Using synthetic light curves of artificial satellite model to test the patterns method for determining the rotation axis orientation

In this paper we test a new method for determining the rotation axis direction in space for various resident space objects (RSOs). This method (Koshkin et al., 2024) is based on the structural analysis of the light curves of such RSOs and the search for similar fragments, called "photometric patterns", in observations obtained from one or several observatories simultaneously or over a short period of time. The method does not require prior knowledge of the RSO shape and does not impose strict requirements on the quality of observations, and this is its main advantage. First of all, this method is certainly applicable to rapidly rotating objects of complex shape with smooth surfaces. As a result, such RSOs are capable to reflect sunlight in a specular manner, when short-term brightness flares are present in the light curves forming a unique pattern. Identical patterns are observed when the angle between the phase angle bisector (PAB) and the rotation axis reaches the same values. However, the light curves of many RSOs have a significant diffuse component in addition to the specular flares. This diffuse component depends on both the phase angle value and the orientation of the phase angle plane relative to the RSO’s plane of rotation. This paper is devoted to checking the assumption that the structure and shape of diffuse-specular patterns will remain similar to themselves within certain limits of variation of the value of these two angles at moments of equality of the PABs’ latitude. The analysis is based on simulation using synthetic light curves of the RSO model, observed from several points on the Earth's surface.
Знання кінематичних властивостей, таких як кутова швидкість обертання та просторове положення осі обертання, великих відпрацьованих супутників і корпусів ракет, необхідна для прогнозування їхньої орієнтації в кожний момент часу. Ця інформація має вирішальне значення як, наприклад, для успіху місій активного видалення з орбіти цих об'єктів, так і для підвищення точності прогнозування їх орбітального руху на низьких навколоземних орбітах. Визначення стану обертання штучних космічних об'єктів (КО) здійснюється різними засобами, проте історично це робилося за допомогою оптичних наземних датчиків (фотометрів) шляхом отримання кривих блиску, їх обробки та аналізу. У цій роботі ми тестуємо новий метод для визначення напрямку осі обертання у просторі резидентних космічних об'єктів. Цей метод заснований на структурному аналізі кривих блиску таких об'єктів та пошуку схожих фрагментів ("фотометричних патернів"), у спостереженнях, які отримані з однієї або кількох обсерваторій одночасно або протягом короткого періоду часу. Основна перевага даного методу полягає в тому, що його використання не вимагає знання форми КО і не висуває жорстких вимог до якості спостережень. Перш за все, цей метод безумовно застосовується до складних за формою об'єктів, що швидко обертаються, мають у складі гладкі поверхні і, внаслідок цього, здатні відбивати сонячне світло дзеркально, в результаті чого в кривих блиску присутні короткочасні спалахи блиску утворюють унікальний патерн. Однакові патерни спостерігаються тоді, коли кут між бісектрисою фазового кута і віссю обертання досягає тих самих значень. Однак, крім дзеркальної складової, криві блиску багатьох КО мають значну дифузну складову, яка залежить як від величини фазового кута, так і від орієнтації площини фазового кута щодо площини обертання. Дана робота присвячена перевірці того припущення, що структура і форма дифузно-дзеркальних патернів залишатиметься подібною в деяких межах варіації величини цих двох кутів у моменти коли широти бісектрис бувають однаковими. Аналіз зроблено на основі синтетичних кривих блиску моделі КО, спостереження якої імітуються з декількох пунктів на поверхні Землі.

Ключові слова

space object, model, light curve, photometric pattern, rotation axis, космічний об’єкт, модель, крива блиску, фотометричний патерн, вісь обертання

Бібліографічний опис

Using synthetic light curves of artificial satellite model to test the patterns method for determining the rotation axis orientation / N. I. Koshkin, L. S. Shakun, E. A. Korobeynikova, S. M. Melikyants, S. L. Strakhova, O. M. Kozhukhov // Odesa Astronomical Publications. – 2024. – Vol. 37. – P. 73–80.