Предложение о дополнении космической метеорологической системы спутником на круговой орбите

Актуальность задачи метеорологического наблюдения из космоса северных районов следует из промышленного освоения новых территорий. Космические аппараты (КА) позволяют быстро оценивать обстановку на Севере, но для этого надо иметь соответствующую группировку [1]. В настоящее время такая группировка создаётся и предполагает размещение четырёх спутников «Арктика-М» на орбитах типа «Молния» [2]. Цель работы заключается в построении улучшенных вариантов группировок КА для наблюдения Севера. В 1986 году завершилось применение спутников связи типа «Молния», но интерес к высокоэллиптическим орбитам сохранился [3,4]. В орбитальной группировке «Арктика» предусмотрено 10 КА на трёх типах орбит. Два спутника «Арктика-М» выведены на орбиты типа «Молния». Объектом изучения в этой работе являются именно эти спутники, находящиеся на орбитах с апогеем над поверхностью Земли около 40000 км, перигеем около 1000 км и наклонениями 63 градуса [4]. Особенность орбиты заключается не только в известной петле на трассе, но и в наклонении. При наклонении 63 градуса перигей не смещается [5,6]. Второе вековое возмущение связано с изменением долготы восходящего узла орбиты КА. Полярные орбиты не прецессируют [5]. Это свойство можно применить в новой группировке КА. Гидрометеорологическая аппаратура спутников «Арктика-М» позволяет получать снимки Земли в Северном полушарии с разрешением 1000 м в видимом диапазоне наблюдения и 4000 м в инфракрасном. Такие снимки можно посмотреть почти в реальном масштабе времени, фотографии обновляются каждые сутки [4].
При таком способе ДЗЗ появляется большой недостаток в виде уменьшения разрешающей способности аппаратуры. Чем дальше объектив расположен от Земли, тем мельче изображение, но больше поле зрения поверхности планеты. Значит, надо увеличить оптическое изображение объектов, приблизить КА к Земле. Для этого надо уменьшить высоту орбиты над поверхностью Земли. Например, если высоту рабочей области орбиты уменьшить с 40000 км до 10000 км, то есть в 4 раза, то размер изображения на фотографии тоже увеличится в 4 раза по закону геометрического подобия. Предлагается дополнительный КА, который условно назовём «Ардктика-Д». Задача заключается в совместном изучении трасс предлагаемого дополнительного КА «Арктика-Д» и уже работающих а орбите спутников «Арктика-М1» и «Арктика-М2».
Предлагаемая группировка из трёх спутников работает следующим образом. Пусть в начальный момент времени работает первый КА «Арктика-М1» на правой петле апогейной области на ракурсе «Иркутск». Второй КА «Арктика-М2» пассивен, находится в перигейной области. Долгота восходящего узла дополнительного спутника «Арктика-Д» выбрана так, чтобы пики траектории-пилы совпадали с рабочими петлями трассы «Молния». Так как орбита дополнительного спутника «Арктика-Д» круговая, то движение КА по ней будет равномерным. Один зубец траектории-пилы трассы соответствует шести часам одного оборота по орбите. Значит, в полосе северных широт 45-90 градусов дополнительный КА «Арктика-Д» будет находиться 45 минут на восхождении к Северному полюсу и 45 минут на нисхождении от Северного полюса обратно к граничной рабочей географической параллели 45 градусов. Получается, что совместно с КА «Арктика-М1», работающем 6 часов на ракурсе «Иркутск», будет 1,5 часа работать дополнительный КА «Арктика-Д». Причём дополнительный спутник «Арктика-Д» обладает двумя преимуществами по сравнению с КА «Арктика-М1». Во-первых, высота орбиты в 4 раза ниже, поэтому оптическое разрешение в 4 раза больше, можно даже поставить цель визуального наблюдения кораблей на Северном морском пути. Во-вторых, КА «Арктика-М1» поднимается до максимальной географической широты 63 градуса. Дополнительный спутник «Арктика-Д» поднимается до Северного полюса, с которого ДЗЗ более благоприятно. Два одновременных визуальных наблюдения позволяют выполнить стереосъёмку поверхности. Через 1,5 часа совместной работы дополнительный КА «Арктика-Д» уходит на пассивный падающий участок трассы. Пассивный – это условно, потому что спутник может продолжать работать автономно, уже не в составе системы «Арктика». Более того, он может работать автономно и в ракурсе «Экватор», и в ракурсе «Антарктика», и в других ракурсах. У созданного и работающего спутника «Арктика-М1» остаётся ещё 1,5 часа автономной работы, как и до подхода к нему дополнительного спутника «Арктика-Д». Следующий виток орбиты, то есть 3 часа, для дополнительного спутника «Арктика-Д» является автономным, он в одиночестве зондирует и Северный полюс, и Южный полюс, и два раза Экватор и т.д.
Третий виток, то есть через 6 часов от начала отсчёта, Земля поворачивается на 900, второй существующий спутник «Арктика-М2» начинает работать аналогично первому.
Четвёртый виток дополнительно спутника «Арктика-Д» выполняется автономно, не в составе группировки «Арктика-М».
С пятого витка циклограмма работы повторяется. Пятый виток аналогичен первому, шестой – второму, и так далее. Цель достигнута.
С помощью одних формул трудно понять взаимное расположение спутников на трёх орбитах. Намного проще изготовить наглядную демонстрационную модель, как это было сделано при изучении орбит типа «Тундра» [7]. Новая модель, как и предыдущая, подготовлена к патентованию в качестве учебного пособия.
Вывод. Предложенный дополнительный спутник позволит в четыре раза увеличить оптическое разрешение фотографий, хорошо впишется в уже созданную систему, но дополнительно сможет решать другие задачи ДЗЗ над всей поверхностью Земли.