Жер орбитасындағы нысандарды бақылау жүйесі

Кіріспе

SSA жүйесі

Америка Құрама Штаттарының ғарышқа бақылау желісі (SSN) Жерді айналып өтетін жасанды объектілерді – мысалы, белсенді/белсенді емес спутниктерді, пайдаланылған зымыран корпустарын немесе фрагментация қалдықтарын – анықтайды, қадағалайды, каталогқа түсіреді және сәйкестендіреді. Бұл жүйенің жауапкершілігі АҚШ Ғарыш командованиесінде және оны АҚШ Ғарыш күштері басқарады. Оның функциялары:

Құрып бара жатқан ғарыш объектісінің Жер атмосферасына қайда және қашан қайта кіретінін болжау;
Радарға зымыран сияқты көрінетін ғарыш объектісінің АҚШ және басқа елдердің зымыран шабуылы туралы ескерту сенсорларында қате дабыл тудырмауын қамтамасыз ету;
Ғарыш объектілерінің қазіргі орналасқан жерін анықтау және олардың күтілетін орбиталық жолдарының картасын жасау;
Ғарыштағы жаңа жасанды объектілерді анықтау;
Жер орбитасында қозғалатын объектілерді дұрыс карталау;
Жасанды ғарыш объектілерінің каталогын жасау және жаңарту;
Қайта кіретін ғарыш объектісінің иесін анықтау;

Ғарышқа бақылау желісі арнайы, қосымша және электрооптикалық, пассивті радиожиілік (RF) және радарлық сенсорларды қамтиды. Ол ғарыш объектілерін каталогқа түсіруге және сәйкестендіруге, спутникке қарсы шабуыл туралы ескертуге, АҚШ күштеріне спутниктің ұшуы туралы уақтылы хабарлауға, ғарыш шартының сақталуын бақылауға және ғылыми-техникалық барлау жүргізуге мүмкіндік береді. Спутниктер мен орбиталық қалдықтардың санының үнемі артуы, сондай-ақ ұшыру траекторияларының, стандартты емес орбиталардың және геосинхрондық биіктіктердің әртүрлілігі SSN-ді жаңғыртуды қажет етеді, бұл қазіргі және болашақ талаптарды орындауға және олардың тиімді қолдауын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. SPACETRACK сонымен қатар болашақ АҚШ спутникке қарсы қару жүйесінің (ASAT) басқару-бақылау, нысана алу және зақымды бағалау үшін қажетті жүйелік интерфейстерді әзірледі. Әуе күштері Мауи оптикалық станциясында (AMOS) Бейне ақпаратты өңдеу орталығы мен суперкомпьютерлік кешені бар.

1957-1963 жылдар

АҚШ үкіметінің спутниктерді каталогтауға арналған алғашқы ресми әрекеті, кейіннен Ұлттық ғарыш қадағалау бақылау орталығы (NSSCC) ретінде белгілі болған, «Project Space Track» жобасында болды. Ол Массачусетс штатының Бедфорд қаласындағы Ханском алаңында орналасқан. NSSCC-де қолданылатын процедуралар туралы алғаш рет 1959 және 1960 жылдары NSSCC-нің техникалық директоры болған Валь баяндады. 1960 жылы Фицпатрик пен Финдли «Project Space Track» аясында NSSCC-де қолданылатын процедуралардың егжей-тегжейлі құжаттамасын жасады. «Project Space Track» 1957–1961 жылдар аралығында спутниктік бақылау тарихын бастады. Алғашқы «Space Track» бақылаулары 150-ден астам жеке сайттардан жиналды, оның ішінде радар станциялары, Бейкер–Нанн камералары, телескоптар, радиоқабылдағыштар және «Operation Moonwatch» бағдарламасына қатысқан азаматтар болды. Бұл «Moonwatch» орындарындағы адамдар спутниктерді визуальды түрде бақылап, тіркеді, бірақ бақылау түрлері мен көздері көп болды, олардың кейбіреулері автоматтандырылған, ал кейбіреулері жартылай автоматтандырылған. Бақылау деректері телетайп, телефон, пошта және жеке хабаршы арқылы NSSCC-ге жіберілді. Мұнда кезекші сарапшы деректерді өңдеп, орбиталық элементтерге түзетулер енгізу қажеттігін анықтады, одан кейін олар болжамдар жасау үшін қолданылатын. Бұл талдаудан кейін түзетулер IBM 709 компьютеріне жіберілді, ол жаңартылған орбиталық деректерді есептеді. Жаңартылған орбиталық деректер сол компьютерлік бағдарламаның келесі кезеңінде геоцентрлік эфемерлерді алу үшін пайдаланылды. Геоцентрлік эфемерлерден үш түрлі өнім есептеліп, болашақ бақылау мүмкіндіктерін жоспарлау үшін бақылау станцияларына жіберілді. «Minitrack»-пен бірге Бейкер–Нанн спутниктік бақылау камералары да қолданылды. Бұл жүйелер ғарыштағы нысандарды суретке түсіру және анықтау үшін жоғары ажыратымдылығы бар Шмидт телескоптарын пайдаланды. Камералар алғаш рет 1958 жылы іске қосылды және ақырында бүкіл әлемде жұмыс істеді. Ең жақсы кезеңінде Әуе күштері бес орында, Канада Корольдік әуе күштері екі орында, ал Смитсонов институтының астрофизикалық обсерваториясы тағы сегіз орында басқарды. «Baker Nunn» жүйесі, «Minitrack» сияқты, нақты уақыт деректерін аз қамтамасыз етті және түнгі уақытта, ашық ауа райында жұмыс істеумен шектелді. Кваджалейн атоллінде жаңа S-диапазонды «Space Fence» құрылысы жүріп жатыр.

The first formalized effort by the US government to catalog satellites occurred at Project Space Track, later known as the National Space Surveillance Control Center (NSSCC), located at Hanscom Field in Bedford, Massachusetts. The procedures used at the NSSCC were first reported in 1959 and 1960 by Wahl, who was the technical director of the NSSCC. In 1960, under Project Space Track, Fitzpatrick and Findley developed detailed documentation of the procedures used at the NSSCC. Project Space Track began its history of satellite tracking from 1957–1961. Early Space Track observations of satellites were collected at more than 150 individual sites, including radar stations, Baker–Nunn cameras, telescopes, radio receivers, and by citizens participating in the Operation Moonwatch program. Individuals at these Moonwatch sites recorded observations of satellites by visual means, but there were numerous observation types and sources, some automated, some only semi automated. The observations were transferred to the NSSCC by teletype, telephone, mail, and personal messenger. There, a duty analyst reduced the data and determined corrections that should be made to the orbital elements before they were used for further predictions. After this analysis, the corrections were fed into an IBM 709 computer that computed the updated orbital data. The updated orbital data were then used in another phase of the same computer program to yield the geocentric ephemeris. From the geocentric ephemeris, three different products were computed and sent back to the observing stations for their planning of future observing opportunities. Concurrent with Minitrack was the use of the Baker Nunn satellite tracking cameras. These systems used modified Schmidt telescopes of great resolution to photograph and identify objects in space. The cameras first became operational in 1958 and eventually operated at sites worldwide. At their peak, the Air Force ran five sites, the Royal Canadian Air Force ran two, and the Smithsonian Institution's Astrophysics Observatory operated a further eight sites. The Baker Nunn system, like Minitrack, provided little real time data and was additionally limited to night time, clear weather operations. A new S band Space Fence is under construction at Kwajalein Atoll.

АҚШ ғарыш каталогы

АҚШ Қорғаныс министрлігі (DoD) 1957 жылы алғашқы Спутник ұшырылғаннан бері спутниктік мемлекеттердің дерекқорын сақтап келеді, ол «Ғарыш объектілерінің каталогы» немесе жай ғана «Ғарыш каталогы» деп аталады. Бұл спутниктік мәліметтер Ғарышқа бақылау желісінен алынған бақылаулар арқылы үнемі жаңартылып отырады, ол интерферометрлер, радарлар және оптикалық бақылау жүйелерінен тұратын, бүкіл әлемге тараған желі. 2001 жылға қарай каталогталған объектілердің саны шамамен 20 000-ға жетті. Бұл каталогтарды қолдау үшін әртүрлі астродинамикалық теориялар пайдаланылады. «Жалпы бұзылулар» (ЖБ) теориясы спутниктік қозғалыс теңдеулерінің жалпы талдамалық шешімін ұсынады. Орбиталық элементтер және олармен байланысты жартылай туындылар осы дифференциалдық теңдеулердің бастапқы шарттарына қатысты тізбектік кеңейтімдер түрінде беріледі. GP теориясы ең алғашқы электрондық есептеу машиналарын пайдаланып тиімді жұмыс істеді, сондықтан Ғарыш каталогының орбитасын анықтау үшін негізгі теория ретінде қабылданды. Бұл талдамалық теорияларды жеңілдету үшін, мысалы, Жердің гравитациялық потенциалын бірнеше аймақтық гармоникалық мүшелермен шектеу сияқты шарттар қойылуы керек. Атмосфера көбінесе экспоненциалды түрде азаятын статикалық, шар тәрізді тығыздық өрісі ретінде модельденеді. Үшінші денелердің және резонанстық эффектілердің әсері ішінара модельденеді. GP теориясының дәлдігін арттыру көбінесе маңызды даму жұмыстарын қажет етеді. Бірінші орнатылған станция, AN/FPS 17 (XW 1) деп белгіленген, кеңестік зымырандарды анықтау үшін Түркияның Диярбакир (Пиренклик) қаласында орналасқан. Екінші жүйе, AN/FPS 17 (XW 2) деп аталды, Техас штатындағы Ларедо AFS (Ларедо Әуе күштері базасынан солтүстік-шығысқа қарай 7 миль (11 км) қашықтықта) орнатылды, ол Нью-Мексико штатындағы Уайт-Сэндстен ұшырылған зымырандарды бақылау және радарды сынау үшін пайдаланылды. Үшінші жүйе, AN/FPS 17 (XW 3) деп аталды, кеңестік зымырандарды анықтау үшін Аляска штатындағы Шемия аралына орнатылды. Диярбакирдегі FPS 17 1955 жылдың маусым айында, Ларедодағы орнатылған станция 1956 жылдың ақпан айында, ал Шемиядағы станция 1960 жылдың мамыр айында іске қосылды. Алғашқы екі станция жабылды және олардың орнына жаңа станциялар қойылған жоқ; Шемиядағы станция «Кобра Дана» (AN/FPS 108) радарымен ауыстырылды. FPS 17 антеннасында тұрақты параболалық тор секциясынан жасалған рефлектор болды, оның биіктігі әдетте 175 фут (53 м), ені 110 фут (34 м) болатын және оның алдына орналасқан радарлық азық мүйізлерінің массивімен жарықтандырылды. Трансмиттерлер VHF жолағында жұмыс істеді, шамамен 180-220 МГц жиілігінде импульстар жіберді. FPS 17 ерекшелігі – оның әрбір станциясының нұсқасы басқа станциялардан өзгеше болды. Олардың арасында трансмиттерлік жабдықтар, рефлектордың мөлшері мен саны және азық мүйіздерінің саны мен орналасуы сияқты айырмашылықтар болды. Сонымен қатар, FPS 17 импульстік қысу техникаларын қолданған алғашқы операциялық радар жүйесі болды. Түркияның Диярбакир қаласында екі AN/FPS 17 антеннасы, Ларедода бір антенна және Алеут аралдарындағы Шемияда үш антенна болды.

The United States Department of Defense (DoD) has maintained a database of satellite states since the launch of the first Sputnik in 1957, known as the Space Object Catalog, or simply the Space Catalog. These satellite states are regularly updated with observations from the Space Surveillance Network, a globally distributed network of interferometer, radar and optical tracking systems. By the year 2001, the number of cataloged objects was nearly 20,000. Different astrodynamics theories are used to maintain these catalogs. The General Perturbations (GP) theory provides a general analytical solution of the satellite equations of motion. The orbital elements and their associated partial derivatives are expressed as series expansions in terms of the initial conditions of these differential equations. The GP theories operated efficiently on the earliest electronic computing machines, and were therefore adopted as the primary theory for Space Catalog orbit determination. Assumptions must be made to simplify these analytical theories, such as truncation of the Earth's gravitational potential to a few zonal harmonic terms. The atmosphere is usually modeled as a static, spherical density field that exponentially decays. Third body influences and resonance effects are partially modeled. Increased accuracy of GP theory usually requires significant development efforts. The first installation, designated AN/FPS 17(XW 1) was at Diyarbakir (Pirinclik), Turkey, to detect Soviet launches. A second system, designated AN/FPS 17(XW 2), was installed at Laredo AFS (about 7 mile (11 km) northeast of Laredo AFB) in Texas, to track rockets launched from White Sands, New Mexico, and serve as a radar test bed. A third system, designated AN/FPS 17(XW 3), was installed on Shemya Island, Alaska, to detect Soviet launches. The Diyarbakir FPS 17 became operational in June 1955, the Laredo installation in February 1956, and Shemya in May 1960. The first two installations closed without replacements; the Shemya installation was replaced by the Cobra Dane (AN/FPS 108) radar. The FPS 17 antenna featured a fixed parabolic torus section reflector that typically stood 175 feet (53 m) high and 110 feet (34 m) wide and was illuminated by an array of radar feed horns placed in front of it. The transmitters operated in the VHF band, sending out pulses at frequencies between approximately 180 to 220 MHz. The FPS 17 was unique in that, unlike most radar types, each site's version differed from the other sites. Differences included transmitter equipment, reflector size and number, and the number and arrangement of feed horns. Additionally, the FPS 17 was the first operational radar system to employ pulse compression techniques. There were two AN/FPS 17 antennas at Diyarbakir, Turkey, one antenna at Laredo, and three at Shemya in the Aleutians.

" Көк тоғыз " және " Көк түлкі "

Blue Nine – General Electric компаниясы құрастырған және 466L Электромагниттік барлау жүйесімен (ELINT) қолданылған AN/FPS 79 іздеу радарлық жиынтығын жасаған жоба. Blue Fox – AN/FPS 80 іздеу радиолокаторының AN/FPS 80(M) конфигурациясына өзгертілген түрі. Шемия, Аляска, 1964 жыл. Екі жүйе де GE M236 компьютерлерін қамтыды.

AN/FPS-80

General Electric компаниясы салған 60 футтық механикалық іздеу радары. Аляска штатындағы Шемия аралына орналастырылып, UHF радары ретінде қолданылды және 1964 жылы L жиілігіне жаңартылды. Нысана анықталғаннан кейін Spacetrack желісінің өлшемдерін алу үшін іздеу радары ретінде пайдаланылды. Басты мақсаты – ресейлік зымырандарды бақылау. 1977 жылы FPS 17 және FPS 80 радарларының орнына FPS 108 Cobra Dane фазалық антенналық радары қойылды.

Ғарышқа негізделген көрінетін (SBV) сенсор

SSN-ге бір ғарыштық сенсор, ғарыштан негізделген көрінетін (SBV) сенсор кірді, ол 1996 жылы Баллистикалық зымыранға қарсы қорғаныс ұйымы ұшырған Midcourse Space Experiment (MSX) спутнигі арқылы орбитаға шығарылды. Ол 2008 жылдың 2 маусымында қызметтен алынды. Space Based Space Surveillance (SBSS) жолбасшы спутнигі қазір бұрын MSX SBV атқарған міндетті орындайды. 2013 жылы ұшырылған канадтық әскери спутнигі "Сапфир" де SSN-ге деректер ұсынады.

Азаматтық қызмет

USSPACECOM ең алдымен белсенді спутниктерге қызығушылық танытады, бірақ сонымен қатар ғарыш қалдықтарын да қадағалайды. Ғарыш қалдықтарының санының және ғарыштағы спутниктердің құнының артуына байланысты, азаматтық экономикалық белсенділікті қорғау және спутник операторларына қалдықтармен соқтығысудан сақтауға көмектесу маңызды болды. 2010 жылы USSTRATCOM коммерциялық және шетелдік операторларға SSA (ғарыш жағдайын қадағалау) қызметтерін ұсынуға уәкілеттік алды.