Как идентифицировать спутник на орбите

2018-03-26 в 10:56, admin, рубрики: R4UAB, космонавтика, космос, Научно-популярное, спутники

Во время поисков сигналов от российских спутников МКА-Н, был обнаружен сигнал неопознанного спутника, которого у меня нет в каталоге. Напомню аппараты МКА-Н №1 и №2 были запущены 14 июля 2017 года с космодрома Байконур и не вышли на связь. По неофициальной причине — из-за аварии с разгонным блоком «Фрегат», хотя «Роскосмос» не признаёт это. Изготовителем этих двух аппаратов является частная российская компания «Dauria Aerospace». Теперь «Роскосмос» требует со стартапа 290 миллионов рублей за неработающие космические аппараты (источник). После 3 дней поисков сигналов, они так и не были обнаружены. Зато был обнаружен другой любопытный сигнал. Этого аппарата у меня нет в каталоге, значит его надо идентифицировать и занести в свой каталог.

Первым делом идём на сайт www.space-track.org и скачиваем TLE всех объектов на орбите Земли и загружаем их в программу Orbitron. Orbitron — система слежения за спутниками, предназначенная для радиолюбителей и любителей визуальных наблюдений. Ее также применяют профессионалы-метеорологи и пользователи спутниковой связи. Программа показывает положения спутников на любой заданный момент (как в реальном времени, так и в режиме симуляции). Программа БЕСПЛАТНА (Cardware), и считается одной из самых простых в обращении, и одновременно самых мощных программ слежения за спутниками, по мнению тысяч ее пользователей со всего мира.

Получаем координаты всех объектов на орбите Земли, которые были в каталоге (16789 объектов)

Переходим в режим симуляции и устанавливаем дату и время когда мы слышали сигнал со спутника. Получаем картинку всех объектов над головой (для визуализации). Один из них — наш аппарат который мы хотим идентифицировать.

Теперь при помощи расчёта узнаем какие спутники были над головой в этот промежуток времени. Получили цифру в 1868 объектов. Это искать иголку в стоге сена :-)

Нужно уменьшить количество аппаратов до минимума. Для этого нужно узнать орбитальный период спутника. Проводим еще пару наблюдений в ожидании появления сигнала и посчитать время между ними.

Появление первого сигнала:

Появление второго сигнала:

Из полученных наблюдений получаем, что орбитальный период спутника примерно 1 час 35 минут и 15 секунд (95 минут). С таким периодом обращения вокруг Земли летают спутники по LEO орбите. LEO орбита (низкая околоземная орбита) — космическая орбита вокруг Земли, имеющая высоту над поверхностью планеты в диапазоне от 160 км (период обращения около 88 минут) до 2000 км (период около 127 минут). Согласно полученным сведениям убираем спутники из программы Orbitron, которые летают выше этой орбиты. Плюс к этому можно убрать аппараты военного назначения, метеорологические аппараты, аппараты GPS и аппараты связи. Получаем следующую картинку. Уже намного лучше :)

Над головой:

Для полноты наблюдений, сделаем еще одно наблюдение спутника с привязкой ко времени и получить 4 точки орбиты.

Теперь мы имеем 4 точки орбиты когда спутник появляется над горизонтом:

— 14 марта 2018 года 07:52:10 UTC
— 20 марта 2018 года 07:20:20 UTC
— 20 марта 2018 года 08:55:35 UTC
— 20 марта 2018 года 16:38:50 UTC

По этим временным меткам создаём 4 списка со спутниками, которые были в зоне видимости. Сравниваем списки на наличие одинаковых спутников, а если какого то спутника нет в одном из списке, то удаляем его. Не забываем учитывать то, что аппарат должен находится не высоко над горизонтом.

После всех операций, у нас под параметры подошел лишь один аппарат: TYVAK-61C.

TYVAK-61C — NORAD: 43144, номер COSPAR: 2018-004-AK, Период: 1h 34m 32s (мой расчётный период — 1 час 35 минут и 15 секунд).

Теперь определяем точную частоту сигнала спутника. В этом нам поможет Эффект Доплера. Эффект Доплера — изменение частоты и, соответственно, длины волны излучения, воспринимаемое наблюдателем (приёмником), вследствие движения источника излучения и/или движения наблюдателя (приёмника). Эффект назван в честь австрийского физика Кристиана Доплера.

Теперь зная параметры орбиты, рассчитываем Эффект Доплера. При таких параметрах орбиты на частоте 400.000 MHz, он будет составлять ± 0.009520 MHz.

Зная частоту, когда приходит первый сигнал со спутника, рассчитываем рабочую, компенсируя Эффект Доплера. Получается — 401.050 MHz.

Проверяем расчёты в реальном времени. Ждём следующего прохождения спутника и смотрим как сигнал будет расходиться с расчётным. Если будут большие расхождения во время приёма, значит это не тот аппарат, если всё будет точно, то это спутник TYVAK-61C. Запускаем приёмную станцию. У нас получилось расхождение частоты приёма и частоты сигнала спутника (сигнал со спутника появился на частоте 401.042 MHz, а расчетная частота приёма должна быть 401.052 MHz).

Расхождение может быть по двум причинам, первая — спутник определили не правильно, а вторая — шкала времени и частоты на предыдущих скринах (обзорного сканирования частоты) имеет небольшую погрешность. На 95% в этом виновата вторая причина. Зная положение спутника в пространстве, точное время приёма сигнала и частоту приёма сигнала, пересчитываем Эффект Доплера. Получаем частоту 401.040 MHz. Устанавливаем частоту приёмника 401.040 MHz и следим за частотой сигнала и расчетной частотой.

Вот теперь частота приёма с учетом Эффекта Доплера сходится. И можно смело сказать, что это спутник TYVAK-61C.

TYVAK-61C — Американский астрономический спутник, который был изготовлен компанией Tyvak Nano-Satellite Systems, Inc. Аппарат предназначен для каталогизации изменения света звезд. Спутник имеет размеры 10×30 см (3U CubeSat). TYVAK-61C был запущен 12 января 2018 года с космодрома «Шрихарикота» в Индии. К сожалению, изображения аппарата в интернете я не нашел, но примерно он выглядит как спутник NanoACE.