П Р О Т О К О Л

функциональных ограничений на ориентацию

бортовых и наземных средств проекта РадиоАстрон

Версия 3, декабрь 2002

Астрокосмический центр ФИАН, Москва
НПО им. Лавочкина, Москва

 

Настоящим протоколом определяются функциональные ограничения на ориентацию космического аппарата (КА) "Спектр-Р" (проект РадиоАстрон), углы видимости КА наземными средствами управления и требования на видимость исследуемых источников наземными радиотелескопами, участвующими в проекте РадиоАстрон. Кроме того, в протоколе определены условия проведения сеансов научных наблюдений и юстировки. Приведенные ограничения не влияют на точность наведения КА, указанную в проектном Техническом Задании. Ориентация связанных осей КА и основных элементов конструкции показана на рис.1. При проведении научных сеансов связанная ось Х космического аппарата ориентирована на исследуемый источник.

 

1. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕЙ ОРБИТЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

 

Космический аппарат РадиоАстрон выводится на рабочую орбиту со следующими начальными параметрами:

 

 

Начальные значения аргумента перигея и долготы восходящего узла выбираются для конкретной даты старта из условий обеспечения времени баллистического существования не менее 8 лет, максимальной длительности нахождения КА в тени Земли не более 2,5 часов (с учетом возможности проведения коррекции параметров орбиты) и оптимизации критерия качества орбит для проекта РадиоАстрон.

 

2. ОГРАНИЧЕНИЯ НА ОРИЕНТАЦИЮ СВЯЗАННЫХ ОСЕЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

 

2.1. Ограничения по служебным системам КА

 

2.1.1. Система обеспечения теплового режима (СОТР):

угол между нормалью к плоскости радиатора служебной СОТР (ось +Z) и направлением на центр диска Солнца должен превышать 90o;

 

2.1.2. Система энергоснабжения (солнечные батареи):

угол между направлением с КА на центр диска Солнца и полуплоскостью XOZ (Z< 0) не должен превышать 30o.

 

2.1.3. Оптические блоки астроизмерительной системы (АИС).

2.1.3.1. В АИС входят три оптических блока - А1, А2 и А3. Оси двух блоков А1 и А2 лежат в плоскости YOZ и откланяются от осей -Y и Y соответственно на 35° в сторону оси ‑Z, ось третьего блока А3 лежит в плоскости XOZ и отвернута от оси -X на 15° в сторону оси -Z. В штатном режиме используются два оптических блока АИС.

 

2.1.3.2. Угол между осью каждого из двух рабочих оптических блоков АИС и мешающим небесным телом должен превышать:

для Солнца               30° (по центру);

                        для Луны                   20° (по центру);

                        для Земли                 30° (по ближайшему краю).

Примечание:

При формировании программы исследований во время полета выбор рабочих блоков АИС должен производиться из числа разрешенных к использованию и с учетом приведенных в данном протоколе ограничений. Номера блоков, которые могут использоваться, будут сообщаться службой системы управления постановщикам научных экспериментов перед началом планирования.

 

2.1.4. Остронаправленная антенна "борт - Земля" (ОНА).

2.1.4.1. Наведение ОНА на станцию слежения (СС) обеспечивается поворотами привода вокруг двух взаимно перпендикулярных осей вращения Yвр и Zвр. Ось Yвр неподвижна относительно корпуса КА, параллельна плоскости XOZ космического аппарата и отвернута от направления оси +Z на угол 30° в сторону оси +X  космического аппарата;

            В нулевом положении привода

·  ось Zвр (подвижная) расположена параллельно оси +Y КА и совпадает с ней по направлению;

·  ось ОНА перпендикулярна осям Yвр и Zвр и направлена в сторону оси -X КА.

            Допустимая область углов поворота привода по каждой из осей составляет ±90°.

 

2.1.4.2. При проведении радиосвязи через ОНА по линии КА-СС:

            ·  вектор линии визирования КА-СС должен находиться внутри допустимой области     углов поворота привода ОНА;

·  необходимые угловые скорости по каждой оси привода не должны превышать при прецизионной стабилизации 0.2 град/сек для дальностей до КА не более Dона и 0.1 град/сек для дальностей больше Dона (Dона = 60000 км); в процессе переориентации КА с одного источника на другой угловые скорости не должны превышать 0.3 град/сек при дальности до КА не более Dона и 0.15 град/сек при дальности до КА больше Dона. Величина Dона  может в дальнейшем уточняться;

            ·  дальность КА от СС должна быть больше 5000 км.

 

2.1.4.3. За положительное направление вращения валов привода вокруг осей Yвр и Zвр             принимается вращение против часовой стрелки, если смотреть с положительного             направления оси Yвр и Zвр, соответственно.

 

2.2. Ограничения по бортовой научной аппаратуре

 

2.2.1. Система охлаждения малошумящих усилителей - микрокриогенная система (МКС).

 

2.2.1.1. Угол между осью +Z, характеризующей пространственную ориентацию данной            системы, и направлением на центр диска Солнца должен превышать 90o.

 

2.2.1.2. Солнце не должно засвечивать поверхность радиатора СТР "холодной" плиты.          Радиатор расположен на поверхности усеченного конуса с осью, совпадающей с   осью +Х КА, и занимает часть боковой поверхности, ограниченной двугранным        углом +60o относительно оси +Z. Угол полураствора конуса равен 30o.

 

2.2.1.3. При геоцентрических дальностях КА меньше 20000 км угол между осью +Z и   направлением на центр диска Земли должен превышать 30o.

 

2.2.2. Радиоастрономические бортовые приемники и антенна КРТ.

 

2.2.2.1. Угол между направлением на центр диска Cолнца и осью +Х должен превышать        90o.

 

2.2.2.2. Угол между направлением на центр диска Луны и осью +Х должен превышать 5o.

 

2.2.2.3. Угол между направлением на ближайший край диска Земли и осью +Х должен             превышать 5o.

 

 

3. ОГРАНИЧЕНИЯ ПО НАЗЕМНЫМ СРЕДСТВАМ УПРАВЛЕНИЯ, ПРИЕМА НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ И НАЗЕМНЫМ РАДИОТЕЛЕСКОПАМ

 

Под углом места КА (или исследуемого источника) понимается угол между вектором “наземная станция – КА (или исследуемый источник)” и местным горизонтом.

 

3.1. Ограничения на ориентацию антенн станций управления (СУ)

 

·            Угол места КА должен превышать 7o.

·            Угол “Солнце-антенна СУ” должен превышать 10o.

·            Угол “Луна-антенна СУ” должен превышать 5o.

 

Геоцентрические координаты наземных станций управления приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

 

Станции управления

Х (км)

Y (км)

Z (км)

Евпатория

Антенна К-8 (П-2500)

3766.8685

2469.5888

4500.7146

Медвежьи озера

Антенна КТНА-1500

2828.5603

2206.0734

5256.3892

 

3.2. Ограничения на ориентацию антенн станций слежения (СС)

 

·            Угол места КА должен превышать 10o.

·            Угол “Солнце–СС–КА” должен превышать 10o.

·            Угол “Луна–СС–КА” должен превышать 5o.

 

Геоцентрические координаты станций слежения приведены в таблице 2.

 

 

Таблица 2

 

Станции слежения

Х (км)

Y (км)

Z (км)

Пущино

 2916.9559

 2248.6500

 5190.0927

Green Bank

   882.8799

-4924.4823

 3944.1307

Tidbinbilla

-4460.8946

 2682.3616

-3674.7486

 

3.3. Ограничения для наземных радиотелескопов (НРТ).

 

·            Угол места исследуемого источника должен превышать 10o.

·            Угол “Солнце-НРТ-исследуемый источник” должен превышать 10o.

·            Угол “Луна-НРТ-исследуемый источник” должен превышать 5o.

 

Наземные радиотелескопы условно разделяются на большие (диаметр 32-64 м) и малые (диаметр 22-32 м) в соответствие с размером антенн. Геоцентрические координаты наземных радиотелескопов приведены в таблице 3.

 

Примечание:

Для некоторых станций наземной сети наряду с координатами необходимо указать ограничения по азимуту и углу места, обусловленные рельефом прилегающей местности и конструктивными особенностями монтировки соответствующих антенн.

 

4. ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПЕРЕОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

 

Под переориентацией понимается разворот КА в пространстве, при котором связанные оси КА переходят из одного положения в другое. При этом после окончания переориентации геометрическая ось космической антенны должна быть ориентирована на новый исследуемый источник.

 

При выполнении переориентации КА необходимо учитывать следующие условия.

 

4.1.  Угол между направлением на центр диска Солнца и осью +Z не может быть меньше 90o.

 

4.2.  Угол между направлением на центр диска Солнца и осью +Х не может быть меньше 60o.

 

4.3.  Если при переориентации радиоприемники не отключены, необходимо учитывать ограничения по Луне и Земле (см. пп. 2.2.2.2 и 2.2.2.3). В остальных случаях данным ограничением можно пренебречь.

 

4.4.  Солнце не должно засвечивать поверхность радиатора СТР "холодной" плиты (см. п.2.2.1.2)

 

4.5.  Угол между осью каждого оптического блока АИС и ближайшим краем Земли и Луны, а также направлением с КА на центр диска Солнца должен быть больше 10°.

 

4.6. Допустимый угол отклонения направления с КА на центр диска Солнца от нормали к плоскости солнечных батарей и длительность этого отклонения будут определены позднее.

 

4.7.  При нарушении п.п. 4.1 - 4.3 для переориентации может потребоваться выполнение двух или более разворотов.

 

Примечание:

При всех переориентациях необходимо обеспечить непрерывное наведение ОНА на рабочую станцию слежения.

Во время сеанса поиска Солнца допускается нарушение всех перечисленных в Протоколе ограничений.

 

5. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ НАБЛЮДЕНИЙ

 

При проведении наблюдений предполагается, что ограничения, сформулированные в пп. 2 и 3 настоящего протокола, выполняются.

 

5.1. Научные наблюдения

 

При проведении научных наблюдений необходимо выполнение следующих условий.

 

5.1.1. Видимость исследуемого источника с КА.

 

5.1.2. Видимость исследуемого источника как минимум с трех НРТ одновременно, причем два из них должны быть большими, а третий может быть малым.

 

5.1.3. Видимость КА с одной из станций слежения.

 

Примечание: научные наблюдения могут прерываться:

 

·            для проведения внешнетраекторных измерений,

·            для передачи команд во время сеанса управления,

·            для перехода с одной станции слежения на другую,

·            для разгрузки силового гироскопического комплекса (СГК) системы управления с помощью двигателей стабилизации,

·            при прохождении тени от Земли или Луны (см. п. 2.2.4).

 

Времена и моменты этих операций будут определены позднее.

 

5.2. Режим юстировки положения электрической оси и калибровки коэффициента усиления антенны.

 

5.2.1. Юстировка научной аппаратуры выполняется в соответствии с "Протоколом согласования работы системы управления изд. АМ-1 при юстировке научной аппаратуры в полете" (N121-141-92).

 

5.2.2. Для проведения этого режима работы необходимо обеспечить видимость юстировочного источника с КА во время видимости КА со станции управления. При работе на частоте 22 Ггц необходимо также обеспечить видимость КА со станции слежения.

 

5.2.3.    При юстировке КРТ наведение ОНА на СС необходимо выполнять только при длине скана не более нескольких градусов.

 

5.2.4. Список юстировочных источников и их координаты приведены в таблицах 4 - 5.                                                                                                              

 

Наземные радиотелескопы

Таблица 3

 

Наземные радиотелескопы

Страна

Диам.

антенн(м)

Х (км)

Y (км)

Z (км)

Algonquin

Canada

45

 918.036727

-4346.133078

4561.971547

Arecibo

Puer.Rico

300

 2390.4950

-5564.7400

1994.6900

AT-Narrabri

Australia

6x22

-4751.321726

2791.932986

-3200.734558

EVN:

Europe/A

 

 

 

 

   Cambridge

UK

32

 3920.3616

     2.5415

 5014.2840

   Effelsberg

Germany

100

 4033.947502

 486.990450

 4900.430741

   Jodrell (Lovell)

UK

76

 3822.628385

-154.106399

 5086.486480

   Jodrell (Mk II)

UK

26

 3822.842660

-153.800130

 5086.287220

   Medicina

Italy

32

 4461.371970

 919.595870

 4449.559500

   Noto

Italy

32

 4934.56510

1321.20032

 3806.48478

   Onsala

Sweden

25

 3370.968181

  711.464917

 5349.664113

   Shanghai

China

25

-2831.499300

4675.618290

 3275.753510

   Torun

Poland

32

 3638.6078

1221.7812

 5077.1490

   Westerbork

Netherlands

14x25

 3828.440640

  445.226030

 5064.923080

Bear Lakes

Россия

64

 2828.5649

 2206.1191

 5256.2547

Evpatoriya

Украина

70

 3768.3152

 2464.7326

 4502.2246

GMRT

India

240

 1656.986741

 5797.460076

 2072.789893

Goldstone

USA

70

-2353.621181

-4641.341521

 3677.052327

Green Bank

USA

100

  882.879932

-4924.482318

 3944.130699

HartRAO

S.Africa

26

 5085.448400

 2668.271800

-2768.700900

Hobart

Australia

26

-3827.054050

 2679.732095

-4327.516822

Kalyazin

Россия

64

 2731.190445

 2126.198279

 5339.535645

Madrid

Spain

70

 4849.092644

 -360.180590

 4115.109131

Mopra

Australia

22

-4682.904154

 2802.660319

-3292.122134

Nobiyama

Japan

45

-3871.023490

 3428.106800

 3724.039500

OVRO

USA

40

-2409.598867

-4478.350448

 3838.603784

Parkes

Australia

64

-4553.486191

 2817.782755

-3454.183105

Pushchino

Россия

22

  2916.9559

 2248.6500

 5190.0927

Svetloe

Россия

32

  2730.174

 1562.443

 5529.969

Tidbinbilla

Australia

70

-4460.894591

 2682.361570

-3674.748566

Usuda

Japan

64

-3855.3540

 3427.4260

 3740.9650

Zelenchuk

Россия

32

 3451.210

 3060.376

 4391.913

VLA-27

USA

27x25

-1601.185297

-5041.977543

 3554.876003

VLBA_BR (Brewster)

USA

25

-2112.0649658

-3705.3565107

 4726.8137927

VLBA_ FD (Fort Davis)

USA

25

-1324.0091199

-5332.1819707

 3231.9624735

VLBA_HM (Hancock)

USA

25

 1446.3751262

-4447.9396527

 4322.3061179

VLBA_KP (Kitt Peak)

USA

25

-1995.6786197

-5037.3177141

 3357.3281292

VLBA_LA (Los Alamos)

USA

25

-1449.7523518

-4975.2985898

 3709.1239266

VLBA_MK (Mauna Kea)

USA

25

-5464.0749586

-2495.2491181

 2148.2968436

VLBA_NL (N. Liberty)

USA

25

  -130.8722450

-4762.3171209

 4226.8510423

VLBA_OV (Owens Vall.)

USA

25

-2409.1501033

-4478.5732276

 3838.6173945

VLBA_PT (Pie Town)

USA

25

-1640.9537024

-5014.8160270

 3575.4118814

VLBA_SC (Saint Croix)

USA

25

 2607.8485238

-5488.0696769

 1932.7395280

 

 

Список основных юстировочных источников

Таблица 4

 

Название

a2000

d2000

S327

(Ян)

S1665

(Ян)

S4830

(Ян)

S22235

(Ян)

Телец А

(3С 144)

05h34m30s.94

22º00’26”.3

1270

900

650

410

3C 273

12 29 06.70

02 03 08.6

65

35

35

32

Дева А

(3С 274)

12 30 49.61

12 23 35.1

750

185

75

20

Лебедь А

(3С 405)

19 59 28.54

40 44 14.3

6070

1320

380

60

Кассиопея А

(3С 461)

23 23 26.92

58 49 32.1

6440

1840

810

250

 

 

Список основных мазерных юстировочных источников (22 ГГц)

 

Таблица 5

 

Название

a2000

d2000

VLSR

(км/с)

S22235

(Ян)

W3(OH)

02h27m04s.69

61°52’25”.5

-48

4000

Ori KL

05 35 14.48

-05 22 29.6

11

4500

NGC 6334

17 20 53.45

-35 47 01.5

-9

3200

W 49N

19 10 13.40

09 06 14.3

10.3

100000

Cep A

22 56 17.83

62 01 46.3

-8.4

2400