Методы оценивания влияния факторов природной среды на эксплуатацию космических средств дистанционного зондирования Земли

В последние десятилетия для решения широкого круга научно- практических и прикладных задач, в том числе и для задач дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), широко применяются космические системы (КС) и технологии. Вместе с тем, более чем 60 – летний опыт полетов космических аппаратов (КА) свидетельствует о том, что последние подвергаются непрерывному воздействию разнообразных факторов природной среды. На этапе запуска со стартового комплекса воздействие атмосферных факторов, определяющих гидрометеорологические условия (ГМУ) полета – критической скорости ветра на высотах 10 м - 20 км, грозы и грозового положения, облаков с вертикальной протяженностью более 1500 м - приводит к срыву полетов КА (Черный,2005). На орбитальном участке траектории КА подвергаются воздействию таких факторов космического пространства, как солнечное и галактическое излучения, излучение радиационного пояса Земли, метеорное вещество, глубокий вакуум, ионосферные бури, определяющих гелиогеофизические условия (ГГФУ) и приводящих к отказам бортовой аппаратуры (БА) и невыполнению целевых программ полета (Ефременко, Моисеева, Черный, 2017).
При планировании полетов КА необходимо уметь заранее количественно оценивать влияние ГМУ и ГГФУ на все этапы полёта (выполнения целевой программы). Для проведения такой оценки необходимо использовать функции влияния. Функции влияния представляют собой зависимости каких-либо показателей эффективности выполнения целевой программы или проводимой операции от влияющих на нее ГМУ или ГГФУ (Покровский, 1997). Функции влияния задаются в виде формул, таблиц, графиков, методик расчета и т.п.
В докладе представлены результаты анализа возможностей применения различных методов (вероятностных, статистических, аналитических и численных) для получения таких функций влияния (Петухов, 1989).
Вероятностные методы позволяют описать закономерности возникновения так называемых случайных событий, которые могут иметь при одних и тех же условиях несколько исходов. Знание закономерностей, которым подчиняются случайные события, в качестве которых рассматриваются факты влияния ГМУ (ГГФУ) на полеты КА, позволяет предвидеть, как эти события будут протекать (Шмойлова и др.,2007). В докладе рассматриваются ситуации, когда функция влияния принимает только два значения (0 или 1), либо имеет ступенчатый вид.
Статистические методы основаны на выявлении вероятностных связей на основе сбора экспериментальных данных о влиянии ГМУ (ГГФУ) на применение КА в период летно-конструкторских испытаний, повседневной эксплуатации и обработке их с помощью методов математической статистики. В докладе анализируются результаты проверки разработанной регрессионной модели связи отказов БА КА с параметрами ГГФУ – относительным числом солнечных пятен (числом Вольфа), плотностью потока радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см, планетарным индексом геомагнитной активности, потоком высокоэнергичных протонов и др.
Аналитические методы получения функций влияния заключаются в построении и анализе аналитических выражений, описывающих применение КА в зависимости от значений, которые могут принимать параметры ГМУ (ГГФУ). В докладе приводятся такие выражения, которые могут использоваться на различных этапах полетов КА, в том числе и при дистанционном зондировании Земли.
В общем случае явный вид функции влияния чрезвычайно сложен и не всегда может быть выражен одной или несколькими формулами. В такой ситуации применяются численные методы, позволяющие выявить функции влияния путем решения систем уравнений, описывающих влияние ГМУ (ГГФУ) на применение КА. Например, для оптимизации размеров районов падения фрагментов ракет- носителей применяются методики баллистических расчетов с использованием уравнений движения в плотных слоях атмосферы (Елисейкин, Ширшов, 2014).
Включение полученных функций влияния ГМУ (ГГФУ) в руководства по практическим работам прогностических учреждений позволит повысить эффективность эксплуатации КС.