Aktualności

Jak dokładnie jesteśmy w stanie przewidywać pozycje satelitów w przyszłości?

03-04-2021

Laserowe pomiary odległości do sztucznych satelitów Ziemi wymagają precyzyjnego ustawienia teleskopu laserowego w zadanym kierunku. Stacje laserowe wiedzą jak ustawić teleskop dzięki tzw. predykcjom orbit. Bez predykcji wyliczonych na kilka dni w przyszłość, obserwacje laserowe do satelitów nie byłyby możliwe.

Problemy ze śledzeniem satelitów

Jednakże dokładność predykcji czasami nie pozwala na wykonywanie obserwacji. W przypadku misji LightSail-1, śledzenie satelity i cała misja zakończyły się niepowodzeniem ze względu na zbyt niskiej jakości predykcje orbity. W przypadku radioteleskopu na orbicie RadioAstron, który orbitował od wysokości satelitów średnich do wysokości Księżyca (10,000-350,000 km), jedynie 3 stacje wykonały obserwacje laserowe w ciągu 7 lat misji, przy czym 2 stacje wykonały tylko po 1 obserwacji. Satelita grawimetryczny GOCE w ostatnich dwóch tygodniach misji był obserwowany tylko przez 1 stację laserową ze względu na predykcje orbit fatalnej jakości. Liczba obserwacji laserowych do satelitów BeiDou jest bardzo niska ze względu na braki i błędy w predykcjach.

Predykcje dla Galileo, GLONASS i LAGEOS są najdokładniejsze

W najnowszej pracy, naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki przyjrzeli się dokładnościom predykcji dostarczanych przez operatorów misji satelitarnych i inne instytucje. W analizach wzięto pod uwagę aktywne misje LEO, takie jak GRACE i Swarm, pasywne satelity geodezyjne: LAGEOS, Etalon, Larets, Starlette, Stella, a także satelity GNSS: QZSS, BeiDou, GLONASS i Galileo.

W wyniku badań okazało się, że jakość predykcji orbit znacznie różni się pomiędzy centrami analiz. Predykcje satelitów Galileo, GLONASS oraz LAGEOS mają dokładność nawet 1 metra po 5 dniach. Natomiast dokładność predykcji satelitów niskich to zaledwie 3 km w przypadku satelitów GRACE i Swarm w okresach wysokiej aktywności Słońca. Jakość orbit satelitów niskich silnie zależy od cyklu słonecznego oraz zmian gęstości górnych warstw atmosfery ziemskiej. Jest natomiast niezależna od wysokości Słońca nad płaszczyzną orbity oraz od zaćmień, tj. okresów, w których satelity cyklicznie wchodzą w cień Ziemi. Predykcje orbit Galileo oparte o dane telemetryczne z segmentu kontrolnego systemu Galileo mają dokładność ok. 100 m, natomiast predykcje Galileo oparte o precyzyjne obserwacje GNSS z globalnej sieci IGS/MGEX wyznaczone przez ESA mają dokładność ok. 1 m po 5 dniach. Dokładność ta jest imponująca, zważywszy na fakt, że satelity GNSS w ciągu 1 godziny pokonują ok. 14,000 km, a satelity LEO nawet 28,000 km.

Badania dla ILRS

Jest to pierwsza tego typu analiza, która koncentruje się na jakości predykcji satelitów. Celem badań było usprawnienie pracy stacji laserowych na całym świecie w ramach aktywności Międzynarodowej Laserowej Służby Pomiarów Odległości do Sztucznych Satelitów i Księżyca (ang. International Laser Ranging Service).

Więcej informacji można znaleźć w artykule:
Najder, J.; Sośnica, K. (2021) Quality of Orbit Predictions for Satellites Tracked by SLR Stations. Remote Sens. 2021, 13, 1377. https://doi.org/10.3390/rs13071377.

Badania sfinansowane zostały przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu OPUS "Zintegrowane ziemskie układy odniesień przestrzennych oparte o laserowe pomiary odległości do satelitów geodezyjnych, teledetekcyjnych oraz GNSS", nr projektu: UMO-2019/35/B/ST10/00515