Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 5. С. 130-146
Радиолокационный мониторинг малоразмерных объектов «космического мусора»
А.И. Баскаков
1 , А.А. Комаров
1 , В.А. Пермяков
1 1 Национальный исследовательский университет "МЭИ", Москва, Россия
Одобрена к печати: 01.10.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-5-130-146
Задача наземного радиолокационного мониторинга одиночных малоразмерных объектов «космического мусора» (КМ) размером порядка 1 см и менее даже на низких орбитах чрезвычайно затруднительна из-за требований высокой энергетики и разрешающей способности радиолокационной станции (РЛС). Однако появление малоразмерных объектов связано с разрушением более крупных фракций КМ и, как правило, это неодиночные объекты. Поэтому предложено обратить внимание на мониторинг не одиночного мелкого элемента КМ, а на «рой» таких малоразмерных объектов. При этом в первом приближении можно ограничиться определением параметров, характеризующих структуру облака малоразмерных объектов КМ «в среднем». В статье использована многоточечная модель протяжённой групповой цели со случайными статистически независимыми парциальными отражателями, которые заполняют некоторую область пространства малоразмерными объектами, распределёнными по объёму облака КМ случайным образом. В радиальном направлении распределение малоразмерных фракций КМ соответствует нормальному закону относительно некоторого среднего значения высоты орбиты. В продольном направлении распределение элементов КМ равновероятное. Предложено проводить оценку средних размеров облака КМ по дисперсии высотного (радиального) распределения малоразмерных элементов КМ, которая определяется по взаимной двухчастотной корреляционной функции эхо-сигналов РЛС, отражённых от роя малоразмерных фракций КМ. Показано, что при высоком угловом разрешении антенны наземной РЛС, работающей в режиме beam-park вертикального зондирования, достигается необходимая чувствительность к радиальной протяжённости облака малоразмерных фракций КМ. Сужение диаграммы направленности (ДН) антенны можно достичь либо инверсным синтезированием апертуры антенны в каждом частотном канале вдоль направления пролёта КМ, либо использованием фазированных адаптивных антенных решёток вместо радиотелескопов с громоздкими зеркальными антеннами. Сужение луча ДН антенны РЛС позволяет исключить влияние декоррелирующего множителя на взаимный двухчастотной коэффициент корреляции и повысить чувствительность измерений.
Ключевые слова: космический мусор, радиолокационный мониторинг, многоточечная модель, протяжённая групповая цель, характеристики рассеяния, модель отражённого сигнала, взаимная двухчастотная корреляционная функция
Полный текстСписок литературы:
- Баскаков А. И., Мин-Хо Ка, Терехов В. А. Оценка ординат морских волн по взаимной двухчастотной корреляционной функции отраженных сигналов при надирном синтезировании апертуры антенны // Радиотехника. 2006. № 12. С. 37–41.
- Вениаминов С. С. Космический мусор — угроза человечеству. М.: ИКИ РАН, 2013, 208 с.
- Кобак В. О. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио, 1975. 248 с.
- Космический мусор. В 2 кн. Кн. 1. Методы наблюдения и модели космического мусора / под науч. ред. д-ра техн. наук, проф. Г. Г. Райкунова. М.: Физматлит, 2014. 248 с.
- Молотов И. Е., Вольвач А. Е., Коноваленко А. А., Фалькович И. С., Литвиненко Л. Н., Негода А. А., Федоров О. П., Липатов Б. Н., Горшенков Ю. Н., Агапов В. П., Туккари Дж., Лю Ш. Международные эксперименты по исследованию околоземных объектов с помощью метода РСДБ-локации // Косм. наука и технология. 2004. Т. 10. № 2/3. С. 87–92.
- Назаренко А. И. Моделирование космического мусора. М.: ИКИ РАН, 2013. 216 с.
- Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982. 624 с.
- Liou J-C. Risks from orbital debris and space situational awareness // IAA Conf. Space Situational Awareness (ICSSA). 2020. Article JSC-E-DAA-TN76975. 27 p.
- Matney M. Small Debris Observations from the Iridium 33/Cosmos-2251 Collision // Orbital Debris Quarterly News. 2010. V. 14. Iss. 2.