КООРДИНАТНАЯ ПРИВЯЗКА ОРБИТАЛЬНЫХ СНИМКОВ ЛУНЫ В РАЙОНЕ КРАТЕРА ЭЙТКЕН
|
ВВЕДЕНИЕ 2
0. Топография обратной стороны Луны 5
0.1 Бассейн «Южный полюс - Эйткен» 5
0.2 Кратер Эйткен 7
1. Исходные данные 9
1.1 Карта Лунной поверхности NASA 9
1.2 Орбитальные снимки КК «Аполлон-17» 11
1.3 Каталоги ЦНИИГ АиК и Ситдиковой 14
2. Создание каталога 17
2.1 Обработка орбитального снимка в ПП Irfan View 17
3.1 Определение сферических и прямоугольных координат 20
3.2 Сравнение созданного каталога с другими каталогами 29
3. Обратная Пространственная Фотограмметрическая Засечка 32
3.1 Алгоритм решения ОФЗ 32
3.2 Решение ОФЗ в программе 36
3.3 Опытное определение оптимального количества опорных точек 45
3.4 Решение ОФЗ по орбитальным снимкам AS-17-0341 и AS-17-0342.... 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
Список используемых аббревиатур 60
Список литературы 61
Приложение
0. Топография обратной стороны Луны 5
0.1 Бассейн «Южный полюс - Эйткен» 5
0.2 Кратер Эйткен 7
1. Исходные данные 9
1.1 Карта Лунной поверхности NASA 9
1.2 Орбитальные снимки КК «Аполлон-17» 11
1.3 Каталоги ЦНИИГ АиК и Ситдиковой 14
2. Создание каталога 17
2.1 Обработка орбитального снимка в ПП Irfan View 17
3.1 Определение сферических и прямоугольных координат 20
3.2 Сравнение созданного каталога с другими каталогами 29
3. Обратная Пространственная Фотограмметрическая Засечка 32
3.1 Алгоритм решения ОФЗ 32
3.2 Решение ОФЗ в программе 36
3.3 Опытное определение оптимального количества опорных точек 45
3.4 Решение ОФЗ по орбитальным снимкам AS-17-0341 и AS-17-0342.... 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
Список используемых аббревиатур 60
Список литературы 61
Приложение
В последнее время значительно возрос интерес к Луне. Луна обладает множеством плюсов для нас. В первую очередь, это создание «резервной копии» человечества. С каждым днем климат на нашей планете изменяется, появляются озоновые дыры, есть риск падения крупных метеоритов, угрозы вулканической активности и прочих катастроф, которые в истории нашей планеты случались регулярно. Об этом в свое время рассуждал ещё Циолковский К.Э.
Сама поверхность Луны не пригодна для жизни в связи с перепадами температур от -150°С до +120°С, космической радиацией и постоянным падением на ее поверхность микрометеоритами из-за отсутствия атмосферы. Поэтому имеет смысл, строить Лунную базу в толще грунта. Единственный доступный источник энергии на Луне - это Солнце и из-за отсутствия атмосферы солнечные батареи на Луне могут вырабатывать в несколько раз больше энергии, чем на Земле. Существуют проекты по созданию на Луне сети электростанций. Также, из-за отсутствия атмосферы на Луне возможна установка космических телескопов любого диапазона. Обслуживание лунных телескопов будет дешевле орбитальных таких, как «Хаббл».
Ещё одним из основных важных факторов является тот, что на Луне имеется большое количество ресурсов. В их число входят: кислород, кремний, железо, гелий-3. Гелий-3 — это один из компонентов перспективного топлива для термоядерного реактора. На Земле гелия-3 практически нет, а до поверхности Луны он долетает вместе с солнечным ветром и постепенно накапливается в верхнем слое грунта.
Также, из-за отсутствия на Луне геологической активности геолог Х.Шмидт (член экипажа КК «Аполлон-17») обнаружил так называемый «оранжевый грунт». До этого ни автоматам, ни участникам других экспедиций не удалось выявить на лунной поверхности такой необычно окрашенный реголит. Анализ этих образцов на Земле показал, что благодаря находке Х. Шмидта был открыт поздний лунный вулканизм, относящийся к периоду около 3,7 млрд. лет назад. Удивительно, но, возможно, что изучать историю Земли будет проще на Луне.
Япония вместе с NASA объединились в партнерстве и поставили перед собой цель по отправлению человека на Луну уже к 2030 году. Россия также вернулась к задаче освоения земного спутника. Основные планы российской программы касаются отправки на Луну автоматических станций и доставки на Землю образцов лунного грунта в период с 2019 по 2024 годы.
На международном астрономическом симпозиуме, проходившем в период 25 - 30 августа 2016 года в Казанском федеральном университете под названием «Исследования Луны и космическое технологическое наследие», выступал Джонсонг Пинг, профессор китайской национальной обсерватории, который сделал доклад о создании радио обсерватории в окололунном пространстве. Он сообщил, что уже в этом году будет реализована Миссия «Чанъэ-4» Лунной программы Китая, которая предусматривает мягкую посадку на обратной стороне Луны стационарной лунной станции и лунохода. Стоит отметить, что на обратной стороне Луны не садился ещё ни один космический аппарат. Планируемое место посадки находится в кратере Карман, который расположен в бассейне Южный полюс - Эйткен.
Их миссия важна, так как на космическом аппарате миссии прилунения Чанъэ-4 будет установлен низкочастотный радиоастрономический детектор, который в первую очередь будет установлен на обратной боковой поверхности Луны с целью наблюдения солнечной вспышки и исследования лунной ионосферы. Кроме того, будут изучены технические возможности для создания в будущем на лунной поверхности низкочастотной радио обсерватории. В связи с этим важно знать точность, с которой может быть произведена посадка на обратной стороне Луны космических кораблей. Нами был исследован кратер, который находится вблизи кратера Карман - это кратер Эйткен.
Целью данной работы является:
Изучить возможности привязки орбитальных снимков по топографической карте Луны в районе кратера Эйткен
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
1. Создать каталог опорных точек используя топографическую карту и орбитальные снимки «Аполлон 17»;
2. Определить элементы внешнего ориентирования и их средние квадратические погрешности путем решения обратной фотограмметрической засечки;
3. Оценить степень надежности координатной привязки и выявить оптимальное количество опорных точек.
Сама поверхность Луны не пригодна для жизни в связи с перепадами температур от -150°С до +120°С, космической радиацией и постоянным падением на ее поверхность микрометеоритами из-за отсутствия атмосферы. Поэтому имеет смысл, строить Лунную базу в толще грунта. Единственный доступный источник энергии на Луне - это Солнце и из-за отсутствия атмосферы солнечные батареи на Луне могут вырабатывать в несколько раз больше энергии, чем на Земле. Существуют проекты по созданию на Луне сети электростанций. Также, из-за отсутствия атмосферы на Луне возможна установка космических телескопов любого диапазона. Обслуживание лунных телескопов будет дешевле орбитальных таких, как «Хаббл».
Ещё одним из основных важных факторов является тот, что на Луне имеется большое количество ресурсов. В их число входят: кислород, кремний, железо, гелий-3. Гелий-3 — это один из компонентов перспективного топлива для термоядерного реактора. На Земле гелия-3 практически нет, а до поверхности Луны он долетает вместе с солнечным ветром и постепенно накапливается в верхнем слое грунта.
Также, из-за отсутствия на Луне геологической активности геолог Х.Шмидт (член экипажа КК «Аполлон-17») обнаружил так называемый «оранжевый грунт». До этого ни автоматам, ни участникам других экспедиций не удалось выявить на лунной поверхности такой необычно окрашенный реголит. Анализ этих образцов на Земле показал, что благодаря находке Х. Шмидта был открыт поздний лунный вулканизм, относящийся к периоду около 3,7 млрд. лет назад. Удивительно, но, возможно, что изучать историю Земли будет проще на Луне.
Япония вместе с NASA объединились в партнерстве и поставили перед собой цель по отправлению человека на Луну уже к 2030 году. Россия также вернулась к задаче освоения земного спутника. Основные планы российской программы касаются отправки на Луну автоматических станций и доставки на Землю образцов лунного грунта в период с 2019 по 2024 годы.
На международном астрономическом симпозиуме, проходившем в период 25 - 30 августа 2016 года в Казанском федеральном университете под названием «Исследования Луны и космическое технологическое наследие», выступал Джонсонг Пинг, профессор китайской национальной обсерватории, который сделал доклад о создании радио обсерватории в окололунном пространстве. Он сообщил, что уже в этом году будет реализована Миссия «Чанъэ-4» Лунной программы Китая, которая предусматривает мягкую посадку на обратной стороне Луны стационарной лунной станции и лунохода. Стоит отметить, что на обратной стороне Луны не садился ещё ни один космический аппарат. Планируемое место посадки находится в кратере Карман, который расположен в бассейне Южный полюс - Эйткен.
Их миссия важна, так как на космическом аппарате миссии прилунения Чанъэ-4 будет установлен низкочастотный радиоастрономический детектор, который в первую очередь будет установлен на обратной боковой поверхности Луны с целью наблюдения солнечной вспышки и исследования лунной ионосферы. Кроме того, будут изучены технические возможности для создания в будущем на лунной поверхности низкочастотной радио обсерватории. В связи с этим важно знать точность, с которой может быть произведена посадка на обратной стороне Луны космических кораблей. Нами был исследован кратер, который находится вблизи кратера Карман - это кратер Эйткен.
Целью данной работы является:
Изучить возможности привязки орбитальных снимков по топографической карте Луны в районе кратера Эйткен
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
1. Создать каталог опорных точек используя топографическую карту и орбитальные снимки «Аполлон 17»;
2. Определить элементы внешнего ориентирования и их средние квадратические погрешности путем решения обратной фотограмметрической засечки;
3. Оценить степень надежности координатной привязки и выявить оптимальное количество опорных точек.
При выполнении настоящей работы был сформирован каталог опорных точек используя топографическую карту Луны и орбитальные снимки «Аполлон-17», состоящий из 100 точек. Было проведено сравнение нашего каталога по одноименным точкам ранее созданных каталогов Ситдиковой и ЦНИИГАиК. Выяснилось, что в результате сравнения различия определения высот составили 0,2 и 0,3 км соответственно.
Вопрос о выборе элементов лунного рельефа при создании каталогов лунных координат и сегодня остается актуальным. Из нашего исследования, выявлено, что горные вершины не подходят для их использования в качестве опорных точек. Вследствие этого часть лунных вершин была отбракована в ходе решения ОФЗ и в дальнейшем не использовалась. В качестве решения выбора элементов лунного рельефа при создании каталогов был предложен вариант построения лазерных маяков, который бы реализовал навигацию на Луне. Российская посадочная станция «Луна-25» станет первым маяком на Луне. Она будет посылать на Землю лазерный луч, который укажет точное место посадки аппарата. Это позволит следующим лунным модулям с высокой точностью определять свое положение на поверхности естественного спутника Земли.
По итогам решения ОФЗ для поиска оптимального количества опорных точек выяснилось, что сами значения ЭВО зависят от количества опорных точек и их расположения на орбитальном снимке «Аполлона-17». Было установлено, что средние квадратические погрешности элементов внешнего ориентирования стремятся к асимптоте при количестве опорных точек равное 80-ти и составляют величину по положению корабля 0,5-0,8 км, а для угловой ориентации камеры 0,2-0,4 градуса. А сами значения элементов внешнего ориентирования продолжают изменяться с увеличением количества опорных точек. По-видимому, проведенного исследования недостаточно для выявления оптимального количества опорных точек.
Исходя из того, что даже 90 опорных точек не достаточно для устойчивого определения элементов внешнего ориентирования, встает вопрос о том достаточно ли 20 опорных точек при построении каталога ЦНИИГАиК.
Полученные результаты могут быть использованы при построении единой системы лунных координат на основе наблюдений КК «Зонд» и «Аполлон».
Вопрос о выборе элементов лунного рельефа при создании каталогов лунных координат и сегодня остается актуальным. Из нашего исследования, выявлено, что горные вершины не подходят для их использования в качестве опорных точек. Вследствие этого часть лунных вершин была отбракована в ходе решения ОФЗ и в дальнейшем не использовалась. В качестве решения выбора элементов лунного рельефа при создании каталогов был предложен вариант построения лазерных маяков, который бы реализовал навигацию на Луне. Российская посадочная станция «Луна-25» станет первым маяком на Луне. Она будет посылать на Землю лазерный луч, который укажет точное место посадки аппарата. Это позволит следующим лунным модулям с высокой точностью определять свое положение на поверхности естественного спутника Земли.
По итогам решения ОФЗ для поиска оптимального количества опорных точек выяснилось, что сами значения ЭВО зависят от количества опорных точек и их расположения на орбитальном снимке «Аполлона-17». Было установлено, что средние квадратические погрешности элементов внешнего ориентирования стремятся к асимптоте при количестве опорных точек равное 80-ти и составляют величину по положению корабля 0,5-0,8 км, а для угловой ориентации камеры 0,2-0,4 градуса. А сами значения элементов внешнего ориентирования продолжают изменяться с увеличением количества опорных точек. По-видимому, проведенного исследования недостаточно для выявления оптимального количества опорных точек.
Исходя из того, что даже 90 опорных точек не достаточно для устойчивого определения элементов внешнего ориентирования, встает вопрос о том достаточно ли 20 опорных точек при построении каталога ЦНИИГАиК.
Полученные результаты могут быть использованы при построении единой системы лунных координат на основе наблюдений КК «Зонд» и «Аполлон».