Зорин М.С., Кен В.О. «Программное обеспечение для анализа стабильности сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре радиотелескопа по результатам обработки сигналов фазовой калибровки» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 3-8 (2020)

Цель работы – создание ПО для анализа стабильности сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре радиотелескопа по результатам обработки сигналов фазовой калибровки (СФК). ПО разработано на языке Python 2.7 с использованием библиотек «NumPy» и «Matplotlib» для вычисления по выходным данным программных корреляторов DiFX и RASFX инструментальных задержек, возникающих в сигнале при прохождении приемно-регистрирующего тракта. В работе использованы аналитические методы исследования, методы императивного программирования на языке Python, а также аппарат математического анализа и математической статистики. Разработанное ПО может применяться для контроля стабильности задержки СФК при проведении РСДБ-сеансов на длительных временных интервалах. В частности, ПО использовалось для отслеживания стабильности задержки СФК в течение получасового сеанса наблюдения Ru0804, проведенного на РСДБ-сети «Квазар-КВО» 20 сентября 2019 г. В статье также описаны математические алгоритмы и реализованный функционал.

Пин Д., Ли В., Ван М., Ян Й., Чжан В., Чжан Д., Хан С., Сан Д., Чен Л., Гусев А.В. «Исследования физической либрации Луны в Национальных астрономических обсерваториях Китая» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 9-17 (2020)

Исследования Луны продолжают оставаться серьезным вызовом для науки, технологий и бизнеса. К реализации международных и национальных лунных программ приступили новые участники, такие как Китай, Япония, Европейское космическое агентство (ЕКА) и Индия. Были запущены новые космические и посадочные аппараты, планируется создание возвращаемых лунных модулей и долговременных лунных баз. Тем не менее текущий уровень знаний о Луне не соответствует возникающим при реализации лунных программ требованиям. В частности, построение теорий вращения и внутреннего строения Луны является одной из не до конца решенных научных проблем. Дополнительные исследования в этой области позволят повысить безопасность, энергетическую эффективность и точность навигации при реализации лунных программ. Для того чтобы осуществить китайскую программу по посадке на Луну и возвращению человека на Землю, в Национальных астрономических обсерваториях Китая (НАОК) проводятся исследования с целью улучшения эфемерид Луны, а также для изучения внутренней структуры и эволюции Луны, сравнительной динамики планет Солнечной системы и физической либрации Луны. Серия экспериментов по лунным радиотехническим измерениям была проведена в Китае совместно с международными институтами. В этих экспериментах исследовались некоторые эффекты физической либрации Луны, которые могут повлиять на деятельность перспективных лунных станций.

Ван М., Пин Д., Ван М., Хан С. «Прогресс в исследованиях окололунного пространства» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 18-22 (2020)

Несмотря на то, что Луна является одним из наиболее исследованных объектов, степень изученности около-лунного пространства, в отличие от околоземного, до сих пор недостаточна. В данной статье представлен обзор достижений современных исследований и существующих проблем в изучении лунной космической среды, которые были выявлены в радиоэкспериментах и исследованиях на поверхности Луны. По результатам запуска двух программ НАСА, ARTEMIS и LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, «Программа исследования лунной атмосферы и пылевого окружения»), на сегодняшний день доступна информация об электромагнитном поле Луны и лунной пыли. Радиоэксперименты были проведены с участием автоматических станций Луна-19 и Луна-22, КА Selene и КА для облёта Луны, возвращения и вхождения в плотные слои земной атмосферы. Результаты наблюдений подтвердили, что ионосфера вокруг Луны действительно существует, максимальная концентрация столба электронов составляет около 0.5·10¹⁶ электронов/м²м². Различия значений концентрации столба электронов в ионосфере Луны, измеренных различными КА, говорит о том, что необходимы дополнительные наблюдения для понимания изменений лунной ионосферы во времени. Низкочастотное радиоастрономическое экспериментальное оборудование на борту ретрансляционных спутников и посадочного аппарата Chang E-4 было предназначено для записи низкочастотных радиосигналов и могло обнаруживать возможные волны в плазме, что способствует дальнейшему изучению окололунного пространства.

Гренков С.А., Кольцов Н.Е. «Усовершенствованная система регистрации радиоизлучения в спектральных линиях» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 23-29 (2020)

В системе регистрации спектров космического радиоизлучения в спектральных линиях амплитуды компонентов вычисляемого спектра мощности калибруются по шумовой температуре импульсного пилот-сигнала, который генерируется модулируемым широкополосным генератором шума калибровки и вводится на вход приёмно-усилительного канала радиотелескопа. Для калибровки используется среднее значение шумовой температуры импульсов калибровки в широкой полосе промежуточных частот, которое измеряется предварительно радиометрическим устройством и считается постоянным во всей полосе промежуточных частот. Но реальная шумовая темпера-тура импульсов калибровки на частоте исследуемого сигнала может отклоняться от среднего значения из-за неравномерности мощности генератора шума калибровки в широкой полосе частот и неравномерности коэффициента его связи с приёмным каналом в этой полосе. Эти отклонения могут быть причиной значительных (до 30–40%) ошибок при определении амплитуд компонентов спектра мощности и шумовых температур сигнала, так как шумовая температура импульсов калибровки является масштабирующим коэффициентом. Целью статьи является разработка способа устранения ошибок определения амплитуд компонентов спектра исследуемого узкополосного сигнала, которые связаны с неравномерностью мощности импульсов калибровки в полосе промежуточных частот, а также разработка и испытания спектрометрического модуля, реализующего этот способ. Для устранения ошибок амплитудной калибровки спектров узкополосного космического радиоизлучения, связанных с неравномерностью спектра мощности генератора шума калибровки, введён дополнительный канал вычисления широкополосного спектра мощности шумовых импульсов, работающий параллельно с узкополосным вычислителем спектра мощности принимаемого сигнала. По спектру мощности шумовых импульсов определяется истинное значение шумовой температуры импульсов калибровки на частоте принимаемого сигнала, которое затем используется при вычислении спектра узкополосного радиоизлучения. Введение в систему регистрации узкополосного радиоизлучения дополнительного канала вычисления широкополосного спектра мощности шумовых импульсов калибровки позволило устранить влияние неравномерности и нестабильности мощности шумовых импульсов пилот-сигнала, значительно повысить точность амплитудной калибровки спектра исследуемого сигнала и повысить качество регистрация слабых нестационарностей радиоизлучения.

Ипатов А.В., Ведешин Л.А. «Первые космические эксперименты по лазерной локации Луны (К 50-летию посадки на Луну «Лунохода-1»)» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 30-37 (2020)

10 ноября 1970 г. состоялась мягкая посадка на Луну советской космической станции «Луна-17» с первым в мире самоходным аппаратом «Луноход-1». На борту «Лунохода-1» был установлен советско-французский лазерный ретрорефлектор для проведения космических экспериментов по локации Луны. До этого – 16–21 июля 1969 г. – на Луну был запущен и доставлен американский посадочный аппарат Аполлон-11. Всего за период 1969–1973 гг. на поверхности Луны было установлено пять ретрорефлекторов (3 – США и 2 – СССР), включая ретрорефлектор «Лунохода-2». С использованием этих ретрорефлекторов уже более 50 лет проводится лазерная локация Луны, а также проведено более 27000 наблюдений (нормальных точек). Точность светолокационных наблюдений Луны за это время выросла на несколько порядков. Анализ полученных результатов показал, что это один из самых эффективных методов исследования Луны, а в ближайшем будущем, возможно, и других объектов Солнечной системы. Все современные высокоточные лунные эфемериды построены на основе светолокационных наблюдений Луны, причем особый интерес представляет их использование для изучения тонких деталей вращения Луны, связанных с особенностями ее внутреннего строения, гравитационного поля, распределения масс на Луне и приливных явлений. Статья посвящена описанию истории и технических деталей первых советских экспериментов по лазерной локации Луны и приурочена к 50-летию посадки на Луну «Лунохода-1».

Ли В., Пин Д., Ван М., Сан Д., Маршалов Д.А., Бондаренко Ю.С. «Использование радиолокации лунного посадочного аппарата Chang E-3 для синхронизации удаленных стандартов частоты и калибровочных тестов» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 38-43 (2020)

При проведении высокоточных радиотехнических измерений с помощью КА, находящихся в окрестности Луны или в дальнем космосе, погрешности синхронизации стандартов времени и частоты станций слежения или РСДБ-станций приводят к дополнительным погрешностям в доплеровских, дифференциальных доплеровских и РСДБ-измерениях. Для решения этой проблемы авторами разработан и протестирован новый метод синхронизации стандартов времени и частоты с использованием передачи и калибровки частоты между удаленными станциями слежения за дальним космосом, и/или РСДБ-станциями. К настоящему моменту в результате фазовой радиолокации Луны по программе Chang E-3 получены измерения миллиметрового уровня точности. Эти наблюдения дают возможность удаленно синхронизировать стандарты частоты и провести калибровку. Измерения проводились двухпутевым и трехпутевым методами на китайских станциях дальней космической связи Jiamusi и Kashi. Кроме того, часть экспериментов по синхронизации стандартов частоты была проведены совместно с Россией. На основе программного обеспечения для векторной астрометрии Военно-морской обсерватории (Naval Observatory Vector Astrometry Software, NOVAS) создана и поддерживается программа для обработки радиолокационных измерений. Результатом применения этой программы явилось достижение субмиллиметровой точности в моделировании измерений дальности и скорости ее изменения, что позволяет проводить сравнительный анализ параметров, полученных как во время наблюдений, так и в результате математического моделирования. Таким образом, была достигнута точность синхронизации удаленных стандартов частоты на уровне нескольких МГц при измерениях в X-диапазоне.

Перепелицын А.Е., Амирханян В.Р., Моисеев А.В. «Система управления редуктора светосилы SCORPIO-2» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 44-53 (2020)

Описывается система управления многорежимного редуктора светосилы SCORPIO-2, работающего в первичном фокусе 6-метрового телескопа САО РАН. Представлена типичная архитектура системы, позволяющей осуществлять удалённые наблюдения. Детально разбираются принципы функционирования редуктора на аппаратном уровне, в частности, устройство прецизионного блока с фазовыми поляризационными элементами, предназначенного для высокоточных поляриметрических измерений. Рассматриваются некоторые конструктивные особенности редуктора, а также схема управления его отдельными узлами, реализованная на микропроцессорах. Управление наблюдательным комплексом «SCORPIO-2 + адаптер для калибровки и гидирования+интерферометр+детектор+телескоп» осуществляется при помощи компактного компьютера, встроенного в корпус редуктора светосилы. Кратко описываются особенности пакета программ, написанного для управления наблюдательным комплексом на языке программирования IDL. Создана распределённая система управления экспериментом, позволяющая из единого центра управлять разными инструментами: многорежимным редуктором светосилы, системой калибровки и внеосевого гидирования, системой регистрации изображений, системой архивации наблюдательных данных и телескопом. Система управления редуктора светосилы позволяет собрать в одном блоке все элементы прибора, сократив до минимума количество внутренних и внешних связей. Возможность быстрого переключения между различными режимами обеспечивает гибкость в выборе наблюдательных программ под текущее состояние атмосферы, тем самым экономится наблюдательное время.

Цыба Е.Н., Волкова О.А., Пасынок С.Л., Серавина Т.В. «Предварительные результаты построения модели геоида в пределах акватории Мирового океана по данным спутниковой альтиметрии во ФГУП «ВНИИФТРИ»» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 54-59 (2020)

Рассмотрен вопрос определения характеристик гравитационного поля на акватории Мирового океана по данным спутниковой альтиметрии. На основе метода «удаления – восстановления» разработано специальное программное обеспечение и выполнено построение цифровой модели геоида для участка акватории Черного моря (долгота: 36.1–37.76°, широта: 42.74–44.38°). Cреднеквадратичное отклонение от данных глобальной модели EGM2008 на обозначенном участке для аномалий силы тяжести не превышает 6 мГал. На основе рассмотренной в данной работе методики обработки альтиметрической измерительной информации планируется построение глобальной модели геоида в пределах акватории Мирового океана.

Чернетенко Ю.А. «О следствиях существования планеты 9, полученных в результате моделирования» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 60-66 (2020)

В работе Batygin K. E., Brown M. E. «Evidence for a distant giant planet in the solar system» авторы показывают, что необычное распределение орбит ряда открытых небесных тел в области рассеянного диска можно объяснить гравитационным влиянием гипотетической планеты 9. Масса планеты оценивается в 5–20 масс Земли, орбита имеет следующие элементы относительно плоскости эклиптики: Ω=113°, i=30°, ω=150°, e=0.6, а=700 а. е. В работе E. Michaely and A. Loeb «Shaping of the inner Oort cloud by Planet Nine» рассмотрено динамическое взаимодействие такой планеты и 32000 частиц нулевой массы на расстояниях 700–7000 а. е. от Солнца. Масса планеты принята равной 10 массам Земли. Моделирование выполнено методом численного интегрирования на интервале в 4 млрд лет. Получено, что некоторые частицы оказываются динамически нестабильными, достигают значений эксцентриситетов e>0.98 и образуют долгопериодические кометы со значениями больших полуосей а=1100–1500 а. е. (до 3000 а. е.) и околосолнечные кометы (Sun grazing comets). Приводятся прогнозируемые распределения значений угловых элементов для этих групп комет. Сравнение их с соответствующими распределения-ми элементов орбит наблюдавшихся комет не приводится. В настоящей работе получены распределения значений угловых элементов для наблюдавшихся долгопериодических комет c а=1000–2000 а. е. (81 комета) и околосолнечных спорадических комет (q<0.1 а. е., е=1.0) (73 кометы). Из-за относительно небольшого количества этих комет только распределения наклонов орбит можно считать надежными, и они довольно близки для двух рассмотренных групп комет. Однако эти распределения значительно отличаются от распределений, прогнозируемых в работе авторов E. Michaely and A. Loeb. Возможные причины этих расхождений рассматриваются.

Чернетенко Ю.А. «Негравитационные эффекты в орбитальном движении нескольких околосолнечных комет» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 67-73 (2020)

Космической обсерваторией SOHO обнаружены околосолнечные кометы c перигелийными расстояниями q≈0.05 а. е., которые наблюдались в течение нескольких прохождений вблизи Солнца. В пяти появлениях наблюдались кометы 321P, 322P и 323P, в четырех – комета 342Р, в трех – кометы P/1999 J6=P/2004 V9=P/2010 H3 (относятся к группе Марсдена) и C/1996 X3=P/2002 S7=P/2008 N4 (относятся к группе Крахта I). Это позволяет определить негравитационные эффекты в их движении и сравнить их с негравитационными эффектами других комет для выяснения возможных отличий этой группы малых тел от периодических и долгопериодических комет. Для 6 комет получены параметры негравитационного ускорения (НУ) для нескольких видов его зависимости от гелиоцентрического расстояния. Ошибки представления наблюдений для всех вариантов каждой из комет близки и не позволяют отдать предпочтение ни одному из них. Выполнено сравнение полученных параметров НУ с аналогичными данными для всех нумерованных и долгопериодических комет из базы JPL. Не выявлены особенности, которые были бы характерны только для этой группы малых тел.

Чжан М. ««Квазар-КВО» и QVN как объединенная РСДБ-сеть» Труды Института прикладной астрономии РАН № 53, с. 74-79 (2020)

В России создана и действует РСДБ-сеть «Квазар-КВО». Она имеет базовые линии про-тяженностью более 4000 км, объединяющие Европу и Азию, что при работе с QVN (QiTai Telescope (QTT)-coordinated VLBI network) позволит достичь очень высоких разрешений. Авторы статьи предлагают сотрудничество и проведение совместной работы между российскими и китайскими интерферометрическими сетями с целью полного использования возможностей объединенной РСДБ-сети. Изучение текущего состояния РСДБ-сетей в мире показало, что в центре Евразии еще не достаточно интерферометрических сетей в диапазоне коротких сантиметровых длин волн с километровыми базами. Разрабатываются планы по расширению РСДБ-сети на территории западного Китая, что согласуется со стремлением российских специалистов расширить сеть «Квазар-КВО» на восток. Обе стороны постепенно наращивают свои возможности для проведения совместных наблюдений на более длинных базах. Авторы также поддерживают идею сотрудничества между соответствующими институтами России и Китая с целью обеспечения совместимости в работе систем преобразования сигналов и корреляторов обеих сетей для проведения совместных наблюдений. Специализированное оборудование для наблюдений в режиме одиночного телескопа также может использоваться совместно. Страны должны использовать преимущества обеих сетей для дальнейшего проведения совместных исследований методом РСДБ. Объединенная сеть на основе «Квазар-КВО» и сети CVN может быть потенциально эквивалентной существующим европейским и американским РСДБ-сетям.