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 využívá vědecká kamera KL4040, která má stejné rozlišení a zobrazovací plochu jako populární CCD KAF-16803. Kamera KL4040 disponuje třetinovým hlukem a o 40% vyšší účinností oproti zmíněné KAF-16803. Chlazená kamera poskytuje ultra vysokou citlivost snímání, nízký šum a možnost velmi rychlého snímání. Kamera KL4040 je vybavena senzorem GPixel GSense4040 a čipem typu "Front Illuminated CMOS". K dispozici má 4096 x 4096 aktivních pixelů s velikostí 9 x 9 μm. Zobrazovaná oblast činí 36,8 x 36,8 mm, celkový frame rate činí 23 fps (QSFP V2).

FLI camera

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.

Pozorovací kampaň probíhala od března do května 2021.

 P3-SST-XXII Polish SST Small Telescope Assessment and Prototyped Operations

 V roce 2020 jsme se připojili ve spolupráci s českou firmou Iguassu k síti malých polských dalekohledů, testovací pozorovací kampaň proběhla v listopadu a prosinci 2020. Druhá pozorovací kampaň proběhla v listopadu a prosinci 2021.

P3-SST-XIX SST Sensor Data Acquisition for Endurance Tests and Validation – Phase 2

Nový projekt zahájený v roce 2020, kterým ESA ověřuje funkčnost a výkonnost svých systémů a zapojuje observatoře do testovacích kampaní. Jsme zapojeni jako jedna z observatoří, které pozorují satelity zejména na geostacionární dráze. Projekt je veden Astronomickým ústavem při švýcarské Univerzitě v Bernu. Kalibrační kampaň proběhla v lednu a únoru, pozorovací kampaň proběhla v říjnu 2021.

S2P S1-SC-09 - Support of the Development of Sensors, Joint Test and Operation of a European Optical Network

Projekt, který řeší slovenská firma Astros Solutions s.r.o. Tímto projektem se zapojuje do ESA Slovensko, které zatím není členem ESA. Projekt navazuje na výše zmíněný projekt P3-SST-III Robotic Telescope Demonstration. V listopadu a prosinci proběhla kalibrace našeho senzoru pro tento projekt, který bude pokračovat v roce 2022.

EU SST

Od roku 2020 se aktivně zapojujeme do nového programu Evropské unie pod názvem EU SST (https://www.eusst.eu/), který je opět věnován sledování umělých objektů a odpadu v okolí Země. Přitom úzce spolupracujeme s Odborem inteligentních dopravních systémů, kosmických aktivit a VaVI Ministerstva dopravy ČR. Evropská unie má zájem na bezpečném provozu svých družic a vytváří proto program, který má chránit její majetek a pomáhat bezpečnému využívání kosmického prostoru a zabezpečit tak i provoz důležitých systémů na Zemi. Česká republika má prostřednictvím Ministerstva dopravy ČR zájem o zapojení teplické hvězdárny do konsorcia EU SST. Plánovaný začátek naší smluvní spolupráce je začátkem roku 2023.