Российская Академия Наук Институт прикладной математики им М

Российская Академия Наук Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша Система РАН для сбора, обработки и анализа информации о техногенной обстановке в околоземном космическом пространстве Директор ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, академик Б. Н. Четверушкин Заседание Научно-технического совета по вопросам мониторинга околоземного космического пространства 12 февраля 2013 года

Космический мусор 44000 объектов 600000 объектов размером > 5 см размером > 1 см 150 млн. объектов размером > 1 мм n n 6 млрд. объектов размером > 100 мкм Все нефункционирующие КО искусственного происхождения В их числе: отработавшие ступени РН, нефункционирующие КА, фрагменты около 200 разрушений

Рост количества каталогизированных космических объектов различных типов

Задачи мониторинга ОКП • Обеспечение безопасности полетов космических аппаратов • Предупреждение о падении на Землю крупных КО • Обеспечение обороноспособности государства • Анализ космической деятельности с точки зрения возможных угроз экономическим, политическим и военным интересам РФ

Угрозы для космической деятельности РФ в условиях техногенной засоренности ОКП • • • Потеря или выход из строя российских КА Ограничение доступа РФ к рынку коммерческих запусков Втягивание РФ в чрезвычайно затратные проекты по очистке ОКП Возникновение претензий к России Возникновение информационной зависимости РФ

Научные и прикладные задачи мониторинга ОКП • Создание и верификация эволюционной математической модели популяции космического мусора • Выявление и прогнозирование опасных событий в ОКП • Определение фактической населённости орбит • Совершенствование используемых моделей движения • Улучшение методов и алгоритмов обнаружения новых КО • Создание математических моделей для определения вероятных источников образования обнаруженных объектов • Разработка научно обоснованных предложений по снижению засоренности ОКП

Системы мониторинга и анализа ситуации в ОКП • Российская система контроля космического пространства (МО РФ) • Автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в ОКП – АСПОС ОКП (Роскосмос) • Научная сеть оптических инструментов для астрометрических и фотометрических наблюдений -НСОИ АФН/ISON (РАН) с центром анализа в ИПМ им. М. В. Келдыша • Американская система контроля космического пространства US SSN (МО США) • Начато создание европейской системы информирования о ситуации в ОКП SSA (ЕКА) • Объявлено о начале работ по созданию сети оптических обсерваторий Азиатско-Тихоокеанского региона – APOSOS • Отдельные радиолокаторы и оптические телескопы имеются во Франции, Китае, Японии, Германии, Канаде, также есть планы у Южной Кореи

Средства АСПОС ОКП НСОИ АФН, РАН (ИПМ РАН, МАК ВЫМПЕЛ, ИЗМИРАН) (ЦУП ЦНИИмаш)

Организационная основа работ по космическому мусору в РАН • В 2001 г. впервые образована экспертная рабочая группа Совета РАН по космосу по проблеме космического мусора. Распоряжением Президиума РАН № 10103 -142 от 28. 02. 2001 г. , на ИПМ им М. В. Келдыша возложены обязанности по проведению работ по сбору, хранению, обработке и анализу информации по космическому мусору в специальном Центре, созданном на базе Баллистического центра ИПМ • Решением Роскосмоса (№АП-56 от 02. 07. 08) и РАН (№ 69 от 17. 10. 08) об организации взаимодействия при решении задач АСПОС ОКП на ИПМ возложены обязанности по созданию Сегмента АСПОС ОКП мониторинга опасных ситуаций в области ГСО, ВЭО и СВО и службы для его эксплуатации, включая координацию работы сети НСОИ АФН • Распоряжением Президиума РАН № 10310 -52 от 25. 01. 2012 на ИПМ возложены функции головной координирующей организации по реализации поручений Решения АСПОС ОКП и положения АСПОС ОКП в части, касающейся РАН

Работы РАН по мониторингу ОКП - Традиционными средствами РАН для мониторинга ОКП являются оптические инструменты (телескопы). Имеется также одна радиолокационная станция под Иркутском. На базе антенн дальней космической связи (НКУ ДКА) была проводилась отработка метода РСДБ-локации высокоорбитальных КО - С 2001 г. началась реализация проекта НСОИ АФН, который сейчас включает в себя около 50 телескопов более 30 обсерваторий в 14 странах мира. Преимущественная область мониторинга НСОИ АФН - высокие орбиты (геостационарная – ГСО, высокоэллиптические – ВЭО и средневысокие – СВО) - Работы проводятся в интересах решения задач: • Роскосмоса (АСПОС ОКП) • ОАО МАК «Вымпел» • РАН • Центров управления КА • МИД (поддержка международной деятельности РФ)

Центр РАН по сбору, обработке и анализу информации о космическом мусоре и Сегмент АСПОС ОКП мониторинга опасных ситуаций в области ГСО, ВЭО и СВО в ИПМ им. М. В. Келдыша РАН На базе суперкомпьютера К-100 производительностью 100 терафлоп проводятся работы по созданию специального программного обеспечения для решения перспективных задач мониторинга ОКП

База данных орбитальных параметров с оценкой точности База данных ИПМ им. М. В. Келдыша РАН содержит полный архив регулярно обновляемых параметров движения КО с ковариационными матрицами ошибок. Ковариационные матрицы ошибок позволяют оценить степень неопределенности любого параметра, зависящего от орбитальных параметров КО: Оценка ошибок является ключевой информацией при выявлении и анализе опасных сближений КА

Научная сеть оптических инструментов для астрометрических и фотометрических наблюдений

Рост количества измерений по КО сети НСОИ АФН за 2003 – 2012 гг.

Структура оптической сети НСОИ АФН • кооперация оптических обсерваторий: - поисково-обзорная подсистема - подсистема обнаружения и сопровождения фрагментов космического мусора - подсистема для наблюдений спутников по целеуказаниям - подсистема для поиска и изучения астероидов и комет • группа технической поддержки (АНЦ Проект-техника) • группа отработки новых технологий наблюдения • группы производства телескопов и монтировок • группа планирования наблюдений и обработки измерений по космическому мусору (ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, ОАО «МАК «Вымпел» , ЗАО «АНЦ «Проект-техника» ) • группа планирования и координации работ (ИПМ им. М. В. Келдыша РАН)

Поисково-обзорная подсистема: двенадцать 22 -25 см телескопов с полем зрения 3. 5 - 5. 5 градусов

Планирование обзоров и наблюдений по ЦУ Созданы эффективные алгоритмы и программы планирования работы телескопов, учитывающие многочисленные параметры (положение траекторий всех КО, тени Земли, Млечного пути и др. ) и обеспечивающие возможность наблюдений сотен КО в области ГСО и ВЭО одним телескопом за ночь

Научная сеть оптических инструментов • Основной источник информации для прогноза опасных событий на высоких орбитах в рамках проекта АСПОС ОКП, обеспечивает 97% отечественных данных по высоко -орбитальным КО для решения задач мониторинга ОКП • Превосходит сеть слежения США в части мониторинга ГСО - НСОИ АФН наблюдает на 600 объектов больше • Обеспечивает более оперативное (по сравнению с США) обнаружение КО новых запусков на ГСО, маневров КА, получение более точных орбит с большей частотой обновления • За 2012 год получено почти 6 млн. измерений по 3200 объектам (за 6 лет собрано около 14 млн. измерений) • За 2012 год обнаружено 270 новых КО (2011 – 168 КО, 2010 – 61 КО)

Распределение 1758 ГСО-объектов в базе данных ИПМ по периоду и наклонению синие точки – 1162 объекты, имеются также у США красные точки – 597 объектов, отсутствующих в данных США

3 телескопа (Кисловодск, Нью-Мексико и Андрушёвка) проводят поиск астероидов и комет, 7 телескопов исследуют физические свойства АСЗ Обнаружено 6 АСЗ, 3 кометы, включая С/2012 S 1 (ISON), и более 2000 астероидов различных типов, для 14 астероидов измерен период вращения, открыто 2 двойных астероида. У 3 астероидов удалось обнаружить YORP-эффект

Программа ООН-НСОИ АФН (UNISON) Вопросы мониторинга космического мусора обсуждаются в ООН (НТПК, ЮПК COPUOS), разрабатываются правила «дорожного движения» в космосе 1 июня 2012 года, во время 55 сессии комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях (СOPUOS), НСОИ АФН присоединился к инициативе ООН по фундаментальной космической науке.

Создание подсистемы специализированных обсерваторий РАН и Роскосмоса ЭОП-1/ЭОП-2 для АСПОС ОКП

Первая специализированная обсерватория ЭОП -1 в Кисловодске (25 -см, 2 х20 см и 40 -см)

Выводы: • Сеть НСОИ АФН является уникальным научным инструментом для мониторинга ОКП и обеспечивает 97% отечественных данных по высокоорбитальным КО. Впервые в истории страны осуществляется глобальный просмотр всей области, выполняется массовое обнаружение малоразмерных фрагментов и ВЭО-объектов • Чрезвычайно важно обеспечить скорейшую институализацию НСОИ АФН • В ИПМ создан Центр сбора, обработки и анализа информации по техногенным объектам в ОКП, в работе которого применяются самые передовые математические алгоритмы, а для программной реализации используются современные суперкомпьютерные технологии • Созданы специализированные обсерватории ЭОП-1 и ЭОП-2 для слежения за космическим мусором, способные в несколько раз повысить эффективность мониторинга высоких орбит. • Для повышения полноты и качества мониторинга ОКП необходимо многократное увеличение потока измерений. Предложения по развитию НСОИ АФН разработаны в проекте создания Единой системы предупреждения и парирования космических угроз

Существующие проблемы НСОИ АФН • Нет целевого финансирования, в том числе целевой поддержки со стороны РАН. Проект развивается инициативно • Сеть НСОИ АФН и Центр обработки ИПМ им. М. В. Келдыша РАН функционируют за счет нерегулярных контрактов, объем которых каждый год меняется • Финансирование в 2012 г. осуществлялось на критически минимальном уровне. По 2013 г. определенности пока нет В связи с этим не удается реализовать в полной мере планы повышения объемов и качества работ (необходимо увеличивать оперативность, количество сопровождаемых КО, точность прогноза опасных сближений)

Рекомендации: • Необходимо институализировать проект НСОИ АФН • Организовать проведение фундаментальных ориентированных исследований в интересах создания эволюционной математической модели популяции космического мусора • Оказать содействие развитию международных отношений в рамках проекта НСОИ АФН