Конспект до теми 1. (Вступ. Методи та задачі космічної геодезії)

ВСТУП

Космічна геодезія – розділ геодезичної науки, в якому вивчаються питання використання спостережень штучних та природних супутників Землі і планет для вирішення наукових та науково-технічних задач геодезії.

При цьому в космічній геодезії використовуються як результати спостережень супутників з поверхні Землі так і результати вимірювань,

виконаних безпосередньо на супутниках. Космічна геодезія є розділом геодезії,

який найшвидше розвивається. Вона використовує весь арсенал вимірювальних засобів, представлених сучасною фізикою та технікою.

Основними завданнями космічної геодезії є:

Глобальні:

•Визначення фундаментальних сталих, які характеризують форму,

розмір та добове обертання Землі, Місяця і планет (нп.: параметри загального земного еліпсоїда).

•Створення геоцентричних та плането центричних систем координат та встановлення взаємозв’язків між ними.

•Вивчення гравітаційного поля Землі, Місяця і планет.

Прикладні:

•Визначення координат точок земної поверхні в прийнятій системі координат.

•Визначення взаємного положення пунктів.

1.МЕТОДИ ТА ЗАДАЧІ КОСМІЧНОЇ ГЕОДЕЗІЇ

1.1.Методи космічної геодезії

Впроцесі розвитку теорії руху штучних супутників Землі (ШСЗ) виникали та розвивалися різні методи космічної геодезії. На сьогоднішній день відомі такі основні методи космічної геодезії: геометричний, орбітальний, динамічний та оперативний. Якщо розглядати методи космічної геодезії в порядку їх розвитку (появи), то першим потрібно вважати геометричний метод. Він заснований на синхронному фотографуванні ШСЗ на фоні зоряного неба міні-

мум з двох пунктів на поверхні Землі. Такий метод дає можливість визначати

1

напрямок вектора, який з’єднує ці пункти. Багато таких векторів створюють векторну просторову мережу (космічну тріангуляцію). Врівноваження і опра-

цювання такої мережі дає можливість визначати координати нових пунктів.

Наступним є орбітальний метод, в якому ШСЗ являється дуже високою візирною ціллю, яка рухається із значною швидкістю (до декілька градусів у секунду). Цей метод дав можливість з’єднати материки та острови Землі в одну геодезичну мережу (глобальну геодезичну мережу). Проте в такій мережі є можливість визначати тільки відносні координати нових пунктів (тобто в системі вихідних координат). При цьому питання прив’язки космічної тріангуляції до центру мас Землі залишався відкритим.

Найбільш загальним методом космічної геодезії вважається динамічний метод, який заснований на дослідженні еволюцій орбіти ШСЗ в часі. Для реалізації даного методу необхідно мати адекватну модель руху ШСЗ. Точність даного методу в значній мірі залежить від цієї моделі. Такий метод дозволяє получити положення пунктів в єдиній для всієї планети системі координат із початком в центрі мас Землі, а також визначити зовнішнє гравітаційне поле Землі в цій системі.

По мірі уточнення моделей сил, які діють на ШСЗ в русі популярності набув оперативний метод. Цей метод являється частковим випадком динамічного, якщо припустити, що моделі сил, які діють на ШСЗ побудовані із необхідною точністю та не уточняються в процесі розв’язання. В орбітальному методі на основі вимірювань виконаних на наземних пунктах або безпосередньо із супутника одночасно визначаються координати пунктів і елементи орбіти ШСЗ.

1.2.Задачі космічної геодезії

Розвиток наведених методів космічної геодезії зумовлений появою нових геодезичних задач. Всі геодезичні задачі, які вирішують за допомогою спостережень штучних і природних супутників, поділяються на геометричні та динамічні.

Геометричними задачами є побудова просторових геодезичних мереж за

2

допомогою синхронних або квазісинхронних спостережень ШСЗ. В цьому випадку не потрібно оперувати точними значеннями координат супутника, так як він вважається високою рухомою ціллю. Координати досить знати дуже наближено, щоб забезпечити спостереження в заданий момент часу з двох або більше станцій. Також можна спостерігати спеціальні лампи-спалахи,

встановлені на літаках, ракетах або інших рухомих візирних цілях.

В результаті вирішення геометричних задач визначається взаємне положення пунктів в системі, що задається вихідними пунктами, наприклад в системі деякого референц-еліпсоїда.

Особливою проблемою при цьому є масштабування космічних геодезичних мереж, бо потрібно оперувати точною інформацією про одну або декілька базових сторін (пункт-пункт, пункт-супутник або супутник-супутник).

У динамічних задачах космічної геодезії неодмінною умовою є знання з найкращою точністю координат супутника. Це можливо при наявності детально розробленої теорії руху супутника, точної моделі гравітаційного поля і надійних даних про параметри атмосфери, а також їх зміну.

Динамічний метод полягає у спільному визначенні за результатами спостережень супутників координат пунктів; параметрів, що характеризують гравітаційне поле Землі; поправок до деяких початкових параметрів орбіти, а

також параметрів, що характеризують атмосферу.

Значення координат пунктів, визначені динамічним методом, є в абсолютній системі координат, з початком в центрі мас Землі.

Поділ задач космічної геодезії на геометричні та динамічні, є певною мірою умовним. Бо Якщо теорія руху супутника відома з достатнім рівнем точності і якщо параметри гравітаційного поля Землі не вимагають уточнення,

тоді до геометричних задач можна віднести визначення розмірів загально-

земного еліпсоїда за спостереженнями ШСЗ, визначення вихідних геодезичних дат, визначення центру референц-еліпсоїда відносно центру мас Землі і визначення орієнтації осей референцної відносно геоцентричної системи координат.

3