Способ наблюдения земной поверхности из космоса

 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании космических систем для получения видовой информации о наземных объектах. Сущность изобретения: один или более искусственных спутников выводят на круговую кратно-синхронную орбиту ненулевого наклонения, определяемого из соотношения τ = arccos (n/m),, где m и n - соответственно числа драконических периодов обращения спутника и эффективных (с учетом регрессии линии узлов) периодов вращения Земли в периоде повторяемости трассы спутника, причем разность данных чисел выбирают нечетной, а изображения на борту спутника получают в течение времени, не меньшего вышеуказанного периода повторяемости, в полосе обзора с шириной 180^o/m. В предлагаемом способе достигается уменьшение потребной для каждого спутника ширины полосы обзора (ведущее к повышению качества получаемой видеоинформации) при заданном числе спутников, необходимых для обеспечения беспропускного обзора поверхности Земли. 8 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть применено при создании космических систем для получения видовой информации о наземных объектах.

Известны способы получения видовой информации о наземных объектах, включающие формирование спутниковой системы обзора Земли, например, на полярных орбитах в одной плоскости так, что полосы обзора входящих в систему космических аппаратов (КА) покрывают межвитковый интервал долгот Δλ_мв без разрывов в течение одного оборота КА вокруг Земли [1] При этом, сдвиг полосы обзора между соседними КА равен ширине Δλ_ϕ полосы обзора, вычисленной по экватору согласно формуле где Т_зв звездные сутки (86164 с); ΔT время поворота Земли на угол Δλ_ϕ при ее вращении вокруг своей оси.

По известным значениям DT и драконического периода обращения КА (T_Ω) определяется угловое расстояние между соседними КА вдоль орбиты (в ее плоскости) и необходимое число КА в системе (округляемое до ближайшего большего целого).

Для орбит КА с ненулевым наклонение ( 0) вместо T_зв в формуле (1) используют эффективный период вращения Земли:

где ΔΩ_c величина процессии восходящего узла орбиты КА за сутки, которая определяется в соответствии с законами движения КА в поле тяготения несферичной Земли.

Хотя известный способ и позволяет уменьшить потребное число КА для обзора Земли, это число все же остается достаточно большим.

Наиболее близким из числа известных аналогов является способ наблюдения земной поверхности из космоса, включающий выведение по меньшей мере одного искусственного спутника на кратную геосинхронную орбиту с ненулевым наклонением и получение на борту этого спутника изображений наземных объектов, лежащих в полосе обзора спутника вдоль его трассы на поверхности Земли [2]
Известный способ-прототип [2] также характеризуется относительно небольшим потребным числом КА для обзора Земли.

Недостатком этого способа может являться слишком широкая потребная полоса обзора для каждого КА (спутника) при заданном числе КА, обеспечивающем беспропускной обзор Земли.

Технический результат изобретения состоит в уменьшении потребной для каждого искусственного спутника ширины полосы обзора при заданном числе этих спутников для обеспечения беспропускного обзора поверхности Земли.

Технический результат достигается тем, что в известном способе [2] каждый искусственный спутник выводят на круговую
орбиту с наклонением

где m, n соответственно числа драконических периодов обращения спутника и эффективных периодов вращения Земли в периоде повторяемости трассы спутника, причем разность этих чисел выбирают нечетной, а изображения на борту спутника получают в течение времени, не меньшего указанного периода в повторяемости, в полосе обзора, ширину которой выбирают 180^o/m.

На фиг. 1 показаны точки (широтные узлы) пересечения некоторым КА фиксированной параллели (R_ϕ) на восходящих (B_j) и нисходящих (H_j) участках витков (j 1, 2, m) за период повторяемости трассы КА
T = mT_Ω= nT_эф, (6)
а также угловые параметры, характеризующие взаимные смещения широтных узлов.

На фиг. 2 показана орбитальная схема для определения угла разворота ΔΨ систем узловB_j}H_j} и угловых смещений d_п, δ_л (фиг. 1).

На фиг. 3 показана скорость смещения подспутниковой точки из экваториального узла, обусловленная абсолютной скоростью движения КА по орбите и переносной скоростью , вызванной вращением Земли.

На фиг. 4 и 5 представлены графики изменения минимальной потребной ширины полосы обзора (ось ординат), обеспечивающей беспропускное покрытие параллели R_ϕ в зависимости от широты v (ось абсцисс); сплошные линии отвечают изобретению, а пунктирные
способу [2] при различных сочетаниях значений (m, n) и наклонениях орбиты КА.

На фиг. 6 представлена зависимость максимальных значений минимальной потребной полосы обзора

от наклонения орбиты КА (дано сравнение со способом прототипом).

На фиг. 7 приведена зависимость наклонения орбиты от параметров кратной синхронности в соответствии с формулой (5).

На фиг. 8 зависимости высоты круговой орбиты КА (ось ординат) от ее наклонения (ось абсцисс) при различных параметрах кратной синхронности, реализуемых в высотном диапазоне 200 900 км. Точки А, В, С, Д на графиках соответствуют предлагаемому способу при условии беспропускного (с покрытием полюсов) обзора земной поверхности:

Способ осуществляется путем выведения заданного (из условия беспропускного обзора) числа КА на орбиту с наклонением , определяемым по формуле (5) в зависимости от выбранной кратности m/n. При этом КА равномерно размещают вдоль орбиты, обеспечивая минимальную потребную ширину полосы обзора (фиг. 1 и 2):

и получая видеоизображения Земли с помощью соответствующей аппаратуры.

Поскольку межвитковый интервал с учетом (9) суть

(а в известных способах 1-2) имеется условие: Dl_ϕ≥ Δλ_мв то оказывается, что способ обеспечивает беспропускной обзор при ширине полосы в два и более раза меньшей (n ≥ 1), чем в известных способах. Обратно при одной и той же полосе обзора потребуется соответственно меньшее число КА и связанных с ними затрат на выведение и обслуживание.

Использование способа согласно изобретению целесообразно, в частности, при сужении полосы обзора с целью повышения разрешающей способности видеонаблюдения и других важных характеристик процесса обзора земной поверхности.

Формула изобретения

Способ наблюдения земной поверхности из космоса, включающий выведение по меньшей мере одного искусственного спутника на кратную геосинхронную орбиту с ненулевым наклонением и получение на борту этого спутника изображений наземных объектов, лежащих в полосе обзора спутника вдоль его трассы на поверхности Земли, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребной для каждого искусственного спутника ширины полосы обзора при заданном числе этих спутников для обеспечения беспропускного обзора поверхности Земли, каждый искусственный спутник выводят на круговую орбиту с наклонением
arccos (n/m),
где m, n соответственно числа драконических периодов обращения спутника и эффективных периодов вращения Земли в периоде повторяемости трассы спутника, причем разность этих чисел выбирают нечетной, а изображения на борту спутника получают в течение времени, не меньшего указанного периода повторяемости, в полосе обзора, ширину которой выбирают равной 180^o/m.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8