Сеть космического наблюдения США (SSN) обнаруживает, отслеживает, каталогизирует и идентифицирует искусственные объекты, вращающиеся вокруг Земли , например, активные/неактивные спутники , отработанные корпуса ракет или фрагментарный мусор . Система находится в ведении Космического командования США и управляется Космическими силами США , а ее функции включают:
Сеть космического наблюдения включает в себя выделенные, сопутствующие и сопутствующие электрооптические, пассивные радиочастотные (РЧ) и радиолокационные датчики. Она обеспечивает каталогизацию и идентификацию космических объектов, предупреждение об атаках со спутников, своевременное уведомление вооруженных сил США о пролете спутников, мониторинг космического договора и сбор научно- технической разведывательной информации . Продолжающийся рост популяции спутникового и орбитального мусора, а также растущее разнообразие траекторий запуска, нестандартных орбит и геосинхронных высот требуют постоянной модернизации SSN для удовлетворения существующих и будущих требований и обеспечения их экономически эффективной поддержки. [1]
SPACETRACK также разработала системные интерфейсы, необходимые для командования и управления, нацеливания и оценки ущерба потенциальной будущей системы противоспутникового оружия США (ASAT). На оптической станции ВВС Мауи (AMOS) есть Центр обработки информации о изображениях и суперкомпьютерный комплекс .
Первая формализованная попытка правительства США каталогизировать спутники была предпринята в рамках проекта Space Track, позже [ когда? ] известного как Национальный центр управления космическим наблюдением (NSSCC), расположенного в Hanscom Field в Бедфорде, штат Массачусетс . Процедуры, используемые в NSSCC, были впервые описаны в 1959 и 1960 годах Уолем [2] , который был техническим директором NSSCC. В 1960 году в рамках проекта Space Track Фицпатрик и Финдли разработали подробную документацию процедур, используемых в NSSCC. [3] Проект Space Track начал свою историю отслеживания спутников в 1957–1961 годах.
Ранние наблюдения Space Track за спутниками собирались на более чем 150 отдельных площадках, включая радиолокационные станции, камеры Бейкера-Нанна , телескопы, радиоприемники и гражданами, участвующими в программе Operation Moonwatch . Люди на этих площадках Moonwatch записывали наблюдения за спутниками визуальными средствами, но существовало множество типов и источников наблюдений, некоторые из которых были автоматизированными, некоторые — полуавтоматическими. Наблюдения передавались в NSSCC по телетайпу, телефону, почте и через личных посланников. Там дежурный аналитик редуцировал данные и определял поправки [ необходимо уточнение ], которые следует внести в элементы орбиты [ необходимо уточнение ], прежде чем они будут использованы для дальнейших прогнозов. После этого анализа поправки вводились в компьютер IBM 709 , который вычислял обновленные орбитальные данные. Затем обновленные орбитальные данные использовались на другом этапе той же компьютерной программы для получения геоцентрической эфемериды . Из геоцентрической эфемериды были вычислены три различных продукта и отправлены обратно на станции наблюдений для планирования будущих возможностей наблюдения. [3]
Запуск Спутника-1 Советским Союзом привел к тому, что правительство США осознало необходимость лучшего отслеживания объектов в космосе с помощью Системы слежения за космосом. Первая американская система, Minitrack , уже существовала на момент запуска Спутника, но США быстро обнаружили, что Minitrack не может надежно обнаруживать и отслеживать спутники. ВМС США разработали Minitrack для отслеживания спутника Vanguard , и пока спутники следовали международному соглашению о частотах спутниковой передачи, Minitrack мог отслеживать любой спутник. Однако Советы решили не использовать международные спутниковые частоты. Таким образом, стало очевидным основное ограничение этой системы. Minitrack не мог обнаружить или отслеживать несотрудничающий или пассивный спутник. [4]
Параллельно [ требуется ссылка ] с Minitrack использовались камеры слежения за спутниками Baker-Nunn . Эти системы использовали модифицированные телескопы Шмидта с большим разрешением для фотографирования и идентификации объектов в космосе. Камеры впервые были введены в эксплуатацию в 1958 году и в конечном итоге работали на объектах по всему миру. На пике своего развития ВВС управляли пятью объектами, Королевские канадские ВВС управляли двумя, а Астрофизическая обсерватория Смитсоновского института управляла еще восемью объектами. Система Baker-Nunn, как и Minitrack, предоставляла мало данных в реальном времени и была дополнительно ограничена ночными операциями в ясную погоду. [4]
Помимо проблем с получением данных о спутниках, стало очевидно, что американская сеть слежения вскоре будет перегружена огромным количеством спутников, которые следовали за «Спутником» и «Авангардом». Объем накопленных данных слежения за спутниками требовал создания или расширения организаций и оборудования для просеивания и каталогизации объектов. Потребность в информации об обнаружении и слежении в реальном времени для работы с запусками советских спутников привела к тому, что 19 декабря 1958 года ARPA выполнило Указ 50-59 о создании сети spacetrack. Эта сеть spacetrack, Project Shepherd, началась с Центра фильтров Space Track в Бедфорде, штат Массачусетс , и оперативной сети космической обороны (т. е. сети предупреждения о ракетном нападении). ARDC взялась за миссию spacetrack в конце 1959 года и в апреле 1960 года создала Временный национальный центр управления космическим наблюдением в Ханском-Филд , штат Массачусетс , для координации наблюдений и сохранения спутниковых данных. В то же время Министерство обороны США назначило Командование воздушно-космической обороны (ADCOM), ранее Командование противовоздушной обороны, главным пользователем данных космического слежения. ADCOM сформулировало первые планы США по наблюдению за космосом. [4]
В те годы, когда межконтинентальные баллистические ракеты разрабатывались как передовые системы вооружения, многочисленные датчики обнаружения и предупреждения о ракетах были испытаны и выставлены на вооружение в качестве рабочих датчиков, и большинство из них в тот или иной момент предоставили данные спутникового наблюдения. Многие из них были упущены из виду в современных исторических источниках, и поэтому необходимо провести дополнительные исследования. Среди них были два радара обнаружения и слежения в Тринидаде; Ларедо, Техас ; и Мурстаун, Нью-Джерси . Дополнительные датчики, которые выполняли или способствовали космическому слежению, но пока не включены в эту страницу, включают механические радары слежения на островах Каена-Пойнт , Антигуа , острове Вознесения , военно-морской станции Сан-Мигель и атолле Кваджалейн ; три объекта BMEWS ; объекты Pave Paws ; объекты радаров предупреждения о ракетном нападении AN/FSS-7; объекты пассивной электронно-сканируемой решетки ; Кавальер, Северная Дакота ; Эглин, Флорида ; Система космического наблюдения Мауи ; Глобус II ; Авиационная станция Сан-Вито-деи-Норманни ; TOS/CROSS; и Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института . [ необходима ссылка ]
Система наблюдения за космическим пространством ВВС (AFSSS), также известная как «космический забор», представляла собой высокочастотную радиолокационную сеть, расположенную на юге США (от Калифорнии до Джорджии ) с централизованным местом обработки данных в Командовании военно-морских сетей и космических операций в Дальгрене, штат Вирджиния . AFSSS начиналась как система наблюдения за космическим пространством ВМС (SPASUR) в 1961 году (позже переименованная в NAVSPASUR). Она была передана ВВС в 2004 году и переименована в AFSSS. «Забор» эксплуатировался ВВС США ( 20-й отряд 1 эскадрильи управления космосом ).
Система обнаружения и разведки спутников (ранее называвшаяся NSSS) достигла начальной работоспособности в 1961 году. Роль «забора» возросла. Система обнаруживала космические объекты с новых запусков, маневров существующих объектов, распада существующих объектов и предоставляла данные пользователям из своего каталога космических объектов. В этом каталоге поддерживались орбитальные параметры более 10 000 объектов, которые теперь используются NASA, метеорологическими агентствами и дружественными зарубежными агентствами. Эта информация необходима для вычисления информации об избежании столкновений с целью устранения конфликтов в окнах запуска с известными орбитальными космическими объектами.
21- е космическое крыло закрыло Систему космического наблюдения ВВС 1 октября 2013 года, сославшись на ограниченность ресурсов, вызванную секвестром . [5] На атолле Кваджалейн ведется строительство нового космического ограждения S-диапазона . [6] [7]
Министерство обороны США (DoD) ведет базу данных состояний спутников с момента запуска первого спутника в 1957 году, известную как Каталог космических объектов или просто Космический каталог. Эти состояния спутников регулярно обновляются наблюдениями из Сети космического наблюдения, глобальной распределенной сети интерферометров, радаров и оптических систем слежения. К 2001 году число каталогизированных объектов составило почти 20 000. [8] [9] [10]
Для ведения этих каталогов используются различные теории астродинамики . Теория общих возмущений (GP) дает общее аналитическое решение уравнений движения спутника. Орбитальные элементы и связанные с ними частные производные выражаются в виде разложений в ряды в терминах начальных условий этих дифференциальных уравнений . Теории GP эффективно работали на самых ранних электронных вычислительных машинах и поэтому были приняты в качестве основной теории для определения орбиты космического каталога. Для упрощения этих аналитических теорий необходимо сделать некоторые предположения, такие как усечение гравитационного потенциала Земли до нескольких зональных гармонических членов. Атмосфера обычно моделируется как статическое сферическое поле плотности, которое экспоненциально затухает . Влияние третьего тела и резонансные эффекты частично моделируются. Повышение точности теории GP обычно требует значительных усилий по разработке. [8]
NASA поддерживает гражданские базы данных орбитальных элементов GP, также известных как двухлинейные элементы NASA или NORAD . Наборы элементов GP представляют собой «средние» наборы элементов, в которых удалены определенные периодические характеристики для повышения эффективности долгосрочного прогнозирования, и требуют специального программного обеспечения для реконструкции сжатой траектории . [8]
Радары AN/FPS-17 и AN/FPS-80 были размещены на острове Шемья на Алеутских островах у побережья Аляски в 1960-х годах для отслеживания испытаний советских ракет и поддержки системы ВВС Spacetrack. В июле 1973 года компания Raytheon выиграла контракт на строительство системы под названием « Cobra Dane » на острове Шемья. Обозначенная как AN/FPS-108, Cobra Dane заменила радары AN/FPS-17 и AN/FPS-80. Вступив в строй в 1977 году, Cobra Dane также имела основную миссию по мониторингу советских испытаний ракет, запущенных с юго-запада России и нацеленных на сибирский полуостров Камчатка. Этот большой односторонний радар с фазированной решеткой был самым мощным из когда-либо построенных.
FPS-80 был радаром слежения, а FPS-17 был радаром обнаружения советских ракет. Оба были частью Системы раннего предупреждения о баллистических ракетах ( BMEWS ). Большой радар обнаружения (AN/FPS-17) был введен в эксплуатацию в 1960 году. В 1961 году рядом был построен радар слежения AN/FPS-80. Эти радары были закрыты в 1970-х годах.
Радиолокационный узел сбора разведывательной информации на авиабазе Диярбакыр в конечном итоге состоял из одного радара обнаружения (FPS-17) и одного механического радара сопровождения (FPS-79). Радары Pirinclik эксплуатировались 19-й эскадрильей наблюдения . Радар FPS-17 достиг IOC 1 июня 1955 года, а FPS-79 — в 1964 году. Оба радара работали на частоте UHF (432 МГц). Несмотря на ограничения, связанные с их механической технологией, два радара Pirinclik давали преимущество одновременного отслеживания двух объектов в реальном времени. Его расположение вблизи южной части бывшего Советского Союза делало его единственным наземным датчиком, способным отслеживать фактические сходы с орбиты российских космических объектов. Кроме того, радар Pirinclik был единственным круглосуточным датчиком дальнего космоса в восточном полушарии. Эксплуатация радаров в Pirinclik была прекращена в марте 1997 года.
Поскольку Советский Союз, по-видимому, быстро продвигался в своей ракетной программе, в 1954 году Соединенные Штаты начали программу по разработке радара дальнего наблюдения. General Electric Heavy Military Electronics Division (HMED) в Сиракузах, штат Нью-Йорк, был генеральным подрядчиком, а Lincoln Laboratory была субподрядчиком. Этот радар обнаружения, AN/FPS-17 , был задуман, спроектирован, построен и установлен для эксплуатации за девять месяцев. [11] [12] [13] Первая установка, обозначенная AN/FPS-17(XW-1), находилась в Диярбакыре ( Пиринджлик ), Турция, для обнаружения советских запусков. Вторая система, обозначенная AN/FPS-17(XW-2), была установлена на авиабазе Ларедо (примерно в 7 милях (11 км) к северо-востоку от авиабазы Ларедо ) в Техасе для отслеживания ракет, запущенных с Уайт-Сэндс, Нью-Мексико , и служила испытательным стендом радара. Третья система, обозначенная как AN/FPS-17(XW-3), была установлена на острове Шемья , Аляска, для обнаружения советских запусков. FPS-17 в Диярбакыре вступила в строй в июне 1955 года, установка в Ларедо — в феврале 1956 года, а в Шемие — в мае 1960 года. [11] [12] [13] [14] Первые две установки закрылись без замен; установка в Шемие была заменена радаром Cobra Dane (AN/FPS-108). [15]
Антенна FPS-17 представляла собой фиксированный параболический тороидальный рефлектор, который обычно имел высоту 175 футов (53 м) и ширину 110 футов (34 м) и освещался массивом радарных облучателей, размещенных перед ним. Передатчики работали в диапазоне VHF , посылая импульсы на частотах примерно от 180 до 220 МГц. [16] FPS-17 была уникальна тем, что, в отличие от большинства типов радаров, версия каждого сайта отличалась от других сайтов. Различия включали передающее оборудование, размер и количество отражателей, а также количество и расположение облучателей. Кроме того, FPS-17 была первой оперативной радиолокационной системой, которая использовала методы сжатия импульсов. [17] Было две антенны AN/FPS-17 в Диярбакыре , Турция, одна антенна в Ларедо и три в Шемии на Алеутских островах . [11] [16]
Оригинальная антенна FPS-79 в Диярбакыре имела уникальную особенность, которая повышала ее полезность для Spacetrack. Рупорный облучатель с переменным фокусом обеспечивал широкий луч для обнаружения и узкий луч для отслеживания. Эта антенна была заменена новой антенной и пьедесталом в 1975 году. Сжатие импульсов использовалось для улучшения как усиления, так и разрешения 35-футовой (11 м) антенны-тарелки. Управление было механическим; FPS-79 имел дальность действия 24 000 миль (39 000 км). Радиолокационная станция была закрыта в 1997 году.
После 9 месяцев облета Земли в, по-видимому, бездействующем состоянии, 13 ноября 1986 года третья ступень ракеты SPOT 1 Ariane резко разделилась на 465 обнаруживаемых фрагментов — это был самый серьезный распад спутника, зафиксированный до 2007 года.
Хотя облако обломков пролетело над континентальной частью Соединенных Штатов лишь спустя более 8 часов, персонал Центра космического наблюдения (SSC) в комплексе Шайенн-Маунтин в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо, сообщил, что американский радар FPS-79 в Пиринджлике, Турция, заметил обломки в течение нескольких минут после фрагментации. [18]
Blue Nine относится к проекту, в рамках которого был создан радар слежения AN/FPS-79, созданный компанией General Electric, использовавшийся с системой электромагнитной разведки 466L (ELINT); ВВС США. Blue Fox относится к модификации радара слежения AN/FPS-80 в конфигурацию AN/FPS-80(M). Шемья, АК, 1964. Обе эти системы включали компьютеры GE M236.
Механический радар слежения с 60-футовой тарелкой, построенный компанией General Electric. Развернутый на острове Шемья, Аляска, как радар УВЧ и модернизированный до L-диапазона в 1964 году. Использовался как радар слежения для измерений сети Spacetrack после обнаружения цели. В основном использовался в разведывательных целях для отслеживания русских ракет. Усовершенствованный радар с фазированной решеткой FPS-108 Cobra Dane заменил радары FPS-17 и FPS-80 в 1977 году.
Командование выполняет эти задачи с помощью своей Сети космического наблюдения (SSN), в которую входят армия, флот и космические силы США, более 30 наземных радаров и оптических телескопов по всему миру, а также 6 спутников на орбите. [19]
По состоянию на 23 июня 2019 года [update]каталог, созданный с использованием данных SSN, содержал 44 336 объектов, включая 8 558 спутников, запущенных на орбиту с 1957 года. [20] 17 480 из них активно отслеживались, а 1 335 были потеряны. [21] Остальные вернулись в турбулентную атмосферу Земли и распались или пережили возвращение и столкнулись с Землей. SSN обычно отслеживает космические объекты диаметром 10 сантиметров (размер бейсбольного мяча) или больше. [22]
Сеть космического наблюдения имеет многочисленные датчики, которые предоставляют данные. Они разделены на три категории: специализированные датчики, сопутствующие датчики и вспомогательные датчики. Как специализированные, так и сопутствующие датчики управляются USSPACECOM , но в то время как первые имеют основную цель получения данных SSN, последние получают данные SSN в качестве вторичной цели. Вспомогательные датчики не управляются USSPACECOM и обычно выполняют космическое наблюдение в качестве сопутствующего. Кроме того, датчики классифицируются как околоземные (NE) слежения - наблюдение за спутниками, космическим мусором и другими объектами на более низких орбитах, или глубокого космоса (DS) - как правило, для астероидов и комет .
Ground-based Electro-Optical Deep Space Surveillance ( GEODSS ) — оптическая система, использующая телескопы , телевизионные камеры с низким уровнем освещенности и компьютеры. Она заменила старую систему из шести 20-дюймовых (полуметровых) камер Бейкера-Нанна , которые использовали фотопленку .
Существует три действующих объекта GEODSS, которые подчиняются 20-й эскадрилье управления космическим пространством :
Сайт в Чхве Чон Сан, Южная Корея, был закрыт в 1993 году из-за близлежащего смога города, погодных условий и проблем со стоимостью. Первоначально пятый GEODSS планировалось эксплуатировать с сайта в Португалии , но он так и не был построен.
Moron Optical Space Surveillance (MOSS), переносной телескоп с апертурой 22 дюйма, который входил в систему GEODSS, работал на авиабазе Морон, Испания, 37°10′12″ с.ш. 5°36′32″ з.д. / 37,170° с.ш. 5,609° з.д. / 37,170; -5,609 с 1997 по 2012 год.
GEODSS отслеживает объекты в глубоком космосе , или от примерно 3000 миль (4800 км) до высот за пределами геосинхронной . GEODSS требует отслеживания в ночное время и при ясной погоде из-за присущих оптической системе ограничений. На каждой площадке есть три телескопа. Телескопы имеют апертуру 40 дюймов (1,02 м) и поле зрения в два градуса. Телескопы способны «видеть» объекты в 10 000 раз более тусклые, чем может обнаружить человеческий глаз. Эта чувствительность и фон неба в дневное время, который маскирует отраженный спутниками свет, диктуют, что система работает ночью. Как и в случае с любой наземной оптической системой, облачность и местные погодные условия напрямую влияют на ее эффективность. Система GEODSS может отслеживать объекты размером с баскетбольный мяч на расстоянии более 20 000 миль (30 000 км) в космосе или стул на расстоянии 35 000 миль (56 000 км) и является важной частью сети космического наблюдения USSPACECOM. Каждый сайт GEODSS отслеживает приблизительно 3000 объектов за ночь из 9900 объектов, которые регулярно отслеживаются и учитываются. Объекты, пересекающие орбиту Международной космической станции (МКС) в пределах 20 миль (32 км), заставят МКС скорректировать свою орбиту, чтобы избежать столкновения. Самый старый отслеживаемый объект — Объект № 4 ( Vanguard 1 ), запущенный в 1958 году. [ необходима цитата ]
В состав SSN входил один космический датчик, датчик видимого космического пространства (SBV), выведенный на орбиту на борту спутника Midcourse Space Experiment ( MSX ), запущенного Организацией по противоракетной обороне в 1996 году. Он был выведен из эксплуатации 2 июня 2008 года. [23]
Спутник -пеленгатор космической системы наблюдения за космическим пространством ( SBSS ) теперь выполняет миссию, ранее выполнявшуюся MSX SBV.
Канадский военный спутник Sapphire , запущенный в 2013 году, также предоставляет данные для SSN. [24]
USSPACECOM в первую очередь интересуется активными спутниками, но также отслеживает космический мусор . По мере роста количества космического мусора и ценности спутников в космосе стало важно защищать гражданскую экономическую деятельность и помогать операторам спутников избегать столкновений с мусором. В 2010 году USSTRATCOM было предоставлено право предоставлять услуги SSA (Space Situational Awareness) коммерческим и иностранным субъектам. [19] По состоянию на 2019 год предоставляются следующие услуги: позиционные данные всех отслеживаемых объектов, оценка сопряжения, поддержка утилизации/окончания срока службы и многое другое через веб-сайт space-track.org. [25]
10 сантиметров или "размер софтбольного мяча" — типичный минимальный размер объекта, который могут отслеживать современные датчики, и
18 SPCS
поддерживает в каталоге.
{{cite web}}
: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)