает необходимость их разгрузки – уменьшения угловой скорости вращения путем включения двигателей системы ориентации. Отсутствие моментной схемы ориентации приводит к возмущению движению центра масс КА. Как правило, приращение скорости, вызванное такими возмущениями, за сутки составляет величину 3-7 мм/сек. Накопленное в течение суток координатное смещение составляет 300-600 м. что в несколько раз превышает точность радиотехнических измерений дальности. Протяженность интервала измерений, используемых при обработке для уточнения параметров орбиты должна составлять не менее одного полного витка. В течение этого периода сеансы разгрузки ЭМИО будут проведены несколько раз, поэтому движение КА на этом участке не может рассматриваться как пассивное. Из сказанного следует, что модель движения должна учитывать возмущения, возникающие вследствие работы двигателей системы ориентации в сеансах разгрузки ЭМИО. Продолжительность сеанса разгрузки невелика (предположительно менее 5 минут), поэтому возмущающие воздействия на движение центра масс аппарата могут рассматриваться как мгновенные импульсы изменения скорости, приложенные к середине интервала времени проведения сеанса. необходимо возможно более точно оценивать с использованием всей доступной информации.

3. Для определения параметров движения аппарата мы используем следующие виды измерений:

• измерения дальности и смещения доплеровской частоты служебной РТС на антеннах в Уссурийске и Медвежьих озерах (two-way Doppler);
• беззапросные измерения смещения доплеровской частоты, полученные в ходе приема научной информации по высокоинформативному каналу в Пущино;
• угловые оптические измерения прямых восхождений с склонений КА, полученные телескопами системы НСОИ АФН;
• лазерные измерения дальности станциями (ILRS) Международной службы лазерной локации;
• данные о работе двигателе аппарата в ходе разгрузки ЭМИО, проученные в составе ТМ.

4. Дополнительные трудности

В ходе полета были выявлены ряд дополнительных проблем, часть которых ожидалась, а некоторые оказались непредвиденными:

• измерения служебных систем в Уссурийске и медвежьих озерах содержат систематические ошибки и нуждаются в дополнительной калибровке. В настоящее время проведены калибровка этих измерений на КА Электро и путем сравнения с измерениями станций лазерной дальнометрии. Часть ошибок уже устранена путем внесения изменения в расчетную модель, а часть будет устранена после доработки аппаратуры;
• РадиоАстрон является первым аппаратом с установленными уголковыми отражателями, удаляющийся на расстояния, сопоставимые с лунными.

Для проведения лазерных измерений необходимо обеспечить специальную ориентацию аппарата (плоская панель с уголковыми отражателями должна быть направлена на измерительную станцию). Это не всегда возможно из-за имеющихся ограничений освещенность элементов конструкции Солнцем.

Из-за плохой погоды и неготовности технических средств многие станции лазерной дальнометрии до сих пор не смогли получить измерения, несмотря на предпринятые усилия.

На сегодняшний день лазерные измерения РадиоАстроном получены только от французской обсерваторией Observatoire de la C te d’Azur и от Специализированного лазерного оптический локатора контроля космического пространства (ЛОЛ ККП) на Северном Кавказе. В таблице 1 приведены сведенья обо всех успешно проведенных сеансах.

Таблица 1

Условия в мае-августе 2012 года неблагоприятны для проведения сеансов лазерной дальнометрии. Так в мае запланировано всего 4 сеанса лазерной дальнометрии, в июне – 2.

Следующая проблема – динамическая модель движения аппарата. Мы располагаем достаточно точной моделью движения на пассивном участках траектории. Эта модель учитывает:

• влияния нецентральности гравитационного поля Земли в форме разложения гравитационного потенциала по сферическим функциям до гармоники 75x75 (модель EGM-96);
• влияния гравитации Луны, Солнца и планет;
• влияния давления солнечной радиации, учитывающего изменение ориентации аппарата;
• влияние атмосферы (динамическая модель ГОСТ-2004).

Возмущающее влияние работы двигателей системы стабилизации в ходе сеансов разгрузки маховиков учитывается на основе данных ТМ, содержащих информацию о включении двигателей. Анализ фактических возмущений движения аппарата по данным траекторных измерений показал, что реальные возмущения могут отличаться от данных ТМ на 20-30%.

Перечисленные проблемы ограничивают точность определения параметров движения аппарата и мы предпринимает усилия для того чтобы их преодолеть.

5. Перспективы: 

• проведены несколько сеансов юстировки измерительных систем в Уссурийске и в Медвежьих озерах на КА «Электро-Л». Проведен анализ качества работы штатных средств на осве сравнения с данными лазерных измерений. Часть систематических ошибок устранена, часть будет устранена путем доработки аппаратуры приема сигнала на антенне в Медвежьих озерах;
• в настоящее время проводится доработка программного обеспечения и аппаратуры на станции ЛОЛ ККП на Северном Кавказе
• проводится доработка аппаратуры на станции лазерной локации в Семеизе (Украина);
• предпринимаются усилия, чтобы получать измерения от австралийских станций.

На рис 1. синим цветом отмечены интервалы, где проведение лазерной дальнометрии возможно. Как видно из рисунка возможности для проведения лазерной локации е Европе восстановятся в сентябре.

Рис. 1. Возможные интервалы проведения лазерной дальнометрии.

Мы надеемся, что ситуация с проведением лазерных измерений улучшится.

6. По поводу улучшению динамической модели

Имеющиеся в составе ТМ данные о скорости вращения маховиков могут дать дополнительную информацию о приращении скорости центра масс КА в сеансах разгрузки. В ходе разгрузки аппарат удерживает свою ориентацию в пространстве, используя двигатели системы стабилизации. Зная угловые скорости накопленные маховиками к моменту разгрузки  и  после нее, можно определить приращение суммарного кинетического момента:

  ,

где   – единичный вектор, направленный вдоль оси i-го маховика, i=1,..,m;
 – его момент инерции;
  – его угловая скорость.

Это приращение передается космическому аппарату и должно быть полностью скомпенсировано двигателями стабилизации, которые обеспечивают неподвижность аппарата в инерциальном пространстве. Таким образом мы получаем независимую дополнительную информацию о работе двигателей в ходе сеанса разгрузки.

В настоящее момент мы разрабатываем методику улучшения динамической модели движения, с использованием этой информации.

Надеемся, что указанные мероприятия обеспечат требуемую точность орбитальных данных для выполнения научной программы.

Презентации докладов:

• G.K. Borovin, M.V. Zakhvatkin, Yu.N. Ponomarev, V.A. Stepanyants  "Orbit determination in "Radioastron" missione" (Pushino, 2012) (файл Microsoft PowerPoint, 2 Мб)
   
• G.K. Borovin, M.V. Zakhvatkin, Yu.N. Ponomarev, V.A. Stepanyants "Possibility of EarthQQQs and MoonQQQs gravity fields determination from Radioastron orbital data" (файл Abobe PDF, 175 Кб)