КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-72-10059

НазваниеСоздание комплексной цифровой модели селенографического навигационного обеспечения окололунной спутниковой системы ЛНСС на основе данных современных космических миссий, высокоточной теории динамики Луны, синтетического метода робастного оценивания разнородных наблюдений и использования комплекса квантово-оптических и спутниковых бортовых оптических средств

РуководительДемина Наталья Юрьевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Республика Татарстан (Татарстан)

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2025

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-702 - Астрометрия

Ключевые словаАвтономная навигация, космические аппараты, геодезические пункты, лазерные маяки, селенодезия, динамика Луны

Код ГРНТИ41.15.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Комплексный проект по разработке цифровой модели селенографического обеспечения окололунной спутниковой системы направлен на решение научных и народнохозяйственных потребностей по созданию лунной навигационной спутниковой системы (ЛНСС), связанной с ориентированием на Луне и в окололунном пространстве, как способа распространения ГЛОНАСС на окололунную орбиту. Создание ЛНСС является необходимым элементом для выполнения Федеральной Космической Программы РФ, которая предусматривает обеспечение точности окололунной навигации 100 метров к 2025 году, которая сейчас составляет 10 км. В Проекте планируется разработка методов и подходов, практическое использование которых в планируемых российских лунных миссиях повысит точность позиционирования до 80 метров и выше. Научная новизна проекта заключается в использовании оптических маяков в качестве навигационных реперов в космосе и в использовании современной модели спин-орбитальной динамики Луны для установления селенодезической системы координат, с высокой точностью привязанной к телу Луны. В процессе выполнения Проекта будут решены следующие задачи: 1. Анализ возможности и эффективности создания высокоточной лунной навигационной спутниковой системы (ЛНСС) с использованием взаимосвязанной системы оптических и квантово-оптических средств (СЛМ – световых лазерных маяков) и бортовых оптических средств ОИЛС (орбитального искусственного лунного спутника); 2. Разработка методики высокоточных измерений видимых координат светового лазерного маяка, размещенного на поверхности Луны, относительно звезд (МИПСЛМ - методика измерений положений СЛМ); 3. Построение и анализ цифровых карт лунной поверхности на основе данных космической миссии “Kaguya” для их использования для МИПСЛМ; 4. Создание метода привязки снимков поверхности Луны к звездному полю с использованием СЛМ как реперов перехода между двумя снимками поверхности Луны и звездного поля; 5. Разработка метода и средств по наблюдательному обеспечению лунной селеноцентрической системы (МКВНО – метод координатно-временного навигационного обеспечения); 6. Создание селеноцентрической динамической опорной сети лунных объектов видимой и обратной сторон Луны с целью использования ее в методе МКВНО; 7. Развитие высокоточной теории физической либрации Луны для использования ее для МКВНО; 8. Разработка метода для проведения наблюдений лунного маяка с Земли; 9. Создание программного обеспечения для моделирования ситуаций с различным расположением и количеством маяков на поверхности Луны, а также оценки минимального количества времени наблюдений с борта орбитального аппарата, необходимого для построения селеноцентрической системы координат при различных конфигурациях поверхностного расположения маяков; 10. Создание комплексной цифровой модели навигационного селенографического обеспечения окололунной спутниковой системы ЛНСС с возможностью использования СЛМ, бортовых оптических средств ОИЛС и имитационной модели навигационного селенографического обеспечения. Решение навигационных задач в предлагаемом проекте основано на инновационном подходе в практической астрометрии, в котором позиционируемый и референтный объекты индицируются световыми лазерными маяками, а измерительная аппаратура может быть удалена от них на сотни километров. Этим исключается необходимость в размещении измерительной техники в каждом позиционируемом месте. При таком подходе все измерения проводятся одним прибором, что позволяет исключить систематические инструментальные ошибки. Для осуществления такой системы будут разработаны и практически реализованы имитационные модели, которые можно будет использовать при выполнении двух подходов. Первый подход предполагает наличие спутниковой группировки непосредственно в окололунном пространстве, расстановку маяков - спутников в пространстве между Землей и Луной в точках Лагранжа и использование слабого ГНСС сигнала для навигации на лунной и окололунной поверхности. В качестве второго подхода предполагается создание навигационной системы, основанной на астрономических наблюдениях (оптические звезды или рентгеновские пульсары). Разработка этих вопросов находится в начальном состоянии, как в России, так и за рубежом. Результаты, полученные в Проекте, станут основой для создания прорывной технологии высокоточной навигации космических аппаратов на Луне и в окололунном пространстве, которая необходима для осуществления лунных миссий.

Ожидаемые результаты
Научной группой в ходе реализации Проекта будут решены задачи, которые в рабочем Плане Проекта распределены последовательно в соответствии с этапами исследовательского процесса и в направлении нарастания уровня знаний и компетенций, в итоге будут получены следующие основные результаты: 1. Будет выполнен анализ возможности и эффективности создания высокоточной лунной навигационной спутниковой системы (ЛНСС) с использованием взаимосвязанной системы оптических и квантово-оптических средств (СЛМ – световых лазерных маяков) и бортовых оптических средств ОИЛС (орбитального искусственного лунного спутника). 2. Будет разработана методика высокоточных измерений видимых координат светового лазерного маяка (МИПСЛМ - методика измерений положений СЛМ), размещенного на поверхности Луны, относительно звезд в системе экваториальных координат. 3. Будет выполнено построение и анализ цифровых карт лунной поверхности на основе данных космической миссии “Kaguya” для их использования в МИПСЛМ. 4. Будет создан метод привязки снимков поверхности Луны к звездному полю с использованием СЛМ как реперов перехода между двумя снимками поверхности Луны и звездного поля. 5. Будет разработан метод по наблюдательному обеспечению лунной селеноцентрической системы (МКВНО – метод координатно-временного навигационного обеспечения) с использованием данных фотограмметрии лунной поверхности, налунных оптических и квантово-оптических средств, спутниковых бортовых оптических средств и высокоточной теории физической либрации Луны и выполнен анализ его применимости. 6. Будет создана селеноцентрическая динамическая опорная сеть лунных объектов видимой и обратной стороны Луны с целью использования ее в МКВНО. 7. Будет построена теория физической либрации Луны с необходимой точностью для использования ее в МКВНО. 8. Будет создан метод для проведения наблюдений лунного маяка с Земли. 9. Будет разработано программное обеспечение для моделирования ситуаций с различным расположением и количеством маяков на поверхности Луны, а также оценки минимального количества времени наблюдений с борта орбитального аппарата, необходимого для построения селеноцентрической системы координат при различных конфигурациях поверхностного расположения маяков. 10. Будет создана комплексная цифровая модель навигационного селенографического обеспечения окололунной спутниковой системы ЛНСС с возможностью использования СЛМ, бортовых оптических средств ОИЛС и имитационной модели навигационного селенографического обеспечения на основе расширенной и сгущённой опорной селеноцентрической сети, охватывающей видимую, краевую (включая полярные области) и обратную стороны Луны, с использованием топографических данных космических миссий “Apollo”, “Kaguya”, “LRO”, ”Chandrayaan”, “Clementine” и (в перспективе) “Луна-25”, цифровых спутниковых карт лунной поверхности и метода робастного оценивания разнородных наблюдений. В итоге, планируется обеспечить практическую точность позиционирования лучше 80 метров и, при определенных условиях использования лазерных световых маяков, достичь точности до нескольких метров. В процессе выполнения Проекта будет разработан и проведен полноценный теоретический анализ моделей селенодинамических процессов с учетом как внешних, так и внутренних воздействий на структуру Луны и её эволюцию. Преимущество комплексного подхода будет заключаться в том, что, с одной стороны, будет выполнено математическое обоснование разрабатываемых подходов и создание уточненной модели динамики Луны, а, с другой стороны, будут разработаны методы практического использования налунных квантово-оптических средств и технических средств их использования, включая наземные телескопы. Эта задача становится особенно актуальной, учитывая, что на посадочном модуле предстоящей миссии к Луне КА “Луна-26” планируется разместить лазерные маяки, а на орбитальном сегменте - средства для измерения направлений на маяк относительно звезд. Соответствие результатов Проекта мировому уровню исследований подтверждается следующим. Предполагается, что комплексный Проект позволит получить методы и параметры, которые будут превышать результаты, полученные в мировой практике навигации космических аппаратов. Это обосновывается тем, что при выполнении Проекта точность координатно-временного обеспечения на Луне и в окололунном пространстве составит величину меньшую, чем 80 метров позиционирования, и, при определенных условиях, сможет даже достичь значений несколько метров, что на несколько порядков выше по сравнению с достигнутой точностью при проведении зарубежных лунных миссий. Применение такой высокоточной системы навигации в российских миссиях к Луне повысит надежность их осуществления и снизит стоимость вывода посадочных аппаратов в выбранные точки лунной поверхности, а, в перспективе - при осуществлении миссий ”Луна-26, -27 и -28” - будет повышена точность навигационных процедур. Возможность практического использования ожидаемых результатов Проекта в экономике и социальной сфере, в том числе, для создания новой или усовершенствования производимой продукции (работ и услуг), создания новых или усовершенствование применяемых технологий, подтверждается следующим. При реализации Проекта для решения поставленных задач будет разработано соответствующее программное обеспечение. Взаимосвязанные селенодинамические и селенографические исследования проекта создадут необходимый базис для научно-технического сопровождения полярных и навигационных радиомаяков, налунных лазерных уголковых отражателей и телескопов, активных бортовых лазеров и угломерных систем, а также навигационных квантово-оптических систем. Отдельные результаты проекта будут использованы при разработке дисциплин по выбору в подготовке студентов отделения астрономии и космической геодезии и научно-педагогического отделения Казанского федерального университета. Использование СЛМ при выполнении позиционных измерений исключает необходимость в размещении измерительной техники в каждом позиционируемом месте и позволяет с высокой точностью проводить все наблюдения одним прибором, что обеспечит высокую экономическую эффективность. Развитие же самой системы ГЛОНАСС имеет важное значение в социальной сфере, так как в настоящее время навигационные системы используются практически во всех социальных сегментах, а современное развитие методов ГНСС необходимо для работы в сложных условиях навигации (городская застройка, горы, каньоны, закрытые помещения, под землёй, под водой, большие расстояния от Земли, условия радиопомех, низкое качество исходной навигационно-временной информации).

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---