СПОСОБ МОНИТОРИНГА АСТЕРОИДНО-КОМЕТНОЙ ОПАСНОСТИ Российский патент 2016 года по МПК B64G3/00 B64G99/00 B64G4/00 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании космических средств и систем обзора космического пространства для обнаружения и наблюдения (мониторинга) небесных объектов Солнечной системы, прежде всего астероидов и комет, опасных в околоземном космическом пространстве (ОКП) и для Земли.

Целью изобретения является одновременное обнаружение и наблюдение объектов астероидно-кометной опасности (АКО) из разных точек ОКП, а также обеспечение оперативности, полноты, достоверности, повышение точности измерений и информативности мониторинга ОКП путем систематизации совокупности действий за счет выделения информационно-аналитического центра из инфраструктуры и средств наземных объектов управления и обработки информации по объектам АКО, реализации ими определенных функций, а также за счет определенного размещения в космическом пространстве космических аппаратов-телескопов, требуемого их оснащения средствами обработки информации и действий по использованию информации мониторинга при оценке степени опасности и принятия решений в целях предупреждения и снижения возможного ущерба.

Изобретение включает способ мониторинга небесных объектов с помощью космической системы из нескольких размещенных в точках Лагранжа космических аппаратов (КА) с телескопами определенного оснащения, управляемых с наземных пунктов управления, способных при обзоре небесной сферы осуществлять мониторинг опасных космических объектов, при этом из состава наземной инфраструктуры и средств пунктов управления организационно выделяют информационно-аналитический центр мониторинга астероидно-кометной опасности с набором выполняемых функций, а вычислительные средства информационно-аналитического центра интегрируют в локальную сеть и используют для программной реализации определенной системы методик и алгоритмов по обработке целевой информации мониторинга, включая программную реализацию нового математического метода повышения достоверности оценки степени опасности возможного столкновения с объектами АКО. Результаты целевой обработки информации мониторинга объектов АКО учитывают при анализе и выработке рекомендаций по принятию решений в целях предупреждения и снижения возможного ущерба в условиях возникновения опасных ситуаций в ОКП и на Земле.

Известны космические аппараты, проводящие наблюдения небесных объектов (звезд, планет, комет и астероидов), которые можно рассматривать как аналоги настоящего изобретения. Так, уже более 20 лет проводятся наблюдения с низкой круговой орбиты космическим телескопом имени Хаббла (http//ru.wikipedia.org/wiki/Hubble) - [Д1]. С помощью этого телескопа обнаружено большое число астероидов и наблюдалось падение на Юпитер в 1994 году кометы Шумейкера-Леви.

В 2003 году выведен на гелиоцентрическую орбиту космический телескоп имени Спитцера (http//ru.wikipedia.org/wiki/Spitzer) - [Д2], предназначенный для астрофизических наблюдений. В состав телескопа входят три канала, работающих в разных участках ИК-диапазона. Этот космический аппарат движется по земной орбите на расстоянии около 0,01 астрономической единицы позади Земли. Спитцер не предназначен для наблюдения астероидов, но они заметны на снимках, сделанных одновременно в различных участках спектра.

С 1997 г. ведет наблюдения космическая обсерватория SOHO (http//ru.wikipedia.org/wiki/SOHO) - [Д3], а с 2009 года - широкоугольный инфракрасный исследователь WISE (http://wise.ssl.berkeley.edu/) - [Д4], запущенный на полярную орбиту. В феврале 2011 года спутник WISE переведен в спящий режим, однако в августе 2013 года его перевели в работоспособное состояние для продолжения исследований. Существует также ряд других зарубежных космических телескопов, способных наблюдать астероиды. Кроме того, разработан ряд проектов, например, Gaia (http//ru.wikipedia.org/wiki/Gaia) - [Д5], NEOSSat (http://www.neossat.ca/) - [Д6], AsteroidFinder (http://www.dlr.de/pf/en/desktopdefault.aspx/tabid-174/319_read-18911/(Проект «Искатель Астероидов» Asteroid Finder) - [Д7]), предназначенных, в том числе для наблюдения астероидов с околоземных круговых орбит. Космический аппарат NEO Survey (http//ru.wikipedia.org/wiki/Large Sinoptic Survey Telescope) - [Д8], предназначаемый для этих же целей, будет выведен на венерианскую орбиту или в точки Лагранжа L₁ или L₂.

В качестве российского аналога предлагаемого изобретения можно рассматривать «Способ картографирования небесной сферы и космический аппарат для его осуществления» - [Д9]. Аппаратура этого космического аппарата наряду со звездами способна обнаруживать также астероиды с блеском до 10-й звездной величины.

В качестве другого отечественного аналога можно рассмотреть «Международную аэрокосмическую систему глобального мониторинга (МАКСМ)», патент 2465729 - [Д10]. В данном аналоге технический результат достигается тем, что эта организационно-техническая система интегрирует в своем составе, наряду со специально создаваемым, собственным специализированным космическим сегментом - в составе КА-телескопов, группировку малых космических аппаратов (МКА) и микроспутников с бортовой аппаратурой обнаружения ранних признаков стихийных бедствий разрушительного характера, а также ресурсы как существующих, так и перспективных национальных и международных авиационных и наземных средств, включая контактные и дистанционные датчики, космические системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), связи и ретрансляции, метеорологического и навигационного обеспечения вместе с соответствующей наземной инфраструктурой выведения, управления и технического обслуживания КА, средства приема, обработки и распространения мониторинговой информации.

В качестве прототипа выбран способ, описанный в патенте №2517800 «Способ обзора небесной сферы с космического аппарата для наблюдения небесных объектов и космическая система обзора небесной сферы для наблюдения небесных объектов и обнаружения тел солнечной системы, реализующая указанный способ» - [Д11].

Анализ возможностей способов-аналогов и прототипа, в частности, показал наличие в них недостатков, то есть разработка предлагаемого изобретения вызвана необходимостью:

- интеграции центров астероидно-кометной опасности (АКО) и выделения центрального сегмента мониторинга, обеспечивающего оперативность, полноту и достоверность мониторинга объектов АКО путем определенной совокупности действий;

- расширения возможностей мониторинга, в том числе и наблюдение заходящих со стороны Солнца объектов АКО, а также при их заходе в зону тени Земли и Луны;

- повышения достоверности оценки степени опасности возможного столкновения с объектами АКО;

- повышения точности измерений;

- повышения информативности и оперативности при идентификации объектов АКО.

Основным техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение оперативности, полноты и достоверности мониторинга объектов АКО за счет организации и выделения информационно-аналитического центра мониторинга объектов астероидно-кометной опасности путем наделения его соответствующими функциями по мониторингу в виде определенной совокупности действий, а также расширение возможностей мониторинга, в том числе и заходящих со стороны Солнца объектов АКО, и при их заходе в зону тени Земли и Луны за счет предложенного пространственного построения космической системы мониторинга путем размещения космических аппаратов-телескопов в точках Лагранжа L₁, L₂ и L₄ или L₅ системы Солнце - Земля или других исследуемых планет Солнечной системы, и по возможности, установки телескопов на Луне; повышение достоверности оценки степени опасности возможного столкновения с объектами АКО, информативности и оперативности при идентификации объектов АКО.

Сущность изобретения заключается в том, что, в отличие от известного технического решения, в конфигурации наземной инфраструктуры управления и технического обслуживания КА мониторинга, средств приема, обработки и распространения мониторинговой информации об объектах АКО организуют и выделяют информационно-аналитический центр мониторинга астероидно-кометной опасности, на интегрированных в локальную вычислительную сеть аппаратных, программных и информационных средствах которого с помощью соответствующих программных процессов и процедур из состава специального математического обеспечения собирают, обрабатывают, анализируют, систематизируют, каталогизируют и хранят информацию об объектах астероидно-кометной опасности, получаемую от аппаратуры наблюдения космических аппаратов и обрабатываемую наземным пунктом управления, приема и обработки изображений, от наземных телескопов и других средств наблюдения и измерения, а также из баз данных, например, Центра малых планет, основных обсерваторий мира, Российской и Международной виртуальных обсерваторий, производят привязку с учетом меток единого времени новых объектов изображений по их положению в пространстве, например, относительно звезд, и строят по новым изображениям от аппаратуры наблюдения динамику перемещений объектов во времени и пространстве по измеренным в момент сканирования на них направлениям или дальности методом триангуляции, производят по динамике перемещений вычисления фрагментов орбит полетов объектов мониторинга, по которым уточняют и выстраивают в целом орбиты объектов и осуществляют по информации из баз данных поиск и идентификацию объектов мониторинга с учетом их орбит на предмет ранее зарегистрированных или вновь появившихся, выполняют операции по ведению баз данных об объектах астероидно-кометной опасности и опасных событиях в областях мониторинга небесной сферы, регулярно обновляют и передают потребителям информацию об уточненных параметрах орбит объектов астероидно-кометной опасности, прогнозируют риски и передают данные об опасных сближениях объектов астероидно-кометной опасности в областях мониторинга небесной сферы, в том числе и в околоземном космическом пространстве, при этом с помощью программ расчетов последствий столкновений Земли и других объектов с объектами астероидно-кометной опасности оценивают степень угроз и последствия возможных столкновений, и по результатам этой оценки готовят и принимают решения о дальнейших действиях; в информационно-аналитическом центре мониторинга астероидно-кометной опасности вычисляют, уточняют и строят орбиту полетов объектов мониторинга, для чего используют в цифровом формате информацию по зафиксированным на изображениях новых небесных объектов, получаемую от наземного пункта управления, приема и обработки изображений; главную оптическую ось аппаратуры наблюдения каждого из космических аппаратов, размещаемых в точках Лагранжа L₁, L₂ и L₄ или L₅ системы Солнце - Земля, ориентируют и удерживают в направлении на центр выбранной для мониторинга небесной сферы или на центр Земли, при этом аппаратуру наблюдения на каждом космическом аппарате выполняют и оснащают средствами с параметрами, обеспечивающими мониторинг опасных космических объектов, сближающихся с объектами или с Землей на как можно больших дальностях; размещаемую на борту космических аппаратов аппаратуру наблюдения, в том числе и устанавливаемую по возможности на Луне, обеспечивают средствами для работы в видимом и/или инфракрасном и в других требуемых диапазонах, а также таймером, дальномером, механизмом фиксированной установки оптической оси телескопа в нужном направлении, при этом главную оптическую ось аппаратуры наблюдения на Луне также ориентируют и удерживают в направлении на центр выбранной небесной сферы или на центр Земли и оснащают средствами непрерывной прямой двусторонней радиосвязи; для повышения достоверности идентификации космических объектов при обработке на средствах информационно-аналитического центра используют информацию об одних и тех же объектах с изображений, зафиксированных на один и тот же момент времени аппаратурой наблюдения разных космических аппаратов, размещаемой в точках Лагранжа L₁, L₂ и L₄ или L₅ системы Солнце - Земля, и аппаратурой наблюдения, устанавливаемой, по возможности, на Луне, причем обрабатывают информацию в привязке ко времени с изображений, полученных в видимом, инфракрасном и/или в других требуемых диапазонах; для снижения риска и повышения достоверности и точности оценки степени опасности возможного столкновения с объектами астероидно-кометной опасности применяют новый математический метод, основанный на критерии минимума среднего риска, для чего используют выражение для оценки стоимости среднего риска:

,

где: s₁₀ - стоимость ложной тревоги, то есть стоимость проведения маневра;

P(A₀) - вероятность отсутствия столкновения;

F - условная вероятность ложной тревоги;

- весовой множитель;

s₀₁ - стоимость пропуска столкновения, то есть стоимость ущерба;

Р(А₁) - вероятность столкновения;

- условная вероятность пропуска столкновения,

по которому выбирают в качестве оптимального тот вариант предупреждения об опасных ситуациях, у которого наименьшая вероятность ложной тревоги среди сравниваемых вариантов с учетом того, что условная вероятность пропуска столкновения у остальных вариантов не больше, чем у оптимального, при этом учитывают, что минимум стоимости среднего риска достигают устремлением к максимуму выражения , в связи с чем заменяют последнее на интеграл:

где: - условная вероятность отсутствия столкновения;

- весовой множитель;

- условная вероятность пропуска столкновения;

р_КАЗ(y) - плотность вероятности положения космического аппарата или Земли в пространстве;

- отношение правдоподобия, характеризует, какую из гипотез о выполнении указанных взаимоисключающих условий следует считать более правдоподобной;

p_КО(y) - плотность вероятности положения опасных космических объектов в пространстве,

получают наибольшее значение подынтегрального выражения за счет выбора решающей функции A*(y), которая может принимать только два значения: 0 или 1, так, что подынтегральное выражение либо обращается в ноль, либо умножается на единицу, для чего полагают:

- A*(y)=1, если подынтегральное выражение при этом положительно;

- A*(y)=0 в противном случае,

и принимают решение на основе критерия , то есть, если отношение правдоподобия превышает пороговую величину l₀, то принимают решение об отсутствии опасной ситуации, если отношение правдоподобия меньше пороговой величины l₀, то принимают решение о наличии опасной ситуации; для повышения точности измерений бортовые таймеры всех космических аппаратов-телескопов синхронизируют по шкале единого времени; в состав средств информационно-аналитического центра включают аппаратно-программные, информационные и лингвистические средства, а также соответствующий набор необходимых программных процессов и процедур в состав так называемого специального математического обеспечения, реализующего выполнение операций приема, хранения, передачи, обработки, анализа, прогнозирования опасных ситуаций, при этом информационно-аналитический центр мониторинга астероидно-кометной опасности обеспечивают возможностями информационного обмена по каналам связи, включая и Интернет, с наземными пунктами управления, приема и обработки изображений, а также с базами данных, например, Центра малых планет при Международном астрономическом союзе, основных обсерваторий мира, Российской и Международной виртуальных обсерваторий, в том числе и с наземными телескопами; для повышения оперативности и достоверности получения информации об одних и тех же объектах из разных баз данных включают и используют в составе операционных средств информационно-аналитического центра программные процессы и процедуры, реализующие свойство интероперабельности разнотипных систем баз данных; для повышения оперативности и достоверности получения информации об одних и тех же объектах из разных баз данных включают и используют в составе операционных средств информационно-аналитического центра программные процессы и процедуры, реализующие свойство интероперабельности разнотипных систем баз данных.

Заявленный способ мониторинга астероидно-кометной опасности поясняется фигурой 1 расположения космических аппаратов-телескопов в космическом пространстве.

На фигуре 1 и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - Солнце;

2 - Земля;

3 - Луна;

4 - орбита Земли вокруг Солнца;

5 - орбита Луны вокруг Земли;

6, 7, 8 - космические аппараты-телескопы;

9 - телескопы, установленные на Луне;

AL₁Б - зона наблюдения КА-телескопа в точке L₁;

BL₂Г - зона наблюдения КА-телескопа в точке L₂;

ДL₄Е - зона наблюдения КА-телескопа в точке L₄.

Как неоднократно отмечалось в документах и материалах ООН, правительств, парламентов и ученых ведущих стран мира, в том числе и РФ, например, в решениях от 23.06.2010 г. совместного заседания Президиума Научно-технического совета Федерального космического агентства и Бюро Совета РАН по космосу с повесткой: «Об организации работ по решению проблемы астероидно-кометной опасности» - [Д12], большая роль в планируемой программе решения проблем АКО отводится космическим технологиям - специализированным телескопам космического базирования, применяемым для обнаружения и изучения объектов АКО, и КА, предназначенным как для изучения и мониторинга угрожающих объектов, так и для отработки методов противодействия. При этом подчеркнуто, что необходимо создавать космические комплексы, включающие обзорные (широкоугольные) телескопы оптического и ИК-диапазонов, имеющие проницающую способность не хуже 21-22 звездной величины при экспозициях не более 1 мин (это необходимо для оперативного обнаружения всех опасных тел размером не менее 50-100 м) и обладающие возможностью оперативной передачи информации большого объема. Также необходимо использовать все доступные наземные астрономические инструменты для целей детального изучения опасных тел. Особо отмечено, что собранную информацию рационально накапливать и оперативно обрабатывать в едином специализированном информационно-аналитическом центре с возможностью использования распределенных баз данных. Поскольку разрабатываемые (используемые) оптические средства наблюдения могут быть использованы для выявления различных классов космических объектов (естественного и техногенного происхождения), возможна и необходима тесная координация работ по проблеме АКО и по мониторингу космического мусора.

Покажем возможность реализуемости изобретения, то есть возможность его промышленного применения.

Как отмечается многими учеными и специалистами, более совершенной является двухуровневая структура системы мониторинга АКО, в которой первый уровень расположен на Земле (наземный сегмент), а второй предусматривает возможность размещения наблюдения в космическом пространстве в очень удаленных от Земли точках космического пространства, например, в точках либрации между Землей и Солнцем [Д4].

Реализуемость наземного сегмента мониторинга астероидно-кометной опасности не вызывает сомнений. Так, в РФ уже существует сеть роботизированных телескопов МАСТЕР (Государственный астрономический институт имени Штернберга), входящая в Международную систему оповещения о гамма-всплесках. Они расположены в Кисловодске, Кауровке (под Екатеринбургом), в Иркутском университете, в Благовещенске, под Москвой (Востряково) и в Аргентине. Предполагается установить телескоп в Южной Африке и на острове Тенерифе (Канарские острова). Это 40-сантиметровые телескопы с полем зрения 2°×2° и проникающей способностью 20m. В конструкцию входят две камеры диаметром 7 см с полем зрения 400 кв. градусов каждая. В режиме поиска трубы телескопа разведены для охвата разных участков неба. Когда фиксируется гамма-всплеск, они переводятся в положение параллельно; тогда поле зрения составляет 4 кв. градуса, ведется сопровождение и съемка объекта наблюдения с передачей координат в Международную сеть GSN.

Разнесенные по долготе телескопы МАСТЕР позволяют в зимнее время вести практически круглосуточное наблюдение в Северном полушарии во всем оптическом диапазоне длин волн (от синего до ближнего инфракрасного). В случае попадания в поле зрения телескопа неизвестного объекта, которого нет в каталоге звезд, проводится его съемка и, если он идентифицируется как астероид, данные передаются в Центр малых планет, где по базе данных определяется, известный это объект или нет. Если объект новый, об этом сообщается всем обсерваториям.

В России самый крупный оптический телескоп - это 6-метровый Зеленчукский, введенный в строй еще в 1964 году. В мире давно работают 10-метровые телескопы на Гавайях, на Канарских островах, 11-метровый в ЮАР, 12-метровый в Чили. Следует отметить, что наиболее удачным местом для продолжительного наблюдения объектов в Южном полушарии является Антарктида с ее благоприятным астроклиматом, где уже имеется американский 10-метровый телескоп на высоте около 4 тыс. м и разворачивается китайская автоматическая обсерватория PLATO-A в самой высокой точке. Планируется создание телескопов следующего поколения, оснащенных сегментированными зеркалами (так как с увеличением диаметра зеркал непомерно растет их вес): гигантского 24-метрового телескопа «Магеллан» (GMT), 30-метрового (ТМТ) и «Исключительно большого телескопа» (OWL) со 100-метровым зеркалом и разрешением 0.001 угловой секунды, который проектируется для Европейской южной обсерватории в Чили. Все они начнут работать в 2016-2018 гг. Президент Российской Федерации 22 мая 2013 г. поручил правительству решить вопрос об участии российских ученых в работе Европейской южной обсерватории и возможности внесения взноса в виде высокотехнологичного оборудования.

Реализуемость космического сегмента мониторинга астероидно-кометной опасности также не вызывает сомнений. Очевидно, что требования к схеме построения и поисковым возможностям космического сегмента наблюдения околоземного космического пространства в значительной мере зависят от опасности объектов АКО и их характеристик, а отсюда и от требуемой оперативности их регистрации и мониторинга, а также от технической возможности космических телескопов и схемы их расположения. Так, в предложенном способе космические аппараты-телескопы располагают в точках Лагранжа L₁, L₂ и L₄ или L₅ системы Солнце - Земля и, по возможности, на Луне. Подобным является возможный вариант системы наблюдения в проекте “Конус”, который предусматривает размещение, по крайней мере, одного КА с телескопом на гелиоцентрической орбите, совпадающей с земной, в 10-15 млн км от Земли. Если зона наблюдения будет иметь угловые размеры около 60°, то подлежащая контролю площадь небесной сферы уменьшится почти на порядок по сравнению с наземными наблюдениями. Предложенное в проекте “Конус” размещение КА-наблюдателя позволит регистрировать астероиды, приближающиеся со стороны Солнца, которые наблюдать с Земли вообще невозможно.

С помощью оптико-электронных средств наблюдения в составе КА-телескопов сканирование рассматриваемой зоны может осуществляться с интервалом в несколько часов, достаточным для оперативного оповещения об опасности. Наблюдения в ИК- и УФ-диапазонах значительно расширят информацию о наблюдаемых объектах. Для контроля “мертвой зоны”, возникающей при засветке Землей и Луной, можно будет использовать наземные средства или КА-телескопы, работающие на околоземной орбите. Эти же средства помогут обнаружить опасные тела в метеорных потоках. Уточнение траекторных и других характеристик возможно радиолокационными средствами с применением методов радиоинтерферометрии. Базовыми для построения системы “Конус”, как и других КА-систем, могут стать созданные в НПО им. С.А. Лавочкина и прошедшие натурную отработку КА типа “Око”, “Аркон” и перспективные астрофизические космические обсерватории “Спектр” (журнал «Земля и Вселенная», 1997, №2; 1999, №2; 2000, №4 - [Д13]), а также КА, разработанные в других организациях и странах.

Реализуемость процессов синхронизации по времени может быть обеспечена, например, патентом №2240265 «Способ определения точного времени появления небесного явления» - [Д14].

Расчет последствий столкновений Земли с объектами АКО может быть проведен с использованием собственных программ расчета либо с использованием других программ, например, программы, разработанной сотрудниками университета штата Аризона (США), которая называется Earth Impact Effects Program. Программой может воспользоваться любой, зайдя на сайт http:/www.lpl.arizona.edu/impacteffects/. Методика расчета описана в работе [Collinsetal., 2005 - [Д15].

Реализуемость свойства интероперабельности БД может быть осуществлена, например, на основе рекомендаций книги «Телекоммуникационные технологии и сети», авторы И.П. Норенков, В.А. Трудоношин, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 1999 - [Д16], а также статьи Е.В. Франгуловой «Классификация подходов к интеграции и интероперабельности информационных систем», ISSN 2072-9502. Вестник АГТУ, серия «Управление, вычислительная техника и информатика», 2010. №2 - [Д17].

Реализуемость вычисления фрагментов орбит полетов космических объектов по нескольким измерениям подтверждается патентами №№2150414 - [Д18], 2027144 - [Д19]. Технические средства, реализующие данный способ, описаны в источниках информации: «Распознавание в системах автоконтроля» / Шибанов Г.П., М.: Машиностроение, 1973, с. 176-188, - [Д20]; «Голографическое опознавание образов» / Василенко Г.И., М.: Советское радио, 1977, рис. 4.21, с. 282-283 - [Д21], а также описанием в научном журнале «Американского Института Аэронавтики и Астронавтики» (US) в публикации Mark Psiaki «Autonomous orbit determination for two spacecraft from relative position measurements» за номером AIAA-98-4560, опубликованым 10.08.1998, - [Д22]; его адрес в Интернете: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.1998-4560.

Осуществление процессов вычисления фрагментов орбит полетов космических объектов по нескольким измерениям, а также расчет последствий столкновений Земли с объектами АКО реализуется соответствующими программами или процедурами, которые, как правило, включают в состав так называемого специального математического обеспечения (СМО). СМО представляет собой программную реализацию определенной системы методик и алгоритмов по обработке на вычислительных средствах информационно-аналитического центра данных и целевой информации мониторинга, в том числе программ расчета последствий столкновений Земли с объектами АКО и других программ, результаты обработки которых учитывают при анализе и выработке рекомендаций по принятию решений.

Специально разработанный критерий - минимум среднего риска приведен в статье «Обоснование требований к системам предупреждения об опасных ситуациях в ОКП на основе критерия минимума среднего риска», авторы: к.т.н. И.И. Олейников, П.В. Новиков / Ж. «Космонавтика и ракетостроение», ЦНИИмаш, №4, 2012 г., стр. 199-206, - [Д23], копия которой приведена в материалах Приложения 1.

В завершение целесообразно предложить при определении параметров орбиты отслеживаемых космических объектов подход, изложенный в материалах патента №2531433 «Способ определения параметров орбиты космического объекта» - [Д24].

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для защиты Земли и космических аппаратов (КА) от астероидно-кометной опасности (АКО). Выводят на орбиту КА со средствами аппаратуры наблюдения (АН) на базе телескопов, первичной обработки изображений и непрерывной прямой двусторонней радиосвязи, устанавливают АН на Луне, синхронизируют КА-телескопы по шкале единого времени, размещают главную оптическую ось АН каждого КА в точках Лагранжа, поочередно сканируют и получают изображения участков небесной сферы, определяют координаты и блеск наблюдаемых небесных объектов (НО), принимают и обрабатывают на наземном пункте управления изображения с зафиксированными новыми НО, с помощью информационно-аналитического центра мониторинга АКО собирают, обрабатывают, анализируют, систематизируют, каталогизируют и хранят информацию об объектах АКО, строят динамику перемещений НО во времени и пространстве, вычисляют орбиты НО, регулярно обновляют и передают потребителям информацию об уточненных параметрах НО, оценивают степень угрозы математическим методом, основанным на критерии минимума среднего риска и зависящим от стоимости ложной тревоги, вероятности отсутствия столкновения, условной вероятности ложной тревоги, весового множителя, стоимости ущерба при столкновении, вероятности столкновения, условной вероятности пропуска столкновения, плотности вероятности положения КА или Земли в пространстве, отношения правдоподобия, плотности вероятности положения опасных космических объектов в пространстве, принимают решения о дальнейших действиях. Изобретение позволяет повысить достоверность степени оценки возможного столкновения с НО. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ мониторинга астероидно-кометной опасности с космического аппарата, выведенного на орбиту и оснащаемого средствами аппаратуры наблюдения на базе телескопов, первичной обработки изображений и непрерывной прямой двусторонней радиосвязи, обеспечивающими в автоматическом режиме или по командам фиксацию изображений небесных объектов, первичную обработку и передачу в цифровом формате изображений на наземные пункты управления, заключающийся в том, что поочередно сканируют и получают изображения участков небесной сферы аппаратурой наблюдения, определяют координаты и блеск наблюдаемых небесных объектов путем сканирования небесной сферы вращающимся с постоянной угловой скоростью космическим аппаратом вокруг оси, перпендикулярной центральной оси поля зрения аппаратуры наблюдения, начиная с любой назначаемой точки небесной сферы так, чтобы получаемое аппаратурой наблюдения за цикл обзора небесной сферы множество сканов однократно или многократно покрывало всю небесную сферу или ее часть, принимают по непрерывной прямой двусторонней радиосвязи на наземном пункте управления, приема и обработки в цифровом формате изображения с зафиксированными новыми небесными объектами, которые затем их и обрабатывают, отличающийся тем, что путем интегрирования в локальную вычислительную сеть новых и задействования существующих средств наземного пункта управления космическим аппаратом организуют и структурно выделяют информационно-аналитический центр мониторинга астероидно-кометной опасности, на интегрированных в локальную вычислительную сеть аппаратных, программных и информационных средствах которого с помощью соответствующих программных процессов и процедур из состава специального математического обеспечения собирают, обрабатывают, анализируют, систематизируют, каталогизируют и хранят информацию об объектах астероидно-кометной опасности, получаемую от аппаратуры наблюдения космических аппаратов и обрабатываемую наземным пунктом управления, приема и обработки изображений, от наземных телескопов и других средств наблюдения и измерения, а также из баз данных, например, Центра малых планет, основных обсерваторий мира, Российской и Международной виртуальных обсерваторий, производят привязку с учетом меток единого времени новых объектов изображений по их положению в пространстве, например, относительно звезд, и строят по новым изображениям от аппаратуры наблюдения динамику перемещений объектов во времени и пространстве по измеренным в момент сканирования на них направлениям или дальности методом триангуляции, производят по динамике перемещений вычисления фрагментов орбит полетов объектов мониторинга, по которым уточняют и выстраивают в целом орбиты объектов и осуществляют по информации из баз данных поиск и идентификацию объектов мониторинга с учетом их орбит на предмет ранее зарегистрированных или вновь появившихся, выполняют операции по ведению баз данных об объектах астероидно-кометной опасности и опасных событиях в областях мониторинга небесной сферы, регулярно обновляют и передают потребителям информацию об уточненных параметрах орбит объектов астероидно-кометной опасности, прогнозируют риски и передают данные об опасных сближениях объектов астероидно-кометной опасности в областях мониторинга небесной сферы, в том числе и в околоземном космическом пространстве, при этом с помощью программ расчетов последствий столкновений Земли и других объектов с объектами астероидно-кометной опасности оценивают степень угроз и последствия возможных столкновений, и по результатам этой оценки готовят и принимают решения о дальнейших действиях.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в информационно-аналитическом центре мониторинга астероидно-кометной опасности вычисляют, уточняют и строят орбиту полетов объектов мониторинга, для чего используют в цифровом формате информацию по зафиксированным на изображениях новых небесных объектов, получаемую от наземного пункта управления, приема и обработки изображений.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что главную оптическую ось аппаратуры наблюдения каждого из космических аппаратов, размещаемых в точках Лагранжа L₁, L₂ и L₄ или L₅ системы Солнце - Земля, ориентируют и удерживают в направлении на центр выбранной для мониторинга небесной сферы или на центр Земли, при этом аппаратуру наблюдения на каждом космическом аппарате выполняют и оснащают средствами с параметрами, обеспечивающими мониторинг опасных космических объектов, сближающихся с объектами или с Землей на как можно больших дальностях.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что размещаемую на борту космических аппаратов аппаратуру наблюдения, в том числе и устанавливаемую по возможности на Луне, обеспечивают средствами для работы в видимом и/или инфракрасном и в других требуемых диапазонах, а также таймером, дальномером, механизмом фиксированной установки оптической оси телескопа в нужном направлении, при этом главную оптическую ось аппаратуры наблюдения на Луне также ориентируют и удерживают в направлении на центр выбранной небесной сферы или на центр Земли и оснащают средствами непрерывной прямой двусторонней радиосвязи.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для повышения достоверности идентификации космических объектов при обработке на средствах информационно-аналитического центра используют информацию об одних и тех же объектах с изображений, зафиксированных на один и тот же момент времени аппаратурой наблюдения разных космических аппаратов, размещаемых в точках Лагранжа L₁, L₂ и L₄ или L₅ системы Солнце-Земля и аппаратурой наблюдения, устанавливаемой, по возможности, на Луне, причем обрабатывают информацию в привязке ко времени с изображений, полученных в видимом, инфракрасном и/или в других требуемых диапазонах.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для снижения риска и повышения достоверности и точности оценки степени опасности возможного столкновения с объектами астероидно-кометной опасности применяют новый математический метод, основанный на критерии минимума среднего риска, для чего используют выражение для оценки стоимости среднего риска:

где: s₁₀ - стоимость ложной тревоги, то есть стоимость проведения маневра;
P(A₀) - вероятность отсутствия столкновения;
F - условная вероятность ложной тревоги;
- весовой множитель;
s₀₁ - стоимость пропуска столкновения, то есть стоимость ущерба;
P(A₁) - вероятность столкновения;
- условная вероятность пропуска столкновения,
по которому выбирают в качестве оптимального тот вариант предупреждения об опасных ситуациях, у которого наименьшая вероятность ложной тревоги среди сравниваемых вариантов с учетом того, что условная вероятность пропуска столкновения у остальных вариантов не больше, чем у оптимального, при этом учитывают, что минимум стоимости среднего риска достигают устремлением к максимуму выражения в связи с чем заменяют последнее на интеграл:

где: - условная вероятность отсутствия столкновения;
- весовой множитель;
- условная вероятность пропуска столкновения;
P_КАЗ(y) - плотность вероятности положения космического аппарата или Земли в пространстве;
- отношение правдоподобия, характеризует, какую из гипотез о выполнении указанных взаимоисключающих условий следует считать более правдоподобной;
p_КО(y) - плотность вероятности положения опасных космических объектов в пространстве,
получают наибольшее значение подынтегрального выражения за счет выбора решающей функции A*(y), которая может принимать только два значения: 0 или 1, так, что подынтегральное выражение либо обращается в ноль, либо умножается на единицу, для чего полагают:
- A*(y)=1, если подынтегральное выражение при этом положительно;
- A*(y)=0 в противном случае,
и принимают решение на основе критерия , то есть, если отношение правдоподобия превышает пороговую величину l₀, то принимают решение об отсутствии опасной ситуации, если отношение правдоподобия меньше пороговой величины l₀, то принимают решение о наличии опасной ситуации.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для повышения точности измерений бортовые таймеры всех космических аппаратов-телескопов синхронизируют по шкале единого времени.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав средств информационно-аналитического центра включают аппаратно-программные, информационные и лингвистические средства, а также соответствующий набор необходимых программных процессов и процедур в состав так называемого специального математического обеспечения, реализующего выполнение операций приема, хранения, передачи, обработки, анализа, прогнозирования опасных ситуаций, при этом информационно-аналитический центр мониторинга астероидно-кометной опасности обеспечивают возможностями информационного обмена по каналам связи, включая и Интернет, с наземными пунктами управления, приема и обработки изображений, а также с базами данных, например, Центра малых планет при Международном астрономическом союзе, основных обсерваторий мира, Российской и Международной виртуальных обсерваторий, в том числе и с наземными телескопами.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для повышения оперативности и достоверности получения информации об одних и тех же объектах из разных баз данных, включают и используют в составе операционных средств информационно-аналитического центра программные процессы и процедуры, реализующие свойство интероперабельности разнотипных систем баз данных.