(Het waarnemen van) Kunstmanen. Bram Dorreman

Transcriptie

1 (Het waarnemen van) Kunstmanen Bram Dorreman COSPAR

2 Wat is COSPAR COmmittee On SPAce Research Een VN-organisatie die alle wetenschappelijk ruimteonderzoek bundelt 26 april

3 COSPAR werkgroep Optical Tracking Hield zich bezig met het visueel waarnemen van kunstmanen Waarnemers met exacte locatie stationsnaam en -nummer Voor spreker is dat 4160 (Achel 1) (vanaf juli 1976) Voorheen 4134 (Roosendaal 1) ( ) en 4159 (Achel 2) ( ) 1-03

4 Het woord Kunstmaan Kunstmaan = kunstmatige maan Term van prof. Marcel Minnaert ( ) Satelliet = planeetbegeleider (erom bewegend) kunstmaan ook een satelliet (maar kunstmatige) Waarnemers gebruiken vaak het woord object Deze woorden worden door elkaar gebruikt

5 Baankeuze De baankeuze is functie van de opdracht van de kunstmaan: Wat dient waargenomen te worden? Hoogte boven de aarde of omloopstijd ((q, Q), P) Baanhelling (meestal inclinatie genoemd) (i) Excentriciteit ( e, (q, Q) En bepaalt mede de plaats van lancering, anders genoemd de lanceerbasis 1-17

6 Lanceerbases 1-18

7 Bekendste lanceerbases 1. Vandenbergh California (NASA, USAF) 3. Cape Canaveral Florida (NASA, USAF) 4. Kuru Frans Guyana (ESA) 8. Plesetsk Rusland 10. Baikonur Kazachstan 11. Sriharikota India 12. Jiuquan China 13. Tanegashima - Japan 1-19

8 Kunstmaanvoortstuwing Even opmerken: Kunstmanen hebben geen eigen voortstuwing Zij vallen aanhoudend langs de aarde, zoals de echte maan dat al miljarden jaren doet De zwaartekracht is de veroorzaker Raketjes aan boord zijn doorgaans voor standregeling of correcties van de baan. 1-14

9 Satellietbaan is altijd een Ellips 1-12

10 Baanverstoringen Belangrijkste door afplatting Aarde Baanvlak kantelt in de ruimte Baan (lange as) draait in het baanvlak Vooral bij lage banen Luchtdichtheid neemt merkbaar toe Zon, Maan en planeten (heel gering)

11 E: evenaarvlak P: baanvlak i: inclinatie Klimmende knoop Dalende knoop W = stand baanvlak in de ruimte verandert met de tijd P W rechte klimming van de klimmende knoop E W i DW = (9.97/(1-e 2 ) 2 )(R/a) 7/2 cos i 26 april 2018 Lentepunt

12 w = argument van het perigeumverandert met de tijd Dw = (4.98/(1-e 2 ) 2 )(R/a) 7/2 (5cos 2 i 1)

13 Baanhelling Bemande ruimtevaart: Baanhelling wordt vooral bepaald door de lanceerbasis: Amerikaanse vluchten: > 28, lancering vanaf Kennedy Space Center (Cape Canaveral) USSR & GOS-vluchten: >49, lanceringen vanaf Baykonur 1-20

14 Enkele voorbeelden van banen Bemande ruimtevaart in LEO Geostationaire baan GSO Molniya baan NOSS baan Zonsynchrone baan

15 Bemande ruimtevaart Niet hoger dan ca. 500 km in verband met de gevaarlijke Van Allen Stralingsgordels Gevolg: Mir was en ISS is op 51.5 tussen 350 en 400 km Wij zijn hier op 51.2 Noord Lanceerbases: Baykonur & Kennedy Space Center 1-21

16 Geostationaire baan Omloopstijd is 1 sterrendag, dit is 23h 56m 04s km boven het aardoppervlak inclinatie is 0 boven de evenaar Satelliet hangt schijnbaar stil t.o.v. waarnemer ~1/3 van Aardopp. te zien 1-22

17 Geosats Vooral Communicatie Astra, Hot Bird, Hispasat... en vele andere Spionage *Mentor, *MUOS, *WGS * In geval van spionage zijn geen baangegevens beschikbaar Maar er zijn ook nog amateur-waarnemers

18 GSO comsats (per )

19 Molniyabaan Molniyabaan periode is ca. 1/2 sterrendag inclinatie is ca : w = 0 : verste punt blijft op zelfde geografische breedte. toepassing: communicatie (Molniya) bewaking (Oko,?, SDS) 1-25

20 Molniyalus 1-26

21 Zonsynchrone baan Zonnesynchrone banen: W = de gemiddelde verdraaiing van de aarde om de zon plaatselijke doorgangstijd van het baanvlak is steeds hetzelfde Consequentie: inclinatie > 96 Vanuit een kunstmaan zie je in één dag zowat alle plaatsen op aarde bij dezelfde zonnestand Wordt heel veel gebruikt 1-27

22 Zonsynchrone toepassingen Weersatellieten: NOAA (USA civiel) DMSP (USA militair) Meteor (GOS) Metop-A (ESA) Milieusatellieten: Terra (USA) ADEOS (Japan) Envisat (ESA) Aqua (USA) Aura (USA) 1-28

23 Bewaking vanuit zonsynchrone baan *Keyhole (USA) *Helios (Fr) *IGS (Japan) *SAR Lupe (De) Skymed (It) Milieusatellieten * In geval van spionage zijn geen baangegevens beschikbaar Maar er zijn ook nog amateurwaarnemers 1-29

24 Andere toepassingen Communicatie: 1960 s Passief: Echo 1, Echo 2 Actief: Courier, Telstar Tegenwoordig: Iridium, Globalstar, Orbcomm Astra (reeds genoemd) 1-30

25 GPS: Global Positioning System Van oorsprong militair systeem uit VS Navstar (VS) Glonass (GOS) Beidou (China) Galileo (EU) (bijna compleet) IRNSS (India) QZSS (Japan) 1-31

26 Doorlaatbaarheid van dampkring voor straling 1-32

27 Astronomie infra rood (IRAS, ISO, Spitzer) zichtbaar licht (HST) ultra violet röntgen (X) (ANS) (Chandra, Newton) gamma (Beppo-Sax)) 1-33

28 Inventarisatie Behalve de nuttige last wordt per lancering meestal ook nog kunstmaan: De bovenste rakettrap Lenskappen, adapters Fragmentatiebrokstukken bij explosies, kapotschieten of botsingen nadien 1-38

29 Aantal kunstmanen Botsing Kosmos 2251 & Iridium fragmenten FY 1C beschoten 3443 fragmenten 1-40

30 Baangegevens Van waar komen de baangegevens? De hoofdbron (DOD Joint Space operations Center (JSpOC) meestal SpaceTrack genoemd Distributie via Internet (vroeger via luchtpost) zelf op te halen na registratie met vermelding van aanwending Ze worden TLEs genoemd: Two Line Elements 1-34

31 Wat is een TLE: Two Line Elements model voor een specifiek tijdstip (epoche, T 0 ): waarin baanstand, vorm & -grootte Baanvlakhelling (inclinatie i ) Plaats van klimmende knoop (t.o.v. lentepunt) (W) Excentriciteit (e) Plaats van het perigeum (w) Baangrootte (N: aantal omlopen per dag) Verandering van baangrootte N1 (of N-dot)

32 TLE s Een bekend object 0 ISS (ZARYA) N U 98067A Een classified object i T 0 W e OTV 5 T 0 N U 17052A i W e w N w N 1-35

33 Vroege waarnemingen (pre-pc-tijdperk) Voorspellinglevering door Utrechtse sterrenwacht (Universiteit van Utrecht) Indien niet beschikbaar TH Delft (heet nu TU/d) Indien niet beschikbaar over naar precomputer tijdperk: sjablonen en tabellen.

34 En als de computer het niet deed 5 kunstmanen, elk 3 punten voorspeld, OEF Is het toch pvd bewolkt geworden

35 Vanaf ca Eigen (mainframe) computerprogramma In Fortran 1982 In PL/I 1988 Programma SAT van Patrick Wils draaiende op PC s onder DOS In Turbo Pascal 2015 Werkt niet meer op W10, gebruik nu Guide 9

36 Zichtbaarheid kunstmanen Ca. 360 kunstmanen zijn met het blote oog te zien: Op het juiste moment in de juiste richting kijken (als het helder genoeg is) Met prismakijker (7 x 50) >2000 (schatting) Met telescoop nog meer, maar kijkerveld wordt steeds kleiner 1-49

37 Basis benodigdheden In mijn waarnemingstas Verrekijker Nauwkeurige klok Stophorloges Op laptop Los Voorspellingen (was vroeger op papier) Sterrenkaarten 1-50

38 Kunstmaanwaarnemer Vaak met Verrekijkers: Hier 7 x 50. Voor oudere mensen: 10 x 50 geschikter 1-53

39 Voor hoge/zwakke objecten: Lichtsterke kijkers. Hier 25 x 100 bino

40 Guide 9 maakt overbodig: Sterrenkaarten, tabellen lezen in het schemerdonker. Accurater, sneller in te stellen, object in tijd te volgen; passanten te identificeren Kijkerveldaanduiding Magnitude- en schaduwaanduiding Optioneel: satid

41 Baangegevens Zijn beschikbaar bij Space Track Na registratie: twee genummerde lijnen per object, vandaar de naam TLE: two line elements Optioneel lijn 0 met naam

42 Internationale satellietaanduiding Ook wel genoemd COSPAR-nummer Formaat: yyyy-nnnc[c][c] met yyyy: nnn: ccc: jaar van lancering volgnummer lancering in dat jaar component code, 1 tot 3 letters: A: doorgaans de payload B: doorgaans de bovenste trap van de lanceerraket In TLE s afgekort tot yynnnc Voorbeeld: ISS is A, in TLE 98067A

43 Standaard TLE Naam A ISS (ZARYA) U 98067A i W e w M N Waarin: T0 Epoch datum: 2018, dag 113 en dagdeel N Verandering van N in omlopen per dag per dag i inclinatie in graden (hoek baanvlak evenaarvlak) W rechte klimming van de klimmende knoop (in graden) e excentriciteit (decimale punt moet ervoor geplaatst worden) w argument van het perigeum (in graden) M middelbare anomalie (in graden) N aantal (anomalistische) omlopen per dag T 0 N 1-35

44 Aanpassing TLE s in lijn 0 Bekend object 98067A v ISS (ZARYA) U 98067A i W e w N Classified object (TLE bepaald door amateurs) 17052A 4.0 g OTV T U 17052A i W e w N 1-35

45 Dagelijkse TLE-updates Download van SpaceTrack: Zyymdd.TLE: alle objecten met nieuwe TLE in de laatste 30dagen Download van website Mike McCants: CyyMdd.TLE: classified objecten al dan niet met updates Download van website Mike McCants: JyyMdd.TLE: classified objecten in hoge banen herberekend voor 12h vandaag

46 Update proces Z~.TLE Vorige A~.TLE Update TLE C~.TLE Excel-VBAmacro UpdTLEMaster Nieuwe A~.TLE J~.TLE

47 Selectie van objecten met standaard magnitude Nieuwe A~.TLE Excel-VBAmacro FilterPTLEs P~.TLE Excel-VBAmacro P~G.TLE Alleen TLEs met smag gaan door TLEs naar BD-formaat

48 Guide 9 voorspelt Sat, PW-programma werkt niet meer Guide 9 is mijn redding met P~G.TLE als invoer functie tabellen > list satellite passes * Betekent alle satellieten Vanaf tijd ingesteld in Guide 9 Bewaar resulterende tabel als Q~.txt

49

50 ISS nu 1-37

51 COLA Het wordt te druk daar boven ISS & Shuttles voeren soms een COLA uit: COLA = Collision Avoidance Maken we een veilig verlaten van de aarde onmogelijk? 1-42

52 Spionagesatellieten Geen officiële baangegevens We maken ze zelf m.b.v. van eigen waarnemingen Indien lange tijd niet gezien: Plane Scan: Het in de gaten houden van een te berekenen hemelgebied waarin een verloren satelliet zou moeten komen gedurende een zeker tijdsinterval Diverse kunstmanen teruggevonden na maanden (soms zelfs jaren) niet waargenomen te zijn.

53 Bij lancering geheime missie Zoveel mogelijk info verzamelen (giswerk) NOTAM uitleg op volgende slide Wat staat er gereed om gelanceerd te worden: Soort raket, met eventueel hulpraketten afmetingen neuskegel Gegevens vergelijken met soortgelijke lancering (tijdstip, verwachte inclinatie)

54 NOTAM Notice to airmen, betrokken op lanceringen: Is waarschuwing in codevorm aan Piloten, schippers, strandpersoneel Van aanstaande lancering: Richting van de lancering Vroegste en laatste tijd van de lancering (lanceervenster) Zo snel mogelijk aan waarnemers doorgeven Soms al waarnemingen in de eerste omloop

55 Wat doet geosat PAN ( A)?

56 Voorbereiding & waarrneming Nieuwste TLE s ophalen en verwerken Voorspellen: enkele minuten op een PC Selecteren: 1 minuut tot twee uren Omgeving klaarmaken: 10 minuten Waarnemen: max. 10 uren rond eind april of half augustus max. 2 uren in de winteravond of -morgen 1-55

57 Soorten waarnemingen Positiewaarnemingen vroeger standaard nu voornamelijk classified objects Flits -waarnemingen PPAS Iridiumschitteringen (curiositeit) binnenkort verleden tijd Helderheidsschattingen (momenteel bij mij actueel) Geostationaire kunstmanen (2 periodes in het jaar) 1-56

58 Vroeger alleen positiewaarnemingen Royal Greenwich Obs, Royal Observatory of Edinburgh, Appleton Lab (VK) In internationale projecten: Interobs (met USSR) Eurobs (met W-Europa) Smithsonian Astrophysical Observatory NASA 1-59

59 Professionelen van vroeger Baker-Nunn camera 1-60

60 Hewitt Camera in Earlyburn (Schotland) 1-61

61 Tegenwoordig Vele baangegevens worden vrijwel automatisch verkregen via Radarstations wereldwijd Speciale uitgeruste camera s 1-62

62 Classified objects by amateurs (LEO) NOSS (6 duo s, vroeger trio s): 05004A & C, 07027A & C, 11014B & A, 12048A & Q, 15058A &?, 17011B & A Magn. 4 6, soms -1 (laag aan horizon t/o Zon) Inclinatie 63.4 baan gemiddeld op 1107 km hoogte Key Hole (3): 05042A (a), 11002A (c), 13043A (b) Inclinatie ca. 97 Zonsynchrone banen, in volgorde van overkomst: a, b, c Zomerobjecten, magn. soms -2 (laag aan horizon t/o Zon of azimut als van Zon?) Lacrosse (1) 05016A Inclinatie 56, magn. +1 tot +4 FIA Radar (5) 10046A, 12014A, 13072A, 16010A, 18005A Inclinatie: 123 behalve 18005A 106 ; magn (beweegt oost-west) 1-63

63 Iridium principe 11 satellieten per baanvlak, 6 baanvlakken (=66) Omloopstijd: 100,467 min, per baanvlak om de 9,13 min één in culminatie op 778 km hoogte Grond Iridium & Iridium Iridiumcommunicatie 1-83

64 Oorzaak van Iridiumschittering 1-84

65 Iridiumschitteringen Magnitudes tot -8.5 (schaduw) (aanleiding tot UFO meldingen) Zelfs overdag te zien (primeur op 16 oktober 1997 vanuit Achel) Helderheid erg afhankelijk van waarnemingsplaats 1-85

66 Iridium 1 de generatie wordt vervangen Binnenkort een feit Nieuwe hebben geen MMA s Oude worden gecontroleerd in dampkring gestuurd en verbranden Binnenkort geen schitteringen meer

67 Geostationaire kunstmanen Normaal telescopische objecten Rond 1 maart en 12 oktober kans op enorme opheldering tot blote oog object Kunstster, curiositeit 1-89

68 Geostationaire kunstmanen Enkele voorbeelden Astra s DSP (class.obj) = USA

69 ISIS (Ionosfeer studies) 1-91

70 Ajisai (Hortensia) Een bol van 2.15 m doorsnede voorzien van spiegeltjes en laserreflectoren Op 1600 km hoogte Korte flitsjes tot magn

71 UFO s (?) In juni 1996: Mir en losgeschopte stukken isolatiedeken: trein van kunstmanen TiPS een kabeltje van 4 km lang, 3 mm dik met aan beide zijden een kleine eindmassa, samen 53 kg Na waarnemingsuren nog steeds geen onverklaarbaar hemelverschijnsel gezien 1-93

72 Internationale Samenwerking Met waarnemers over de gehele wereld via SeeSat ( , VSOHP); moderator Ted Molczan (Ca) Mike McCants (Texas): PPAS huisvesting Björn Gimle (S): flitsperiode analyse 1-94

73 1-95

74 1-96

75 Semiautomatische waarnemingen: Sattools Voor amateurs goed mogelijk Videocamera gekoppeld aan PC: Richten (handmatig of software) Software (= Sattools) voert uit: Beelden naar PC Vergelijken met voorspellingen Genereren van observatierecords Waarnemer beoordeelt uitschieters 26 april 2016

76 De Watec camera en zijn behuizing

77 Een waarnemingsstation met Sattools Videocamera op vaste locatie camerabeeld gemiddelde pixelwaarde Standaard deviatie pixelwaarden Hoogste waarde van elke pixel + framenummer

78 Waarnemingsresultaten R 4171 G S R 4171 G S R 4171 G S catnr satid site UT-date UT-time RA dec yyyymmddhhmmssttt hhmmsstddmmss C 4172 G S C 4172 G S C 4172 G S

79 Sattools De nieuwe manier van waarnemen van kunstmanen door amateurs? De computer doet het meeste werk Waarnemer kan ondertussen bijv. slapen Groot aantal positiebepalingen per obs-sessie Grotere kans op terugvinden verloren sats