Pozorování umělých družic a kosmického smetí

Od padesátých let minulého století vyslalo lidstvo do vesmíru tisíce družic. Ty však po skončení své životnosti zůstávají na oběžné dráze a stávají se tak kosmickým smetím. A nejedná se pouze o vysloužilé družice, ale i o jejich nosné rakety, úlomky a kusy vybavení. Množství objektů kosmického smetí větších než 1 cm se odhaduje kolem 750 000. Všechny tyto objekty jsou rizikem pro aktivní satelity. 

Evropská vesmírná agentura (ESA) právě kvůli pozorování kosmického smetí spustila projekt SST (Space Surveillance and Tracking - Dohled a sledování kosmického prostoru). V tomto projektu dochází ke sběru dat od pozemských pozorovatelů, a to jak optických, tak i radiových a laserů, a jejich následnému zpracovávání a výpočtu drah.

Technické vybavení

Pozorováni provádíme dalekohledem Planewave CDK17, který je umístěn v jihovýchodní kopuli. Dalekohled má při světelnosti f/6,8 ohniskovou vzdálenost 2939 mm, kterou zpravidla zkracujeme reduktorem ohniska 0,66× na 1980 mm a dosahujeme tak světelnosti f/4,6. Na dalekohledu je umístěn fokuser, který nám umožňuje ostřit vzdáleně pomocí počítače.

dalekohled

Dalekohled je umístěn na paralaktické montáži 10micron GM3000 HPS posazené na pilíř vyrobený firmou Baader Planetarium. Montáž umí pojíždět v obou osách zároveň, což je velmi výhodné pro sledování družic, jelikož jsme schopni otáčet dalekohled synchronizovaně s družicí. 

Jihovýchodní kopule je navíc vybavena zařízením MaxDome, které umožňuje řídit její otáčení pomocí počítače. 

Ke snímání se používá CCD kamera. V současnosti disponujeme dvěma kamery od společnosti Apogee, a to CG230 a CG9000. Apogee Aspen CG230 je typu „back-illuminated“, což zaručuje nejvyšší možnou citlivost na dopadající světlo. Velikost CCD senzoru složeného z matice 2048×2048 pixelů při velikosti jednoho pixelu 15 mikrometrů činí 30,72 × 30,72 mm. Zorné pole CCD kamery v našem velkém 43 cm dalekohledu Planewave CDK17 je tak 35ˊ×35ˊ, tedy asi 0,35 čtverečního stupně a je srovnatelné s velikostí Měsíce. Apogee Aspen CG9000 je sice vybavena čipem typu „front-illuminated“, který je o trochu méně citlivý než čipy typu „back-illuminated“, má ale větší rozměr CCD senzoru 36,7 × 36,7 mm (jedná se o matici matice 3056×3056 pixelů při velikosti jednoho pixelu 12 mikrometrů), a proto zcela využívá zorné pole našeho 43 cm dalekohledu. Při použití reduktoru ohniska 0,66× má pak zorné pole velikost 64ˊ×64ˊ, tj. asi 1,13 čtverečního stupně, což je nezbytné pro úspěšné sledování a vyhledávání rychle se pohybujících satelitů a kosmického odpadu.

kamera Apogee Aspenkamera Apogee Aspen

Řídící počítač je schopen synchronizovat pohyb dalekohledu a kopule tak, aby štěrbina a dalekohled mířily vždy stejným směrem. Dále je schopen ovládat montáž tak, aby se pohybovala s družicí a snímky v sekvenci se překryly. Snímky mají vysoké nároky na přesnost: 3,6 obloukové vteřiny a 1 milisekunda. S časovou přesností nám pomáhá místní NTP server.

Objekty jsou rozděleny do několika kategorií podle oběžné dráhy. Jedná se především o objekty na nízké dráze kolem Země (Low Earth Orbit, LEO), objekty na středních drahách (Medium Earth Orbit, MEO) a geostacionární družice (geostationary Earth orbit, GEO).  Objekty typů MEO a GEO se pohybují pomaleji, takže je možné v zorném poli naší CCD kamery o šířce přes 1 stupeň zachytit jeden objekt opakovaně alespoň pětkrát, a přitom tento objekt sledovat tak, že je stále bodový. K tomu se pořizuje navíc jeden „statický“ referenční snímek hvězdného pole. Takováto měření můžeme zpracovat automaticky programem ASAP (Asteroid and Satellite Automatic Processor), který nám v rámci spolupráce na projektu dodala česká firma Iguassu Software Systems.

snímek družicesnímek družice

Objekty typu LEO jsou velmi rychlé a nelze je pozorovat jinak než jako úsečky, protože i během krátké expozice se stihnou přesunout přes mnoho bodů matice naší CCD kamery. Pro měření těchto objektů jsme připravili počítačový program, pomocí kterého pozorovatel jednotlivě proměřuje snímky, na kterých jsou detekovány satelity typu LEO. Po změření přesných poloh satelitů na obloze (rovníkových souřadnic, tj. rektascenze a deklinace) je potřeba několik měření jednoho objektu v určitém kratším časovém úseku spojit do jednoho souboru a vytvořit tzv. tracklet. Tyto tracklety tvoří samostatné soubory v domluveném standardním formátu (TDM) a tvoří tak jednotlivé konkrétní výsledky našeho úsilí. Napozorování a následné zpracování jednoho trackletu zabere průměrně zhruba 10 až 20 minut času jednoho pracovníka.

snímek družicesnímek družice

 

 

 

Výsledky

SSA P2-SST-X Support Observations and Sensor Qualification

Tohoto projektu jsme se v letech 2015 - 2017 účastnili jako subdodavetelé pro italské konsorcium eGeos. Naším cílem byla kvalifikace našeho dalekohledu, která umožňuje další účast v projektech.
V roce 2016 jsme naměřili 718 pozic objektů LEO (nízká oběžná dráha) a 11 588 pozic objektů MEO a GEO (střední a geostacionární oběžná dráha).
V roce 2017 jsme pak pokračovali a získali 318 pozic LEO a  3 173 pozic MEO a GEO.
Analýzou naměřených dat se zjistilo, že průměrné nepřesnosti našich měření družic na vyšších drahách (MEO a GEO) jsou kolem 1 obloukové vteřiny, což je dostatečné pro potřeby ESA. Průměrné nepřesnosti našich měření družic na nízkých drahách (LEO) jsou kolem 5 obloukových vteřin, což je opět dostatečné pro potřeby ESA. Na základě těchto dat  ESA kvalifikovala náš dalekohled SHOT jako vhodný pro pozorování umělých družic a kosmického odpadu.


SSA P3-SST-III Robotic Telescopes Demonstration

V roce 2018 jsme se připojili jako subdodavatelé k tomuto kontraktu ESA, který získala česká firma Iguassu, se kterou jsme zahájili spolupráci v rámci předchozího kontraktu. Hlavním cílem této aktivity bylo zprovoznění dvou robotických dalekohledů TBT (Test-Bed Telescope), které vlastní organizace ESA, a jejich zapojení do sítě dalších robotických dalekohledů. Našim úkolem bylo co nejvíce automatizovat náš dalekohled SHOT a přispět společnými pozorováními v rámci této sítě v koordinovaných kampaních, které budou splňovat požadavky a cíle ESA. Kontrakt byl zahájen v květnu 2018.
Naše aktivity zahrnovaly zejména opětovné zprovoznění dalekohledu SHOT po rekonstrukci hvězdárny, ověření funkčnosti všech součástí našeho senzoru (montáž, dalekohled, CCD kamera, zaostřování, vyhřívání zrcadel, otáčení kopule, lokální NTP server, senzor oblačnosti a počasí), zvýšení přesnosti pozorování, vytvoření nového software pro automatizaci pozorování. Dále došlo k motorizaci ovládání otevírání štěrbiny kopule.