Результаты и перспективы космической гравиметрии: однопарные и мультипарные орбитальные группировки

Для изучения и картирования гравитационного поля Земли активно используются группировки космических аппаратов (КА). Ключевым научным оборудованием такой группировки является система микроволнового и/или оптического диапазона. Эта система позволяет с высокой точностью измерять вариации расстояния между КА, которые обусловлены изменениями гравитационного поля вдоль траектории полета спутников. Перспективное развитие космической гравиметрии связано с использованием мультипарных группировок (как правило, состоящих из двух пар), в которых пары движутся по орбитам с разными наклонениями. Основная задача такой конфигурации КА – обеспечить более равномерное покрытие на различных широтах и бóльшую изотропность измерений, что в конечном итоге обеспечит более высокую точность гравитационных моделей с более высоким пространственным и временным разрешением.

В работе рассмотрены принципы измерения основных целевых параметров в космической группировке (межспутникового расстояния и инерциальных возмущений). В рамках разработки проекта, аналогичного GRACE FO, с опорой на отечественные научно-технические возможности выполнено лабораторное макетирование лазерной интерферометрической системы транспондерного типа (совместно с ФИАН), а также разработан состав и облик КА космической группировки гравиметрической миссии (совместно с НПО им. Лавочкина.)

Реализовано решение обратной задачи (восстановление гравитационного поля Земли) по данным миссии GRACE FO. Выполнено сравнение мультипарных конфигураций с разными параметрами наклонной пары с точки зрения однородности и плотности покрытия поверхности Земли подспутниковыми трассами КА с целью нахождения оптимальных параметров орбит.

На основании проведенного анализа различных типов конфигураций и результатов решения обратной задачи по уточнению карты ГПЗ по модельным наблюдениям показано, что мультипарные группировки КА, состоящие из близполярной и наклонной пар, обладают значительным преимуществом перед однопарной группировкой. Преимущество обусловлено возможностью измерения вариаций амплитуд секториальных гармоник с помощью наклонной пары. Комбинирование близполярной пары, которая более чувствительна к зональным гармоникам и обеспечивает 100% покрытия поверхности Земли, и наклонной пары, которая более чувствительна к секториальной части гармоник, обеспечивает лучший захват спектра гармоник и меньший уровень ошибок восстановления ГПЗ.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 23-42-00055.