СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ УГРОЗЫ ДЛЯ ПЛАНЕТЫ ПУТЕМ ОЦЕНКИ РАЗМЕРОВ ПАССИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2014 года по МПК B64G3/00 G01S13/02 

Изобретение относится к области радиолокации пассивных космических объектов (крупных метеоритов и астероидов) и может быть использовано при осуществлении радиолокационного обзора околоземного пространства с целью выделения космических объектов, представляющих опасность при столкновении с Землей.

Известен аналог по защите от астероидно-кометной опасности, провоцирующий разработку систем космической защиты [1]. Недостатком аналога является отсутствие оценки размеров пассивных космических объектов, исключающее возможность их селекции по степени опасности.

Известен также аналог оценки астероидно-кометной опасности [2], согласно которому космические тела размером менее 10 м обычно до поверхности Земли не долетают, сгорая в атмосфере, и опасности для планеты и населения не представляют. Недостатком известного аналога является то, что тела размером в несколько десятков метров, сгорая, способны взрываться и создавать серьезные разрушения, а объекты размером в сотни и более метров приводят к региональным, либо к глобальным катастрофам. При этом именно тела размером 50-100 метров представляют наибольшую опасность для человечества на характерном времени его существования, поскольку вероятность их столкновения с Землей выше, чем у более крупных тел, и их среднее разрушительное воздействие максимально. Таким образом, вопросы оценки размеров космических тел, пересекающих орбиту Земли, актуальны уже в настоящее время и интерес к ним по мере развития техники будет только возрастать.

Из уровня техники известен способ определения геометрических характеристик (например, диаметров) небесных тел оптической системой по их угловым размерам [3]. Недостатком оптических способов является то, что погрешность оценки линейных размеров астероидов по угловым размерам небесных тел растет пропорционально расстоянию до измеряемого объекта. Кроме того, все оптические способы при наземном базировании подвержены зависимости от состояния оптической прозрачности и турбулентности в атмосфере.

Этих недостатков лишены способы радиолокационного зондирования космического пространства, разрешение которых вдоль линии визирования определяется свойствами используемых сигналов и не зависит от расстояния до объекта.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сути является способ радиолокации пассивных космических объектов [4], традиционно использующий узкополосные радиолокационные сигналы. Однако использование указанного способа не позволяет произвести оценку линейных размеров космических объектов с необходимой точностью, ввиду недостаточного разрешения при использовании узкополосных радиосигналов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности оценки линейных размеров пассивных космических объектов размером более 10 метров, представляющих угрозу для планеты и ее населения.

Указанная задача решается за счет того, что для оценки размеров астероида используются высокоразрешающие сигналы. В радиолокации высокоразрешающими называют сигналы с большой абсолютной шириной спектра Δf и с высокой средней частотой f₀, имеющие большую разрешающую способность по дальности Δr≈2с/Δf<<а, где c - скорость света, а - характерные размеры объекта, отражающего сигнал [5]. При этом величина сτ_u, где τ_u - длительность сигнала, имеет смысл пространственной длины сигнала.

Эти сигналы позволяют получить радиолокационный портрет объекта - отклик x(t) на высокоразрешающий сигнал, который определяется радиальным размером r_k освещенной части объекта (см. фиг.1). Для радиального размера ~5 м необходимо обеспечить разрешающую способность по дальности Δr~0.5 м, что соответствует длительности импульса (ширине автокорреляционной функции) ~ 3.5 нc.

Известно, что характерной особенностью пассивных космических объектов является их вращение из-за отсутствия сопротивления воздуха [4, 6, 7]. Поверхности объекта, отражающие зондирующий сигнал в процессе радиолокации, меняют свое взаимное положение при вращении астероида. Измеряя длительность τ_k=2r_k/с радиолокационного портрета x(t) при различных ракурсах, возникающих при вращении, и усредняя результаты измерений, можно довольно точно оценить средний радиус космического объекта (величину $$\tilde{r}$$ )

$$\tilde{r}\approx \frac{c}{2}\cdot \frac{1}{N}{\displaystyle \sum _{k=1}^N{\tau }_k},\left(1\right)$$

где τ_k - длительность радиолокационного портрета при k-м измерении, N - число измерений, с - скорость света. При периодическом зондировании число N следует выбирать из условия N=T_VF, где T_V - период вращения астероида (~10-100 мин), определяемый по повторяемости радиолокационного портрета, F - частота повторения зондирующего сигнала, выбираемая таким образом, чтобы число измерений составляло величину N>100-1000. При наличии нескольких осей вращения следует учитывать самый большой из периодов Т_V.

Способ предотвращения угрозы для планеты путем оценки размеров пассивных космических объектов состоит в следующем.

Производится зондирование космического объекта периодической последовательностью высокоразрешающих радиосигналов наносекундной длительности, обеспечивающих разрешение по дальности одной десятой части минимального размера объекта. По принятой последовательности отраженных сигналов (радиолокационных портретов) выбирается число N, определяемое по повторяемости радиолокационных портретов, и соответствующее числу ракурсов объекта за период его вращения T_V, либо за самый большой из периодов при вращении объекта по нескольким осям. При этом производится многократное измерение длительности радиолокационных портретов τ_k (k=1, 2, …N) освещенной части космического объекта, длительности τ_k отраженного сигнала - радиолокационного портрета освещенной части объекта. Затем измеренные значения τ_k усредняются по числу измерений

$$\langle {\tau }_k\rangle =\frac{1}{N}{\displaystyle \sum _{k=1}^N{\tau }_k}$$

и производится оценка среднего радиуса объекта по половине усредненной пространственной длины сигнала радиолокационного портрета $$\tilde{r}\approx 0.5c\langle {\tau }_k\rangle$$ и линейного размера $$L\approx 2\tilde{r}$$ .

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет оценить размеры пассивных космических объектов с достаточной точностью и, при необходимости, активировать орбитальные средства космической защиты.

Источники информации

1. Способ отражения атаки из космоса / Болотин Н.Б. - Патент РФ №2302605 от 10.07.2007.

2. Б.М.Шустов, Л.В.Рыхлова. Астероидно-кометная опасность: научные, технические и организационные аспекты. Секция " Солнечная система" Совета РАН по космосу.

http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1304&tx_ttnews%5btt_news%5d=581&cHash=59аае60531287d 16da6641 bf2e7259ba

3. Способ определения геометрических характеристик объекта многоапертурной оптической системой / Бакут П.А.; Плотников И.П.; Рожков И.А.; Ряхин А.Д.; Свиридов К.Н. - Патент РФ №2059280 от 27.04.1996.

4. Способ радиолокации пассивных космических объектов / Атнашев А.Б., Землянов А.Б., Атнашев Д.А., Бойков К.Б., Докукин В.Ф. Патент РФ №2175139 от 20.10.2001 (прототип).

5. Лазоренко О.В., Черногор Л.Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. Основные понятия, модели и методы описания // Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т.13, №2. - С.166-194.

6. Pravec P., Harris A.W., Michalowski Т. Asteroid Rotations // Bottke W.F., Cellino A., et al. (eds.) Asteroids III. 2002, University of Arizona Press, Tucson - P.113-122.

7. Ostro S.J. Radar observations of Earth-approaching asteroids // Engineering & Science, 1997, V.60, No.2 - P.14-23.

Изобретение относится к радиолокации пассивных космических объектов (КО), например крупных метеоритов и астероидов (размерами более десяти метров), которые могут представлять опасность при столкновении с Землей. Способ включает радиолокационное зондирование КО, вращающегося в процессе полета, периодической последовательностью высокоразрешающих радиосигналов наносекундной длительности. Число этих импульсов соответствует числу ракурсов КО за период его вращения, максимальный из всех периодов вращения КО вокруг его осей. Этот период определяется по повторяемости радиолокационных портретов (РЛП), дающих разрешение по дальности, равное одной десятой минимального размера КО. При этом производят многократное измерение длительности РЛП освещенной части КО. По этой длительности далее производят оценку среднего радиуса КО по половине усредненной пространственной длины сигнала РЛП и линейного размера по удвоенной величине среднего радиуса. Технический результат изобретения состоит в обеспечении достаточной точности оценки размеров пассивных КО для того, чтобы при необходимости активировать орбитальные средства космической защиты. 1 ил.

Способ предотвращения угрозы для планеты путем оценки размеров пассивных космических объектов размером более десяти метров в диаметре, вращающихся в процессе полета, включающий радиолокационное зондирование космического объекта, отличающийся тем, что зондирование космического объекта производят периодической последовательностью высокоразрешающих радиосигналов наносекундной длительности числом N, которое соответствует числу ракурсов объекта за период его вращения, максимальный из периодов вращения по осям объекта, который определяют по повторяемости радиолокационных портретов, обеспечивающих разрешение по дальности, равное одной десятой части минимального размера объекта, причем производят многократное измерение длительности радиолокационного портрета освещенной части объекта, затем по измеренным значениям длительности радиолокационного портрета производят оценку среднего радиуса объекта по половине усредненной пространственной длины сигнала радиолокационного портрета и линейного размера объекта по удвоенной величине среднего радиуса.