Введение 3
Глава 1. Орбитальное движение системы двух искусственных спутников, выполняющих межспутниковые измерения 5
1.1. Дифференциальные методы космической геодезии 5
1.2. Спутниковая программа GRACE-FO 13
1.3. Небесно-механические особенности выполнения межспутниковых
измерений 23
Глава 2. Моделирование межспутниковых измерений в системах ИСЗ различных орбитальных конфигураций 35
2.1 . Постановка задачи моделирования межспутниковых измерений 35
2.2 . Вычислительная программа 45
2.3 . Моделирование измерений в системах двух ИСЗ различных
конфигураций 51
2.4 . Учёт влияния зональной составляющей гравитационного потенциала 72
Заключение 78
Список использованных источников 80
Приложения
Для построения детальных многопараметрических моделей потенциала высокого пространственного и временного разрешений необходимо использование дифференциальных методов космической геодезии в системах с изменяемой геометрией расположения элементов. Внимание к указанным методам обусловлено их прецизионной точностью и возможностями оперативного разрешения составляющих поля в широком диапазоне частот.
В работе рассмотрены реализуемые в настоящее время космические программы, предусматривающие выполнение высокоточных
дифференциальных межспутниковых измерений с целью определения параметров гравитационного поля Земли его вариаций с течением времени. Особенно уделено внимание действующей программе GRACE-FO. Результаты спутниковых миссий GRACE и GOCE подтверждают обоснованность надежд специалистов на высокую точность, информативность и качество данных бортовых межспутниковых измерений, а внедрение новейшего инструмента (лазерный интерферометр) должно повысить научную отдачу в результатах определения многопараметрических моделей потенциала. Грандиозные успехи в изучении гравитационного поля позволяют говорить о выходе дифференциальных методов космической геодезии на качественно новый этап своего развития.
В диссертации затронуты актуальные вопросы космической геодезии и гравиметрии, связанные с изучением гравитационного поля Земли.
• описаны цели, задачи, полезная нагрузка новой программы межспутникового слежения GRACE-FO;
• рассмотрено множество орбитальных конфигураций для изучения гравитационного поля Земли;
• разработана вычислительная программа и проведены расчёты по моделированию межспутниковых измерений;
• проанализированы полученные результаты имитационных экспериментов.
В работе рассматривались спутниковые системы различных орбитальных конфигураций. Проводился анализ вариации межспутниковых расстояний в зависимости от элементов орбиты спутников. Расчёты выполнялись для невозмущённого движения с учётом наличия или отсутствия межспутниковых видимостей. Проведена оценка влияния зональных гармоник на эволюцию элементов орбиты, и, соответственно, на вариацию межспутникового расстояния.
Диссертация разделена на две части. В первой обсуждается орбитальное движение системы двух искусственных спутников, выполняющих межспутниковые измерения. Во второй проводится моделирование межспутниковых измерений в системах ИСЗ различных орбитальных конфигураций и анализ полученных результатов.
Дифференциальные методы космической геодезии позволили повысить пространственное и временное разрешения моделей геопотенциала, что дало возможность уточнить глобальное гравитационное поле Земли с невиданной ранее точностью, причём каждый из них внёс вклад в своём диапазоне частот. Действующая в настоящее время программа GRACE-FO обладает преимуществом в виде высокоточного лазерного интерферометра, что даёт возможность прецизионных измерений расстояний с недостижимой прежде ошибкой. Расположение спутников в различных орбитальных плоскостях повышает вариативность межспутникового расстояния, что должно позволить более подробно описывать аномалии различной протяжённости. Важно и то, что при этом появляется возможность выполнения измерений в различных направлениях относительно осей орбитальной системы координат.
Для достижения поставленной в работе цели, нами были решены следующие задачи:
• изучены некоторые особенности проектов GRACE и GRACE-FO, основанных на выполнении межспутниковых измерений в околоземном пространстве;
• рассмотрено множество перспективных орбитальных конфигураций спутников, изучающих гравитационное поле Земли;
• разработана вычислительная программа по моделированию межспутникового измерения в различных орбитальных конфигурациях;
• выполнены расчеты межспутникового расстояния с учётом видимости для широкого спектра вариантов орбитальных конфигураций;
• проведена предварительная оценка влияния зональных гармоник геопотенциала на эволюцию элементов орбиты спутников и на вариацию межспутникового расстояния.
По результатам расчётов сделаны следующие выводы:
• изменение значений элементов орбиты даёт высокую вариативность межспутникового расстояния в системах двух ИСЗ;
• межспутниковые расстояния для различных конфигураций ведут себя сходным образом, изменяясь по некоторому колебательному закону;
• эллиптичность орбит увеличивает амплитуду изменения межспутникового расстояния;
• наибольшее влияние зональные гармоники оказывают на промежуточные орбиты (наклонение орбит около 45 градусов);
• результаты вычислений хорошо коррелируют с исследованиями других авторов [13], [14].
Достоверность результатов и обоснованность выводов исследования подтверждается их непротиворечивостью в сравнении с представлениями, сложившимися в данной области знаний, а также с результатами других авторов.
Дальнейшие исследования можно провести с учётом всех возможных возмущающих факторов на движение спутников.
