Способ создания пространственной астрономо-геодезической сети на поверхности Луны с применением мобильных систем длиннобазисной радиоинтерферометрии по наблюдению квазаров Российский патент 2022 года по МПК G01S19/43 G01V99/00 G01B9/02 

Изобретение относится к космической геодезии в частности с способам построения пространственной астрономо-геодезической сети на поверхности Луны с применением мобильных систем длиннобазисной радиоинтерферометрии по наблюдению квазаров.

Способ создания пространственной астрономо-геодезической сети на поверхности Луны с применением мобильных систем длиннобазисной радиоинтерферометрии по наблюдению квазаров предложен впервые и аналогов не имеет.

В настоящее время с развитием эффективных методов и технологий длиннобазисной радиоинтерферометрии (ДБРИ) значительно возрастут возможности широкого внедрения мобильных лунных систем (МЛС) с использованием астрономо геодезических обсерваторий (АГО), оснащенными радиотелескопами (РТ) по наблюдению квазаров для решения задач геодезии, геодинамики, геофизики, навигации: АГО (РТ) - Земля - АГО (РТ) Луна [1-3]. В ближайшей перспективе ДБРИ - технологии широко будут внедряться не только для повышения эффективности государственной системы геодезического, навигационного обеспечения ВС РФ, развития экономики и наук о Земле, но для решения научных проблем по изучению и освоению природных ресурсов Луны, Марса, осуществление полетов к другим планетам Солнечной системы.

Актуальность решения проблемы по созданию пространственной астрономо-геодезической сети (ПАГС) на поверхности Луны с применением мобильных систем ДБРИ по наблюдению квазаров объясняется необходимостью удовлетворения требований развития геодезии, геодинамики, навигации, экономики страны. Для решения данной проблемы необходимо разрешение существующих противоречий [1-3] с одной стороны:

- не удовлетворяет современным и перспективным требованиям развития геодезического, геофизического, навигационного, геодинамического обеспечения экономики и наук о Земле из-за отсутствия высокоточных и фундаментальных астрономо-геодезических систем координат и высот;

- отсутствие пространственных квазарно-геодезических сетей на поверхности Луны, лунной инерциальной системы координат, лунной геодезической системой координат, отнесенных к центру масс Луны;

- не удовлетворяет требованиям геодезической привязки природных ископаемых на Луне;

- не удовлетворяет требованиям геодезического обеспечения полетов космических станций к Луне и их посадки в локальных территориях Луны;

С другой стороны:

- необходимость ускорения научно-технического прогресса по освоению природных ресурсов Луны в интересах развития экономики и наук о Земле, связанных с решением научных задач по созданию ПАГС;

- наличием в мире эффективных мобильных систем ДБРИ по наблюдению квазаров с точностью координат ~0.001", …, 0.0001";

- созданием высокоточной ПАГС, фиксирующей лунную инерциальную геодезическую систему координат по наблюдениям квазаров с применением мобильных систем ДБРИ, на Луне, установлением ее связи с инерциальной геодезической системой координат Земли и государственной глобальной Общеземной геоцентрической системой координат Российской Федерации (ОГСК РФ) с началом отнесенным к положению центра масс Земли (ЦМЗ), где сумма моментов инерции равна нулю, что и является естественным условием, которое облегчает постановку и решение задачи о движении Луны, так как плоскость мгновенной орбиты Луны всегда проходит через ЦМЛ;

- определение согласованных фундаментальных астрономо-геодезических, гравиметрических, геодинамических параметров Луны и Земли;

- необходимость геодезическое обеспечение картографирования локальных, региональных территорий Луны;

- необходимость уточнение параметров модели Луны;

- эталонирование орбит ИСЗ-Луны;

- геодезическое обеспечение полигонов ПАГС для посадки космических систем и строительства поселений на Луне;

- необходимость геодезического, гравиметрического, геофизического обеспечения по исследованию природных ресурсов Луны.

Предлагаемая структура применения ДБРИ-технологий в мобильной системе на поверхности «Земли-Луны» приведена на фиг. 1. Принцип метода решения данной проблемы по построению локальных (региональной) ПАГС на поверхности Луны с применением мобильной радиоинтерферометрической системы по наблюдению квазаров состоит в том, что в системе предусматривается расположение двух радиотелескопов (РТ) на: АГО (РТ) поверхности Земли и на МЛС «Земля-Луна» [2-9, 13, 14], оснащенных высокостабильными стандартами времени. С помощью гетеродинов принимаемое высокоточное излучение от радиоисточника (квазара) (σ) поступает не одновременно, а с некоторым запаздыванием по времени (T_S, T_Q) и как конечный результат находят две фундаментальные измеренные величины: временную задержку обусловленную разностью расстояний до фазовых центров РТ АГО на Земле и РТ МЛС, которая будет меняться из-за изменения угла между базой и направлением на квазар временную задержку вращения Земли, Луны - Именно эти величины и являются основой рассматриваемого метода решения задачи по построению ПАГС, уточнению координат квазаров с СКП ~0.001", …, 0.0001".

Геометрически временная задержка прихода сигнала от квазара на антенны радиотелескопов системы АГО (РТ) «Земля-Луна» базовой линии на момент (фиг. 1) имеет вид:

где

- часовой угол квазара.

Уравнение для системы ДБРИ «АГО-АГО» имеет [4]

Временная задержка в инерциальной системе координат запишется [7]:

где

- разности координат базовой линии в Общеземной геоцентрической системе координат;

- матрицы вращения за полюс, истинное звездное время (S), прецессию и нутацию соответственно.

Исходя из фиг. 1 и формул (1-5) измеренные величины в орбитальном методе космической геодезии можно представить в трех вариантах: во-первых, как непосредственно измеренные величины во-вторых, как функции «измеренных» координат (x_s, y_s, z_s) и Кеплеровых элементов орбиты, в-третьих как функцию «измеренных» геоцентрических радиусов положения КА (РТ) относительно положения центра масс Земли (ЦМЗ).

Определим уравнения поправок для временной задержки сигнала от квазара и временной задержки вращения в орбитальном методе космической геодезии по результатам наблюдений квазаров с примени ем системы ДБРИ «АГО (РТ) - «Земля - Луна». Функциональную связь между измеренными величинами параметрами орбиты Луны АГО (РТ) координатами АГО (РТ) на поверхности Земли координатами полюса и неравномерностью вращения Земли поправкой за метеоусловия и расхождения шкал времени запишем в виде

Систему уравнений поправок для измерений в матричном виде

Где аналогичные матрицы частных производных: А, В, С, D при искомых параметрах: производится составлением и решением систем уравнений (8).

Техническим результатом является новая методика и алгоритм создания пространственной ПАГС на поверхности Луны с перспективой:

- удовлетворения требований геодезической привязки природных ископаемых на Луне;

- геодезического обеспечения полетов космических станций к Луне и их посадки в локальных территориях Луны;

- создание условий при освоении природных ресурсов Луны;

- создания высокоточной ПАГС, фиксирующей лунную инерциальную геодезическую систему координат по наблюдениям квазаров с применением мобильных систем ДБРИ, на Луне, установления ее связи с инерциальной геодезической системой координат Земли и государственной глобальной Общеземной геоцентрической системой координат Российской Федерации (ОГСК РФ) с началом отнесенным к положению центра масс Земли (ЦМЗ), что и является естественным условием, которое облегчает постановку и решение задачи о движении Луны, так как плоскость мгновенной орбиты Луны всегда проходит через ЦМЗ;

- определение согласованных фундаментальных астрономо-геодезических, гравиметрических, геодинамических параметров Луны и Земли;

- геодезическое обеспечение картографирования локальных, региональных территорий Луны;

- уточнение параметров модели Луны;

- эталонирование орбит Луны в качестве спутника Земли;

- геодезическое обеспечение полигонов ПАГС для посадки космических систем и строительства поселений на Луне;

- геодезическое, гравиметрическое, геофизическое обеспечение по исследованию природных ресурсов Луны.

Таким образом предложенный способ обеспечит решение научно-технических проблем по повышению эффективности геодезического обеспечения с применением методов и технологий ДБРИ. Для дальнейшего развития наук о Земле: астрономии, геодезии, геофизики, геодинамики и навигации необходимо широкое внедрение эффективных методов и технологий с использованием мобильных радиоинтерферометрических систем по наблюдению квазаров АГО (РТ) «Земля-Луна», а также создаст условия для определения формы, размеров Луны, установления фундаментальных геодезических, гравиметрических, навигационных, геодинамических параметров Луны, решения задач по исследованию природных ресурсов Луны, строительства лунных поселений целесообразно широкое внедрение методов и технологий ДБРИ по построению локальных (региональных) ПАГС по результатам наблюдений квазаров.

Список использованной литературы:

1. Малец К.В., Лангеман И.П. Проблема создания мобильной квазарно-навигационной системы определения уклонений отвесных линий с применением методов и технологий ГЛОНАСС/GPS и астрономии. - М.: ОБА ВС РФ, инв. №1131, 2009.

2. Малец К.В., Лангеман И.П., Филатов В.Н., Рутько И.М. Проблема меодернизации и развития СНС ГЛОНАСС с применением методов и технологий длиннобазисной радиоинтерферометрии (ДБРИ) по наблюдению квазаров. - М.: ОБА, ТНС №1, 2019.

3. Малец К.В., Пигулка С.А. Проблема построения региональных (локальных) пространственных астрономо-геодезических сетей на поверхности Луны с применением мобильных радиоинтерферометрических систем по результатам наблюдений квазаров. - М.: ОВА, ТНС №2, 2022.

Изобретение относится к космической геодезии, в частности с способам построения пространственной астрономо-геодезической сети (ПАГС) на поверхности Луны с применением мобильных систем длиннобазисной радиоинтерферометрии по наблюдению квазаров. Принцип заявленного метода построения локальной (региональной) ПАГС на поверхности Луны с применением мобильной радиоинтерферометрической системы по наблюдению квазаров состоит в том, что в системе предусматривается расположение двух радиотелескопов (РТ): на поверхности Земли и в системе «Земля-Луна», оснащенных высокостабильными стандартами времени. С помощью гетеродинов принимаемое высокоточное излучение от радиоисточника (квазара) поступает с некоторым запаздыванием по времени, и, таким образом, находят две фундаментальные измеренные величины: временную задержку, обусловленную разностью расстояний до фазовых центров РТ на Земле и РТ системы «Земля-Луна», которая будет меняться из-за изменения угла между базой и направлением на квазар; временную задержку вращения Земли, Луны. Именно эти величины и являются основой рассматриваемого метода решения задачи по построению ПАГС, уточнению координат квазаров со среднеквадратической погрешностью 0.001"-0.0001". Техническим результатом является новая методика и алгоритм создания пространственной ПАГС на поверхности Луны. 1 ил.

Способ создания пространственной астрономо-геодезической сети на поверхности Луны с применением мобильных систем длиннобазисной радиоинтерферометрии по наблюдению квазаров заключается в применении технологии длиннобазисной радиоинтерферометрии в системе «Земля-Луна», при которой решение по построению локальных пространственных астрономо-геодезических сетей на поверхности Луны осуществляется с применением мобильной радиоинтерферометрической системы по наблюдению квазаров и состоит в том, что в системе предусматривается расположение двух радиотелескопов на: астрономо-геодезической обсерватории на поверхности Земли и на мобильной лунной системе «Земля-Луна», оснащенных высокостабильными стандартами времени; находят две фундаментальные измеренные величины, которые являются основой решения задачи по построению лунной пространственной астрономо-геодезической сети и уточнению координат квазаров: 1) временную задержку, обусловленную разностью расстояний до фазовых центров радиотелескопа астрономо-геодезической обсерватории на Земле и радиотелескопа мобильной лунной системы, которая будет меняться из-за изменения угла между базой и направлением на квазар; 2) временную задержку вращения Земли, Луны.