УДК 535.31; 001.891.573

Использование оптико-геометрического моделирования для наблюдения космических объектов

 

В. Р. Ахметьянов, И. О. Лутов, М. И. Олейников

Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского

 

Статья поступила в редакцию 14 июня 2016 г.

 

Аннотация. В статье рассматриваются вопросы использования оптико-геометрического моделирования для определения габаритных и отражательных характеристик космических аппаратов, которые после  окончания срока активного существования переходят в разряд космического мусора и требуют непрерывного наблюдения и контроля, в том числе, наземными оптико-электронными средствами. Оптико-геометрическая модель включает в себя геометрическое описание космического аппарата как трехмерного тела, состоящего из функционально - конструктивных элементов (ФКЭ), и оптические характеристики материалов и покрытий ФКЭ.

Для ряда космических аппаратов имеются исходные видовые данные, представляющие собой цифровые фотографические изображения, которые предъявляются разработчиками на этапе монтажных и испытательных работ. Относительные геометрические характеристики космического аппарата могут быть получены из анализа цифрового изображения. С этой целью предлагается использовать компактный алфавит геометрического описания контурной модели конструкции космического аппарата в виде совокупности примитивов, отображаемых на исходное изображение с учетом свойств центрального проецирования объекта наблюдения на картинную плоскость.

Полученные оценки геометрических параметров космического аппарата позволяют осуществить анализ его отражательных характеристик с помощью математической модели численно-аналитического расчета в видимом диапазоне, которая основана на представлении космического аппарата в виде набора геометрических примитивов конического, сферического и плоского типов. В качестве модели отражения поверхности принята модель отражения Ламберта – Фонга. Определение коэффициентов диффузного отражения позволяет получать оценки вектора оптических характеристик элементов конструкции КА посредством обработки результатов наземных фотометрических наблюдений.

Предложенный в статье подход иллюстрируется на примере изображения космического аппарата «Космический телескоп Хаббла», полученного в 2009 году в ходе космического эксперимента «Атлантис» STS-125.

Ключевые слова: космический аппарат, космический мусор, оптико-электронные средства, геометрические характеристики, оптические характеристики материалов и покрытий.

Abstract. In the article the problems of usage of optical-geometrical modeling for definition of the dimensional and reflective characteristics of spacecraft are considered, which one after ending term of fissile existence pass in the category of space debris and require continuous supervising and check, including, ground-level optical-electronic means. The optical-geometrical model includes the geometrical description of spacecraft as three-dimensional body composed from functional - constructive elements (FCE), and optical characteristics of materials and covers FCE.

For a number of spacecraft there are source specific data representing digital photographic images, which one are presented by the developers at a stage of assembly and test operations. The relative geometrical performances of spacecraft can be received from analysis of the digital image. With this purpose it is offered to use the compact alphabet of the geometrical description of the contour pattern of a construction of spacecraft by the way collections of primitives mapped on the source image with allowance for of properties of a central projection of object of supervising on a picture plain.

The received estimations of geometrical arguments of spacecraft allow to realize analysis of his reflective characteristics with the help of a mathematical model of numerically - analytical account in a visible band, which one is based on submission of spacecraft by the way of set of geometrical primitives of conical, spherical and flat types. As the pattern of reflex of a surface the pattern of reflex of a Lambert – Fong is accepted. The definition of diffuse-reflection factors allows receiving estimations of a vector of the optical performances of structural elements of spacecraft by means of processing outcomes of ground-level photometric supervising.

The approach, offered in the article, is illustrated on an example of the image of spacecraft «Hubble Space telescope», received in 2009 during space experiment «Atlantis» STS-125.

Keywords: a spacecraft, space debris, optical-electronic means, geometrical characteristics, optical characteristics of materials and covers.