СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА НА БОЛЬШИХ ВЫСОТАХ Российский патент 2021 года по МПК G01W1/08 B64G1/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для пассивного измерения скорости и направления ветра на высотах 60-120 км.

В настоящее время не существует активных радиотехнических (радиолокационных), лазерных и других способов измерения скорости ветра на этих высотах. Необходимость этих измерений обусловлена тем, что на этих высотах горизонтально-вертикальные составляющие скорости ветра достигают иногда очень больших значений вплоть до 200 и более км/час. Это влияет на траектории полетов космических кораблей (ракет) при наборе высоты и спуске. Также это относится и к военной ракетной технике. Это приводит к изменению траектории полета и в худшем случае к невозможности корректировки.

Известные активные способы определения скорости и направления ветра основаны, в основном, на применении эффекта Доплера, см., например, патенты РФ №2604169, №2602730, Китай №104345319, США №6634600. Все они требуют наличие в атмосфере метеообразований, которые на указанных высотах практически отсутствуют.

В настоящее время в мире производится в год около тысячи пусков микро- и наноспутников организациями, не подчиненным государственным структурам, таких как NASA, Роскосмос и др. Это почти любительские спутники, запускаемые в интересах частных фирм, университетов и им подобных организаций для решения локальных задач. Запуски производятся как государственными организациями, так и частными. Эти спутники запускаются на разрешенные высоты 300-400 км, а их орбиты регистрируются в общественной организации любительских спутников AMSAT США с присвоением каждому спутнику своего номера.

Каждый спутник передает телеметрическую научную информацию на наземную станцию слежения с указанием своего номера и навигационных координат по соответствующему протоколу на частотах порядка 400-450 МГЦ вплоть до прекращения связи с Землей на высотах 60-70 км.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание реального способа получения ветровой информации на высотах 60-120 км.

Технический результат достигается за счет использования глобальной спутниковой информационной системы AMSAT, а именно изменение орбиты спутников (при снижении после срока службы) от расчетной за счет влияния ветра.

Для решения поставленной задачи предлагается способ измерения скорости ветра на высотах 60-120 км, основанный на использовании навигационных сигналов, передаваемых от микроспутников на конечном этапе снижения до полного сгорания, характеризующийся тем, что на станции слежения непрерывно фиксируют его навигационные координаты: широта, долгота и высота, сравнивают их с расчетными по времени, а по отклонениям от расчетных координат определяют скорость и направление ветра в горизонтально-вертикальном профиле ионосферы.

На чертеже показана структурная схема способа, на которой изображено

1 - микроспутник

2 - навигационные созвездия GPS/ГЛОНАСС

3 - приемная антенна

4 - приемник

5 - прямые потребители информационных сигналов микроспутника

6 - блок обработки и вычисления текущих координат микроспутника и определения ветровых параметров

7 - блок связи с центром AMSAT

8 - центр AMSAT

РК - радиоканал

Схема имеет следующие соединения.

Навигационные сигналы созвездий GPS/ГЛОНАСС 2 напрямую связаны с микроспутником 1, который через радиоканал связан с приемной антенной 3 наземной станции слежения и блоком прямых потребителей информационных сигналов 5 микроспутника 1; выход приемной антенны 3 через приемник 4 связан с блоком обработки и вычисления 6, выход которого первой двунаправленной шиной ДШ2 связан с центром AMSAT.

Схема реализации предложенного способа работает следующим образом.

Микроспутник 1 после выхода на орбиту выполняет свои функции в штатном режиме и передает собранную информацию по РК на блок прямых потребителей 5. Наземная станция слежения предназначена только для работы, когда микроспутник 1 начинает терять свою орбиту (с течением времени) до высот порядка 120 км, т.е. начинает входить в плотные слои атмосферы.

Каждая наземная станция слежения следит в своем секторе наблюдения за всеми пролетающими микроспутниками, каждый из них посылает по радиоканалу сообщения, состоящие из его порядкового номера, трех навигационных координат: широта, долгота и высота, а также телеинформации о его работе. В память каждой станции внутри номера всех микроспутников и данные их орбит. Со временем микроспутники изменяют свои орбиты до минимума порядка 120 км, станция начинает их отслеживать и сравнивать с записанными в памяти, при отклонении орбиты от записанной (заданной) определяется величина отклонения по трем координатам и по ним вычисляется скорость и направление ветра по всей траектории падения микроспутника вплоть до высоты порядка 60 км, где микроспутник падает уже в плазме до полного сгорания. Эти ветровые данные передаются на центр слежения AMSAT, где обрабатываются со всех станций слежения, получая ветровую характеристику районов станций слежения.

v=8 км/сек (угловая)

t_{ПАДЕНИЯ} от 120 км до 60 км

1 виток ≅ 2 часа. 30 витков = 60 часов. Это время жизни от 120 км до 60 км.

30' это ≅ 30 м/сек

1 км высоты ≅ 20 м/сек

Микроспутник теряет высоту и входит в плотные слои атмосферы со скоростью 8 км/сек, снижаясь по убывающей спирали до полного сгорания, делая при этом 25-30 витков, а время каждого витка равно приблизительно 2 часам. Это время зависит от конструкции микроспутника, т.е. от его аэродинамики.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для измерения скорости и направления ветра на высотах 60-120 км. Сущность: на станции слежения принимают навигационные сигналы от микроспутников на конечном этапе снижения и непрерывно фиксируют их навигационные координаты: широту, высоту и долготу. Полученные координаты сравнивают с расчетными. По отклонениям полученных координат от расчетных определяют скорость и направление ветра в горизонтально-вертикальном профиле ионосферы. Технический результат: измерение скорости и направления ветра на высотах 60-120 км. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения скорости ветра на высотах 60-120 км, основанный на использовании навигационных сигналов, передаваемых от микроспутников на конечном этапе снижения до полного сгорания, характеризующийся тем, что на станции слежения непрерывно фиксируют навигационные координаты спутников: широту, долготу и высоту, сравнивают их с расчетными по времени, а по отклонениям от расчетных координат определяют скорость и направление ветра в горизонтально-вертикальном профиле ионосферы.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что навигационные координаты от микроспутника определяются по GPS/ГЛОНАСС и/или другим навигационным системам.

3. Способ по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что вычисленные данные скорости и направления ветра от каждого микроспутника передаются от станций слежения в единый международный центр обработки AMSAT, где по этим данным строят обобщенную ветровую обстановку в слое ионосферы 60-120 км от поверхности Земли.