Przełom w obserwacji kosmicznych obiektów na niebie. Nową metodę opracowali polscy naukowcy

Naukowcy z Politechniki Warszawskiej opracowali koncepcję obserwacji obiektów kosmicznych bez użycia wyspecjalizowanych nadajników. Pozwoli ona na szybkie i precyzyjne wyznaczenie pozycji stacji kosmicznych, satelitów czy tak zwanych kosmicznych śmieci, bez względu na porę dnia czy panujące warunki atmosferyczne.

Jak informują przedstawiciele Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, to pierwsze tego typu przedsięwzięcie.

Zespół kierowany przez prof. Konrada Jędrzejewskiego z Instytutu Systemów Elektronicznych WEiTI PW dokonał obserwacji lotu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) z wykorzystaniem polskich anten odbiorczych międzynarodowej sieci radioteleskopów astronomicznych LOFAR oraz prostych rozwiązań bazujących na ogólnodostępnych komercyjnych odbiornikach sygnałów radiowych. Precyzyjne wyniki, jakie uzyskano we współpracy z naukowcami z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), pozwoliły na opracowanie nowych metod przeszukiwania przestrzeni kosmicznej, w tym w międzynarodowym systemie śledzenia pomiarów ruchu satelitów.

Prof. Konrad Jędrzejewski tłumaczył, że obecnie do śledzenia ruchu satelitów wykorzystuje się aktywne metody radiolokacyjne, które bazują na olbrzymich antenach, wykorzystując bardzo duże moce nadawanego sygnału. Wykorzystywane są również klasyczne pomiary z wykorzystaniem teleskopów oraz pomiary przy użyciu technik laserowych stosowane na przykład w Obserwatorium Astrogeodynamicznym CBK PAN w Borówcu pod Poznaniem.

- Niestety, ze względu na ograniczenia technologiczne z takiego rozwiązania nie można korzystać w dzień. Wypracowane na naszym Wydziale metody i algorytmy w zakresie radiolokacji pasywnej i przeprowadzone wstępne eksperymenty wskazują, że jako jedni z pierwszych na świecie, korzystając z technik pasywnej radiolokacji, jesteśmy w stanie skutecznie estymować położenie i prędkość kosmicznych obiektów bez względu na porę dnia czy panujące warunki atmosferyczne - wyjaśnił naukowiec.

Pierwsze obserwacje Międzynarodowej Stacji Kosmicznej z wykorzystaniem radioteleskopów wchodzących w skład międzynarodowej sieci LOFAR (w tym znajdującego się w Borówcu pod Poznaniem) przeprowadzono jeszcze w 2020 roku. Kolejne obserwacje wykonano przy wykorzystaniu dwóch polskich radioteleskopów LOFAR znajdujących się w Borówcu (zarządzany przez CBK PAN) i w Łazach pod Krakowem (będący własnością Uniwersytetu Jagiellońskiego). W następnych eksperymentach, przeprowadzonych w grudniu 2021 roku, uproszczono infrastrukturę konieczną do prowadzenia takich obserwacji. Tym razem do pomiarów wykorzystano stację LOFAR w Borówcu oraz komercyjny odbiornik sygnałów radiowych typu USRP z niewielką anteną za kilkadziesiąt złotych umieszczoną w Otwocku, która pełniła rolę odbiornika sygnału referencyjnego. Wykorzystywanym w ostatnich eksperymentach sygnałem oświetlającym Międzynarodową Stację Kosmiczną był sygnał nadajnika radia cyfrowego DAB+, zlokalizowanego na Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie.

- Okazało się, że wykorzystując istniejący w Polsce radioteleskop LOFAR, stosowany na co dzień do celów astronomicznych, oraz prosty odbiornik sygnału referencyjnego można zbudować pasywny system radiolokacyjny doskonale radzący sobie z obserwacją obiektów znajdujących się na niskich orbitach w przestrzeni kosmicznej widzianej z Polski - podali naukowcy.

Odkrycie Polaków wkrótce może znaleźć także zastosowanie w wykrywaniu zagrożeń płynących z przestrzeni kosmicznej i powstających na orbitach okołoziemskich. Naukowcy WEiTI PW we współpracy z CBK PAN, wykorzystując opracowane metody i algorytmy, dokonali także obserwacji ruchu mniejszego satelity ENVISAT i planują obserwację jeszcze mniejszych obiektów.

Rezultaty przeprowadzonych do tej pory eksperymentów wzbudziły już zainteresowanie Polskiej Agencji Kosmicznej, a także specjalistów od radiolokacji z całego świata. Między innymi opracowane rozwiązania i wybrane wyniki eksperymentów zostaną zaprezentowane na jednej z najważniejszych konferencji środowiska radiolokacyjnego IEEE Radar Conference 2022 (RadarConf’22), która odbędzie się w dniach 21-25 marca 2022 r. w Nowym Jorku - informuje WEiTI PW.

Eksperci Wydziału opracowali również koncepcję nowego pola antenowego, zwiększającego możliwości obserwacyjne obiektów znajdujących się na niskich orbitach Ziemi, w stosunku do możliwości wynikających z właściwości pól antenowych stacji LOFAR. Przeprowadzone teoretyczne analizy w tym zakresie są podstawą złożonego do Narodowego Centrum Badań i Rozwoju wniosku na realizację projektu, w ramach którego mają powstać nowe pola antenowe, jedno przy lotnisku Politechniki Warszawskiej w Przasnyszu, a drugie w Obserwatorium Astrogeordynamicznym CBK PAN w Borówcu.

- Być może za kilka lat będziemy w stanie dokładnie określać położenie i prędkość nawet bardzo małych obiektów kosmicznych przelatujących nad Europą. Może to być najbardziej efektywna ochrona przed coraz bardziej realnymi zagrożeniami związanymi z liczbą obiektów umieszczanych na orbicie oraz tzw. śmieciami kosmicznymi - podsumował prof. Jędrzejewski.