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:
- Наклонение
51.6o;
- Высота
перигея 500 км;
- Высота
апогея 300000 -
350000 км;
- Период
обращения 8 - 9 суток.
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 35њ в
сторону оси ‑Z, ось третьего
блока А3 лежит в плоскости XOZ и отвернута от оси -X на 15њ 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 30њ (по
центру);
для
Луны 20њ (по
центру);
для
Земли 30њ (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 30њ в
сторону оси +X космического аппарата;
В нулевом положении привода
ћ ось Zвр (подвижная) расположена
параллельно оси +Y КА и совпадает с ней по направлению;
ћ ось ОНА перпендикулярна осям Yвр
и Zвр и направлена в сторону оси -X КА.
Допустимая
область углов поворота привода по каждой из осей составляет +90њ.
2.1.4.2. При
проведении радиосвязи через ОНА по линии КА-СС:
ћ вектор линии визирования КА-СС должен
находиться внутри допустимой области углов
поворота привода ОНА;
ћ 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;
ћ 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)
ћ
Угол места КА должен превышать 7o.
ћ
Угол 'Солнце-антенна СУ' должен превышать 10o.
ћ
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)
ћ
Угол места КА должен превышать 10o.
ћ
Угол 'Солнце-СС-КА' должен превышать 10o.
ћ
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).
ћ
Угол места исследуемого источника должен превышать 10o.
ћ
Угол 'Солнце-НРТ-исследуемый источник' должен превышать 10o.
ћ
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 10њ.
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:
ћ
для проведения внешнетраекторных измерений,
ћ
для передачи команд во время сеанса управления,
ћ
для перехода с одной станции слежения на другую,
ћ
для разгрузки силового гироскопического комплекса (СГК)
системы управления с помощью двигателей стабилизации,
ћ
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 |
61њ52'25'.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 |