Сайт радиолюбителей Республики Коми.

: главная: странички:

Расчет элементов орбит ИСЗ.

Проведение радиосвязей через любительские ИСЗ требует определенной материально-технической подготовки. Во-первых, необходимы антенны и аппаратура, способные обеспечить проведение таких радиосвязей. Во-вторых, требуется рассчитать время появления и пребывания спутника в зоне радиовидимости станции слежения, и, кроме того, желательно определить азимут на него.

Некоторые BBS в радиолюбительской пакетной сети предлагают для удаленных пользователей специальную "услугу" - расчет указанных выше параметров. Однако пользоваться этой "услугой" нецелесообразно, т.к. специально разработанные программы для расчета данных, необходимых для проведения QSO через спутники, более точны и информативны.

Таких программ существует множество, и выбор какой-нибудь из них целиком зависит от вкусов и возможностей радиолюбителя. Тем не менее, в любом случае перед началом работы с такой программой следует "заглянуть" в Интернет и скачать необходимые для проведения расчетов т.н. "кеплеровские данные". Что это такое?

Еще в начале 17-го века немецкий ученый Иоганн Кеплер установил законы, по которым движутся планеты. Движение ИСЗ также подчиняется законам Кеплера, поэтому каждому из спутников соответствует определенный набор данных, свойственных ему в конкретный период времени. Известно, что при движении спутника по орбите вокруг Земли его координаты в небесном пространстве с каждым витком изменяются. Эти изменения вынуждают периодически производить перерасчеты кеплеровских данных, т.к. расчеты по устаревшим данным приводят к значительным ошибкам в определении положения спутника.

Как правило, радиолюбители для своих расчетов применяют данные, которые периодически обновляет и публикует NASA - Национальное агентство по аэронавтике США. В Интернете файл с кеплеровскими данными можно отыскать на сайте AMSAT-NA [1] на сайте программы расчета спутниковых орбит LOGSAT [2] и т.д.

Кроме того, файлы со свежими кеплеровскими данными можно отыскать на BBS любительской сети Packet Radio в разделе KEPLER. Обычно файлы с кеплеровскими данными содержат сведения о большом количестве спутников, которые летают в космосе. Для радиолюбителей из этого файла необходимы 100...200 первых строк с информацией о радиолюбительских спутниках.

Данные в файлах keps.tle хранятся в т.н. двухстрочном формате:

АО-10

1   14129U 83058В 02033.18694793 .00000054 00000-0 10000-3 0 8617

2  14129 25.9498 229.6755 6066219 221.4578 71.5899 2.05868503112214

RS-10/11

1 18129U 87054А 02039.55627138 .00000180 00000-017967-3 0 449

2 18129 82.9225 63.8908 0010859 181.6307 178.4815 13.72631583733066

LO-19

1  20442U 90005G 02039.84753760 .00000955 00000-0 37583-3 0 6883

2  20442 98.4000 109.6430 0011221 238.5358 121.4730 14.31406582629020

RS-12/13

1  21089U 91007А 02039.54108081 .00000227 00000-0 22435-3 0 4005

2  21089 82.9211 99.6653 0027639 252.2863 107.5276 13.74336559552273

Для "расшифровки" кеплеровских данных достаточно сопоставить приведенную ниже двухстрочную запись, каждый элемент которой зашифрован в виде набора одних и тех же символов (букв), со сведениями из таблицы 1.

Таблица 1.

Символ

"Расшифровка" символов

C

Порядковый номер спутника, присвоенный ему в каталоге NASA

Y

Две последних цифры из года запуска спутника

N

Порядковый номер запуска данного спутника среди всех других запусков в течение года

Q

Номер данного спутника среди всех других объектов, выведенных на орбиту данной ракетой-носителем

T

Эпохальное время (время прохождения спутником через точку восходящего узла, в этот момент времени должны быть измерены и зафиксированы все основные параметры орбиты; далее эти параметры будут называться эпохальными; восходящий узел — момент пересечения спутником плоскости экватора при движении с юга на север)

D

Цифра коррекции движения — положительная или отрицательная величина, учитывающая воздействие гравитационных сил Солнца и Луны на скорость движения спутника

V,G,O,Z

В расчетах не применяются

Z

Контрольная сумма всех цифр, расположенных в строке

I

Угол наклона плоскости орбиты спутника к плоскости экватора. Может изменяться от 0до 180°:

* при I = 0° плоскость орбиты спутника совпадает с плоскостью экватора, при этом спутник движется с запада на восток;

- при I = 90° спутник всегда пролетает точно над северным и южным полюсами Земли;

- при I = 180° плоскость орбиты спутника совпадает с плоскостью экватора, при этом спутник движется с востока на запад

R

Долгота точки экватора, над которой проходит спутник в момент фиксации эпохального времени (долгота эпохального восходящего узла)

E

Эксцентриситет, т.к. орбиты ИСЗ эксцентричные, т. е. отличны от круга. Если Е=0 — это абсолютно круговая орбита, с возрастанием E эллиптичность орбиты увеличивается, т.е. орбита все более "вытягивается".

P

Параметр перигея — измеряется как угол из центра Земли между направлением на точку восходящего узла и направлением на точку перигея орбиты. При Р = 0 точка перигея совпадает с восходящим узлом

A

Средняя аномалия (МА) — показывает положение спутника на орбите относительно перигея

M

Средняя скорость — число орбит за сутки (24 часа, 1 440 мин, 86 400 с)

O

Номер эпохальной орбиты — расчетная величина, не всегда совпадающая с действительной

Название спутника

1  CCCCCU YYNNN Q TTTTT.TTTTTTTT .DDDDDDDD VVVVV-V GGGGG-G 0 SSSZ

2   ССССС III.III! RRR.RRRR EEEEEEE PPP.PPPP ААА.АААА MM.MMMMMMMMOOOOOZ

Файлы с кеплеровскими данными используются большинством программ, выполняющих расчеты элементов орбит ИСЗ. Наряду с описанными выше файлами кеплеровских данных в двухстрочном формате NASA, существуют файлы с кеплеровскими данными в формате AMSAT. В качестве примера ниже приведена часть информации из файла с кеплеровскими данными в формате AMSAT:

Satellite: АО-10 Catalog number: 14129 Epoch time: 2091.93171597 Element set: 869 Inclination: 25.7910 deg RA of node: 219.6611 deg Eccentricity: 0.6078924 Arg of perigee: 237.9181 deg Mean anomaly: 49.0058 deg Mean motion: 2.05871381 rev/day Decay rate: -2.030e-06 rev/dayA2 Epoch rev: 11342 Checksum: 339

Satellite: RS-10/11 Catalog number: 18129 Epoch time: 2094.29912059 Element set: 63 Inclination: 82.9275 deg

RA of node: 23.3998 deg Eccentricity: 0.0012998 Arg of perigee: 42.6564 deg Mean anomaly: 317.5598 deg Mean motion: 13.72649515 rev/day Decay rate: 1.570e-06 rev/dayA2 Epoch rev: 8521 Checksum: 394

Satellite: AO-16 Catalog number: 20439" Epoch time: 2096.24295923 Element set: 711 Inclination: 98.3592 deg RA of node: 159.0853 deg Eccentricity: 0.0011985 Arg of perigee: 72.7887 deg Mean anomaly: 287.4602 deg Mean motion: 14.31247204 rev/day Decay rate: 6.050e-06 rev/dayA2 Epoch rev: -1837 Checksum: 366

Satellite: RS-12/13 Catalog number: 21089 Epoch time: 2096.90992114 Element set: 414 Inclination: 82.9203 deg RA of node: 57.0788 deg Eccentricity: 0.0030880 Arg of perigee: 90.2610 deg Mean anomaly: 270.2087 deg Mean motion: 13.74353067 rev/day Decay rate: 1.470e-06 rev/dayA2 Epoch rev: -9521 Checksum: 340

Программа ORBITA

Еще в начале 90-х годов XX века на базе материалов, опубликованных в журнале "Радио", мною была разработана программа ORBITA, предназначенная для расчета параметров орбит ИСЗ. В те годы файлы с кеплеровскими данными на территории СССР были практически недоступны. Иногда в газете "Советский патриот" публиковались кое-какие данные, необходимые для расчетов орбит ИСЗ, но потом публикация этой информации прекратилась, поэтому пришлось создавать собственные методы расчетов.

Позднее я написал более удобную в работе программу ОРБИТА_2. В то время, когда я пишу эти строки, моя радиостанция включена на частоте работы спутника RS-12. Предварительные расчеты времени подхода спутника выполнены на программе ORBITA_2. Погрешность совпадения фактического времени с расчетным составляет не более ±1 ...2 мин. Программа работает на любых совместимых IBM PC-компьютерах как под MS-DOS, так и под Windows 95/98 и выше и на основе кеплеровских данных выполняет полный расчет параметров орбит спутников, расположенных на круговых и эллиптических орбитах.

При запуске программа считывает в память информацию по определенному числу спутников, проверяет наличие всех вспомогательных файлов и только после этого выдает на экран монитора рабочее меню.

Конфигурационный файл orbita_2.ini служит для ввода в программу некоторых данных, которые необходимы для выполнения расчетов. Редактировать этот файл следует только в крайнем случае.

Файл myqth.dat служит для занесения в память данных о местонахождении пользователя, т.е. названия (позывного), широты и долготы, а также высоты над уровнем моря. При этом северная широта (на север от экватора) и восточная долгота (на восток от нулевого меридиана) вводятся без знака, а южная широта и западная долгота вводятся со знаком "минус".

Далее, в четвертой строке указывается разница в часах между местным временем (временем на часах компьютера) и UTC. Если UTC меньше местного времени, данные заносятся со знаком "минус". В нижней строке располагаются значения минимальных углов, здесь должны быть нули (или единички). В качестве примера приведу данные из файла myqth.dat для RA3XB:

Ludinovo-RA3XB

53.85

34.65

110.00

-4

0.00 0.00

Перед первым запуском программы пользователь должен точно знать широту и долготу своего QTH для ввода этих данных в программу. При первом включении программы файл myqth.dat должен быть удален из каталога программы.

В таком случае программа создает этот файл и предлагает ввести необходимые данные. Для работы с программой следует под именем keps.tle поместить в ее каталог файл со свежими кеплеровскими данными.

Рассмотрим работу с программой по пунктам меню:

  • А - при выборе этого пункта программа выводит на экран расчетные данные времени ПЕРВОГО ПРЕДСТОЯЩЕГО входа каждого из спутников в зону радиовидимости и выхода из этой зоны. Данные выводятся в UTC. Если спутник уже находится в зоне радиовидимости, то выводится только время выхода, а вместо времени входа стоят нули. Для спутников, находящихся на геостационарных орбитах, на экран выводится текстовая строка "Орбиты не доступны!";
  • В - аналогичен предыдущему пункту, только время входа и выхода выводится в относительном формате, т.е. показывает, сколько времени осталось до предстоящего входа спутника в зону радиовидимости. Если спутник уже находится в зоне радиовидимости, то выводится только время, оставшееся до выхода, а вместо времени входа стоят нули. Для спутников, находящихся на геостационарных орбитах, на экран выводится текстовая строка "Орбиты не доступны!";
  • С - выводит на экран параметры расположения в данное время Солнца и Луны;
  • D - выводит на экран некоторые справочные данные по всем спутникам, имеющимся в кеплеровском файле, а также СРОК — "возраст" файла с кеплеровскими данными. Если СРОК более 15...20 дней, то этот файл необходимо обновить. Чтобы более наглядно просматривалась эта информация, желательно, чтобы в файле с кеплеровскими данными не находились лишние спутники, информация о которых пользователю неинтересна;
  • Н и I - выводят на экран некоторые справочные данные.
  • Е — позволяет просмотреть справочные кеплеровские данные по всем спутникам и, в случае необходимости, провести корректировку (редактирование) любых кеплеровских данных. При этом создается файл keps.tmp, в котором сохраняются данные после редактирования;
  • Р - проводит прогноз-расчет для заданного дня и времени.

При этом программа запрашивает дату для расчета, время начала расчета, число дней для продолжительности расчета (не следует назначать более 2...3 дней), шаг (в минутах или секундах) для проведения расчета. При этом для спутников, находящихся на низких орбитах, следует назначать величину шага, равную 1 мин или нескольким десяткам секунд (перед числом секунд обязательно должен стоять знак "минус"). Для спутников, находящихся на эллиптических орбитах, следует назначать шаг не более 15 мин.

Программа также запрашивает имя файла, в котором должны сохраняться результаты расчета. Если название файла не введено, то результаты записываются в файл text.txt. Первый столбец в таблице расчета - время в UTC. Первые две цифры - часы, вторые две цифры - минуты. Если пользователю требуется время в местном формате (MSK), то к указанному значению необходимо прибавить 4 часа для летнего времени и 3 часа - для зимнего. Второй столбец (Аз) - азимут, т.е. направление на спутник.

Азимут севера равен нулю, далее - по часовой стрелке до 360° градусов. Третий столбец (Элев) - элевация или угол места, т.е. угол между плоскостью, проходящей через станцию слежения и горизонт, и направлением на спутник. При Элев = 90° спутник пролетает прямо над вашей головой. Четвертый столбец (Расст) — расстояние между станцией слежения и спутником. Пятый столбец (Угол) - возможный угол основного лепестка вашей антенны. Шестой столбец (Доппл) — величина допплеровского эффекта.

В данном случае эта величина рассчитывается для частоты 435 или 2400 МГц. Седьмой столбец (МА) — определенная часть траектории (орбиты) спутника. Вся орбита разбита на 256 частей, причем самой низкой точке орбиты - перигею - соответствуют величины МА 0 и угол 0°. Далее, против часовой стрелки, величина МА возрастает до 128 (угол 180° в апогее) и затем продолжает также увеличиваться до МА 256 (360 в перигее). Затем все повторяется на новой орбите. Восьмой столбец (Солн) - показывает степень освещенности спутника прямым солнечным светом. Это очень важный параметр для спутников, т.к. все они питаются энергией солнечных батарей.

Для обозначения степени освещенности мною приняты следующие буквосочетания:

  • НЕТ - спутник находится в тени Земли и абсолютно не освещен;
  • ЧАС - спутник частично находится в тени (больше тени, чем света);
  • ОСВ - спутник полностью (абсолютно) освещен солнечным светом;
  • ОСЧ - спутник частично освещен (больше света, чем тени). В тексте заголовка, предшествующего каждой новой орбите, слово "Срок" обозначает возраст (в днях) файла с кеплеровскими данными;
  • R - проводится расчет для всех спутников одновременно. Чтобы было удобно пользоваться этой строчкой меню, в файле keps.tle должны находиться данные только нужных для работы спутников. Расчет проходит в режиме реального времени;
  • г - проводится расчет только для спутников, которые в данный момент находятся в зоне радиовидимости вашей станции. Расчет проходит в режиме реального времени;
  • S - проводится выбор нескольких спутников для проведения последующих расчетов в режиме реального времени. Выбранные спутники сохраняются в файле select.dat, который сохраняется до следующего выбора команды S;
  • s - проводится расчет только для выбранных в предыдущем пункте спутников. В столбце Сост. ВХОД - ВЫХ на экран выводится следующая информация:
  • ВХОД - время до предстоящего входа в зону радиовидимости;
  • ВЫХ - время до выхода из зоны радиовидимости;

При этом символ л во втором столбце обозначает приближение спутника к станции слежения, а символ v в этом столбце - удаление спутника.

В дальнейшем предполагается дополнить программу ORBITA_2 функциями работы с QTH-локатором, возможностью расшифровки эпохальных данных и т.д.

Пишите и спрашивайте!

Скачать программу orbita_2 v.1.0

Г. Тяпичев (RA3XB) ra3xb@kaluga.ru

http://users.kaluga.ru/ra3xb

Литература:

  1. http://www.amsat.org/
  2. http://logsat.com/

Rambler's Top100
Rambler's Top100 Рейтинг ресурсов УралWeb
Copyright © Russian HamRadio
Hosted by uCoz