Система космического наблюдения США: обнаружение, отслеживание и каталогизация объектов на орбите.

Введение

Система SSA

Сеть космического наблюдения США (SSN) обнаруживает, отслеживает, каталогизирует и идентифицирует искусственные объекты, обращающиеся вокруг Земли, например, действующие/недействующие спутники, отработанные ступени ракет-носителей или обломки фрагментации. Система находится в ведении Космического командования США и управляется Космическими силами США, её функции включают:

Прогнозирование времени и места входа распадающегося космического объекта в атмосферу Земли;
Предотвращение ложной тревоги в системах предупреждения о ракетном нападении США и других стран, вызванной возвращающимся космическим объектом, который на радаре может быть принят за ракету;
Определение текущего положения космических объектов и прогнозирование их орбитальных траекторий;
Обнаружение новых искусственных объектов в космосе;
Точное определение местоположения объектов, движущихся по орбите Земли;
Ведение текущего каталога искусственных космических объектов;
Установление принадлежности возвращающегося в атмосферу космического объекта;

Сеть космического наблюдения включает в себя выделенные, сопутствующие и участвующие электрооптические, пассивные радиочастотные (РЧ) и радиолокационные датчики. Она обеспечивает каталогизацию и идентификацию космических объектов, предупреждение о спутниковых атаках, своевременное информирование сил США о пролетах спутников, мониторинг соблюдения космических договоров и сбор научно-технической информации. Постоянное увеличение количества спутников и орбитального мусора, а также растущее разнообразие траекторий запуска, нестандартных орбит и геосинхронных высот требует непрерывной модернизации SSN для удовлетворения текущих и будущих потребностей и обеспечения её экономически эффективной поддержки. SPACETRACK также разработал системные интерфейсы, необходимые для командования и управления, наведения и оценки ущерба потенциальной будущей американской системы противоспутникового оружия (ASAT). На оптической станции ВВС Мауи (AMOS) расположен Центр обработки изображений и вычислительный комплекс.

1957 - 1963 годы

Первая систематизированная попытка правительства США каталогизировать спутники была предпринята в рамках проекта Space Track, позднее известного как Национальный центр управления космическим наблюдением (NSSCC), расположенного на авиабазе Ханском в Бедфорде, штат Массачусетс. Процедуры, использовавшиеся в NSSCC, впервые были описаны в 1959 и 1960 годах Валем, который являлся техническим директором NSSCC. В 1960 году, в рамках проекта Space Track, Фицпатрик и Финдли разработали подробную документацию о процедурах, применяемых в NSSCC. Проект Space Track начал свою историю отслеживания спутников в период с 1957 по 1961 год. Первоначальные наблюдения за спутниками в рамках Space Track собирались более чем на 150 отдельных пунктах, включая радиолокационные станции, камеры Baker–Nunn, телескопы, радиоприемники, а также участниками программы Operation Moonwatch. Наблюдатели на этих пунктах Operation Moonwatch регистрировали наблюдения за спутниками визуальным способом, однако существовало множество типов наблюдений и источников данных, некоторые автоматизированные, некоторые полуавтоматизированные. Наблюдения передавались в NSSCC по телетайпу, телефону, почте и посредством курьеров. Там дежурный аналитик обрабатывал данные и определял необходимые корректировки орбитальных элементов перед их использованием для дальнейших прогнозов. После анализа корректировки вводились в компьютер IBM 709, который вычислял обновленные орбитальные данные. Обновленные орбитальные данные затем использовались на другом этапе той же компьютерной программы для получения геоцентрической эфемериды. На основе геоцентрической эфемериды вычислялись три различных продукта, которые отправлялись обратно на наблюдательные станции для планирования будущих сеансов наблюдений. Параллельно с Minitrack использовались камеры спутникового слежения Baker Nunn. Эти системы использовали модифицированные телескопы Шмидта с высоким разрешением для фотографирования и идентификации объектов в космосе. Камеры впервые были введены в эксплуатацию в 1958 году и в конечном итоге использовались на пунктах по всему миру. В период наибольшей активности ВВС использовали пять пунктов, Королевские военно-воздушные силы Канады – два, а астрофизическая обсерватория Смитсоновского института – еще восемь. Система Baker Nunn, как и Minitrack, предоставляла мало данных в реальном времени и дополнительно ограничивалась ночными наблюдениями в ясную погоду. На атолле Кваджалейн ведется строительство нового радиолокационного заграждения S-диапазона (Space Fence).

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.

Каталог космических объектов США

Министерство обороны США (DoD) ведет базу данных спутниковых объектов с момента запуска первого спутника в 1957 году, известную как Каталог космических объектов, или просто Космический каталог. Информация о спутниковых объектах регулярно обновляется на основе наблюдений Сети космического наблюдения – глобально распределенной сети интерферометров, радаров и оптических систем слежения. К 2001 году количество объектов в каталоге приблизилось к 20 000. Для поддержания этих каталогов используются различные теории астродинамики. Теория общих возмущений (ОП) предоставляет общее аналитическое решение уравнений движения спутников. Орбитальные элементы и связанные с ними частные производные выражаются в виде рядов, зависящих от начальных условий этих дифференциальных уравнений. Теории ОП эффективно работали на первых электронных вычислительных машинах и поэтому были приняты в качестве основной теории для определения орбит в Космическом каталоге. Для упрощения этих аналитических теорий необходимо делать допущения, такие как усечение гравитационного потенциала Земли до нескольких зональных гармоник. Атмосфера обычно моделируется как статичное сферическое поле плотности, экспоненциально убывающее с высотой. Влияние третьих тел и резонансные эффекты моделируются частично. Повышение точности теории ОП обычно требует значительных усилий по разработке. Первая установка, обозначенная как AN/FPS 17(XW 1), была развернута в Диярбакире (Пиринклике), Турция, для обнаружения советских запусков. Вторая система, обозначенная как AN/FPS 17(XW 2), была установлена в Ларедо AFS (примерно в 11 км к северо-востоку от Ларедо AFB) в Техасе для отслеживания ракет, запускаемых с Уайт-Сэндс, Нью-Мексико, и использовалась в качестве полигона для испытаний радиолокационных систем. Третья система, обозначенная как AN/FPS 17(XW 3), была установлена на острове Шемия, Аляска, для обнаружения советских запусков. Станция в Диярбакире FPS 17 начала работу в июне 1955 года, установка в Ларедо – в феврале 1956 года, а на Шемии – в мае 1960 года. Первые две установки были закрыты без замены, а установка на Шемии была заменена радаром Cobra Dane (AN/FPS 108). Антенна FPS 17 имела неподвижный параболический тороидальный отражатель, который обычно был высотой 53 м и шириной 34 м и освещался массивом рупорных антенн, расположенных перед ним. Передатчики работали в диапазоне ВЧ, излучая импульсы с частотами примерно от 180 до 220 МГц. FPS 17 была уникальна тем, что, в отличие от большинства типов радаров, конфигурация каждой установки отличалась от других. Различия касались передающего оборудования, размера и количества отражателей, а также количества и расположения рупорных антенн. Кроме того, FPS 17 была первой оперативной радиолокационной системой, использующей методы сжатия импульсов. В Диярбакире, Турция, было две антенны AN/FPS 17, одна антенна в Ларедо и три на Шемии в Алеутских островах.

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.

" Голубая девять " и " Голубая лиса "

Blue Nine относится к проекту, в рамках которого был создан радиолокационный комплекс AN/FPS 79, разработанный компанией General Electric и использовавшийся в составе системы электромагнитной разведки 466L (ELINT) ВВС США. Blue Fox относится к модификации радиолокационной станции слежения AN/FPS 80 до конфигурации AN/FPS 80(M). Шемия, Аляска, 1964 год. Обе эти системы использовали вычислительные машины GE M236.

AN/FPS-80

Радиолокационная станция механического слежения с антенной диаметром 60 футов, построенная компанией General Electric. Развернута на острове Шемия, Аляска, как радиолокатор УВЧ-диапазона и модернизирована до L-диапазона в 1964 году. Использовалась как радиолокатор сопровождения для измерений сети Spacetrack после обнаружения цели. В основном применялась для целей разведки с целью отслеживания советских ракет. В 1977 году современная фазированная антенная решетка FPS 108 Cobra Dane заменила радиолокационные станции FPS 17 и FPS 80.

Зримый датчик (SBV) на космической основе

SSN включал один космический датчик – космический визуальный (SBV) датчик, выведенный на орбиту на борту спутника Midcourse Space Experiment (MSX), запущенного Организацией противоракетной обороны в 1996 году. Он был снят с вооружения 2 июня 2008 года. Сейчас миссию, ранее выполнявшуюся MSX SBV, выполняет экспериментальный спутник Space Based Space Surveillance (SBSS). Канадский военный спутник Sapphire, запущенный в 2013 году, также вносит вклад в данные SSN.

Государственные службы

Командование космических сил США в первую очередь заинтересовано в действующих спутниках, но также отслеживает космический мусор. По мере увеличения количества космического мусора и возрастания ценности спутников в космосе, защита гражданской экономической деятельности и помощь операторам спутников в предотвращении столкновений с космическим мусором стали важными задачами. В 2010 году USSTRATCOM получило полномочия предоставлять услуги SSA (Space Situational Awareness) коммерческим организациям и иностранным государствам.