Космический пункт геофизической колокации

В. Ф. Фатеев, Д. С. Бобров, В. П. Лопатин, Р. А. Давлатов М. М. Мурзабеков

ФГУП «ВНИИФТРИ», пос. Менделеево, Моск. обл., Россия

Результаты космических измерений гравитационного поля Земли (ГПЗ) находят широкое применение. Сферами их использования являются:

перспективные автономные навигационные системы по геофизическим полям Земли;
фундаментальные исследования по уточнению модели ГПЗ и изучению внутреннего строения Земли;
прикладные геофизические исследования для обеспечения безопасности (вулканология, сейсмология), а также в интересах геологии и разведки полезных ископаемых.

Для решения задачи навигации по геофизическим полям необходимо создание навигационно-гравиметрических карт с погрешностью менее 1 мГал и навигационно-магнитометрических карт с погрешностью менее 1 нТл. Пространственное разрешение создаваемых карт должно быть менее километра. Современные глобальные модели ГПЗ и МПЗ предъявляемым требованиям не удовлетворяют.

В этой связи предлагается космический измерительный пункт геофизической колокации, который способен повысить точность и пространственное разрешение навигационных гравиметрических и магнитометрических карт на глобально удаленных территориях и акваториях.

Предварительный состав предлагаемого пункта геофизической колокации включает:

бортовой измеритель разности гравитационных потенциалов «Земля-борт», реализованный на высокостабильных стандартах частоты и времени (СЧВ) с нестабильностью 10^-16–10^-17;
радиогравиметр на НАП ГНСС, ориентированный в «зенит», измеряющий первый градиент потенциала — ускорение свободного падения (УСП) КА;
лазерный трехосевой бортовой градиентометр и микроакселерометр на свободных массах;
лазерный измеритель типа «спутник-спутник», испытанный в проекте GRACE, для измерения второго градиента потенциала ГПЗ;
второй измеритель «спутник-спутник», который вместе с предыдущим позволяет определять третий градиент потенциала ГПЗ;
радиоизмеритель УОЛ на основе четырех дополнительных НАП ГНСС, ориентированных «в горизонт»;
радиоизмеритель профиля высоты океана и характеристик его поверхности на основе бистатической РЛС (БРЛС), использующей сигналы ГНСС, ориентированной «в надир»;
магнитометр и магнитный градиентометр.

В состав оборудования КА может быть включен классический радиоальтиметр. Кроме того, в состав должно входить необходимое вспомогательное оборудование.

Для обоснования работоспособности предлагаемых новых гравитационных измерителей проведен ряд наземных и наземно-космический экспериментов, в том числе:

два эксперимента по измерению УСП КА по их сигналам, оценка погрешности составила несколько мГал;
натурные эксперименты по оценке возможностей БРЛС на сигналах ГНСС, в том числе в безэховой камере;
ряд экспериментов по обоснованию способов измерения разности гравитационных потенциалов с помощью высокостабильных СЧВ (квантовые нивелиры);

Кроме того, изготовлен и испытан стенд для определения характеристик лазерных градиентометров и микроакселерометров на полусвободных массах. В первых экспериментах получена погрешность единицы Этвеш.

Рассмотренное предложение по созданию космического пункта гравиметрической и магнитометрической колокации может быть использовано при создании высокоточных геофизических карт для геофизической навигации, а также при разведке полезных ископаемых на шельфе Северного Ледовитого океана.

Кроме того, этот комплекс может стать элементом проектируемой космической геодезической системы «ГЕО-ИК-3».