Frissített szimuláció a pályamagasságról

Az előrejelzési eljárás

Előrejelzésünket az AGI STK 10.1.0 szoftverrel és az általa elért műholdpálya- és űridőjárás-adatbázisok felhasználásával készítettük. A szimulációs jelenet (scenario) felépítése a következő lépésekből állt:

1. Előállítottuk a Masat-1 észlelt pályáját a műholdpálya adatbázisokból elérhető TLE-k alapján az SGP-4 algoritmussal a 2014. július 1. és 2014. október 31. közötti időszakra.
2. Lemásoltuk a műhold észlelt pozíció- és sebességadatait az észlelési időszak kezdetének időpontjában.
3. Az észlelési időszak kezdeti időpontjából a fenti kezdeti pozíció- és sebességadatokkal egy újabb műholdat indítottunk, amelyet a HPOP fizikai modell, az NRLMSISE 2000 légkörmodell és az észlelt űridőjárás-adatok adatbázisának segítségével szimuláltunk.
4. Ábrázoltuk a két műhold földközeli- és földtávoli pontjának alakulását az észlelési idő-szakban. A mért és a szimulált adatokat az észlelési időszakban fedésbe hoztuk a szimulált műhold ellenállás-tényezőjének hangolásával. Ennek során az észlelési időszak végén mért és szimulált földtávoli pontok magasságának egyezésére törekedtünk.
5. Extrapoláltunk az észlelt műholdpályát az utolsó elérhető TLE alapján 2014. október 31. és 2015. február 1. között.
6. Végül az észlelési időszakra illesztett fizikai szimulációt tovább futtatva előrejelzést végeztünk a műhold várható pályájának alakulására az előre jelzett űridőjárás-adatok fel-használásával.

Az előrejelzés eredménye 2014. 10. 31-én

Az 1. ábrán látható az észlelt, ill. előre jelzett földközeli és földtávoli pontok alakulása. A fekete és zöld vonalak a TLE-k alapján, míg a cián és ciklámen vonalak a fizikai szimuláció alapján készültek. A vonalak vastagsága az ábrázolt adatok rövid periódusidejű, egy keringésen belüli ingadozásából adódik.

A TLE-k alapján ábrázolt adatsorok az észlelési időszakban a félnaponta frissülő TLE-k alapján készültek, ezért lényegében észlelési adatok, így megbízhatónak tekinthetők. Az előrejelzés időszakában viszont a TLE-k alapján ábrázolt adatok néhány napon túl már nem tekinthetők megbízhatónak. Ennek oka, hogy a TLE-k feldolgozásához való SGP-4 algoritmus csupán nagyon egyszerű „légkörmodellt” tartalmaz, amely inkább az észlelési adatokra való hatékony illesztést, mint a fizikailag reális modellezést szolgálja, előrejelzésre csak korlátozott időtartamig használható. Az a tény, hogy az észlelési időszakban a TLE-k félnaponta frissültek, jelzi, hogy a műhold észlelt pályájában olyan – elsősorban a légkör fékező hatásának tulajdonítható – változások történtek, amelyeket a TLE-k és az SGP-4 fél napnál hosszabb távon nem voltak képesek visszaadni. Ezért az utolsó félnapra vonatkozó TLE felhasználásával kb. három hónapra előrevetített előrejelzés fizikailag irreális adatokat szolgáltat, a visszatérés tényleges időpontjának megbízható előrejelzésére nem használható.

A HPOP szimuláció egy fizikai modellen alapul, amely a műhold pályáját a rá ható erők időbeli integrálásával számítja ki. A HPOP egy részletes gravitációs modellt, valamint az elérhető legfrissebb, NRLMSISE légkörmodellt és a napi frissítésű észlelt űridőjárás-adatokat használja fel. A légkörmodell az észlelt űridőjárás erőssége, valamint az évszak, napszak, földrajzi hely, és magasság függvényében szolgáltatja a légkör sűrűségét, mely elsődleges hatású a pályamagasság alakulására. A modell ezért képes a műhold ellenállás-tényezőjének behangolása után „hozzányúlás nélkül” a 4 hónapos észlelési időszakon keresztül reprodukálni az észlelési adatokat.

Előrejelzéskor a szimulációt tovább futtattuk a behangolt légellenállás-tényezővel, amely azonban éppen a hátralévő, 300 km-es magasság alatt eltöltött szakaszban jelentősen változhat. Ennek oka a megnövekedő légerők miatt a műhold forgásában bekövetkező változás, valamint a légkör kémiai összetételének változása. Ezen kívül a légkör előre jelzett sűrűségében és az űridőjárási adatok előrejelzésében is van bizonytalanság. Mindezek miatt ökölszabályként elmondható, hogy a hátralévő élettartamban mindig +/- 15%-os bizonytalanság van, függetlenül a hátralévő élettartam mértékétől. az ez alapján számított értékeket az 1. táblázat tartalmazza.

Az előrejelzés dátuma:	2014.10.31
A visszatérés várható dátuma:	2015.01.19
A várható élettartam +15%:	2015.01.31
A várható élettartam -15%:	2015.01.07

A bizonytalanság nagysága jelentős többletmunkával kismértékben leszorítható akkor, ha figyeljük és feldolgozzuk a velünk együtt felbocsátott műholdak, köztük elsősorban az 1U-os CubeSat-ok pályáját, melyből a jellemző felszíni borítottságú CubeSat ellenállástényező-változását tudjuk előre jelezni a magasság csökkenésével. A bizonytalanság azonban nagyságrendileg nem csökkenthető, mert azt az általunk elérhető légkörmodell, és az űridőjárás-adatok előrejelzésében lévő bizonytalanságok korlátozzák.

a Masat-1-el egyszerre felbocsátott műholdak listája

Várhegyi Zsolt