Andor相机支持首个系统以减轻LEO卫星的影响

StealthTransit团队是一个由来自德国卡尔斯鲁厄和俄罗斯圣彼得堡的工程师和科学家组成的国际团队，他们开发了一种新方法，可以通过避免明亮的近地轨道(LEO)卫星的负面影响来提高长曝光天文观测的质量。实现这种方法的望远镜和天文相机的主动快门系统被称为StealthTransit system[1]，它是基于对卫星轨道的预测。全面测试证实了该系统对亮度高达+6星等的空间物体的有效性，以及保护星空图像免受卫星光污染的能力。StealthTransit系统是为狭窄和中等视场的望远镜设计的。

问题描述

近地轨道卫星给地面天文观测带来了巨大的问题。这些卫星在距离地球160至2000公里的轨道上运行，由于阳光的反射，即使用肉眼也能在夜间清晰地看到。专家计算表明，在未来5 - 7年内，情况可能会变得危急。特别是在SpaceX发射计划完成后，智利维拉·c·鲁宾天文台望远镜获得的图像中，至少有30%的图像由于Starlink卫星[2]的干扰而存在损坏的风险。使用图像后处理是不可能消除这种干扰的(见图1)。

图1。11月18日，塞罗托洛洛天文台4米维克多·m·布兰科望远镜暗能量相机在大视场(2.3度)曝光333秒。几颗星链卫星穿过了视野。

资料来源:CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/DECam DELVE调查

StealthTransit团队提出的技术表明，在许多型号的望远镜上使用所谓的主动快门进行长时间曝光观察时，可以避免这种类型的光污染。这意味着快门在卫星可见的情况下短时间中断天文相机的曝光，而不会中断光电传感器的集成模式。

探测明亮卫星技术“，

考虑到卫星在地球上观测时的高角速度，我们的主要研究重点是卫星轨道的精度和快门响应时间。该原型配备了机器视觉系统，预测卫星位置的精度为2弧分，以及卫星通过望远镜视场的时刻，精度为30毫秒。识别过程被组织为一个周期为0.5 - 2秒的管道。因此，快速响应可以及时暂停曝光，即使在距离望远镜视场很近的地方探测到卫星。

StealthTransit系统由三个主要组件组成(见图2):

• StealthTransit快门(主动快门)，安装在Astrocamera的前面。
• 基于额外的小型天文相机的明亮卫星探测器。
• 控制单元与软件识别明亮的卫星，图像处理，和控制快门。

图2。StealthTransit系统

现代天文相机通常不允许在不中断曝光的情况下直接控制快门。在未来的专业天文相机系列中添加这一功能将提供一种方便和最佳的方式来使用主动快门技术，而不需要外部设备，如图3所示的StealthTransit Shutter。

图3。StealthTransit快门

控制单元接收来自明亮卫星探测器和空间态势感知(SSA)数据库的卫星轨迹数据。但是，与SSA不同的是，探测器不仅提供了更高的精度预测凌日时间，而且还允许系统评估每个物体的亮度和威胁。当一颗明亮的卫星越过望远镜视场边界时，该系统会关闭快门，当卫星离开视场时，该系统会打开快门。

隐形过境系统的原型目前正在准备安装在天文台，其空间分辨率为10x10度。图4给出了原型输出图像的示例。

图4。(A)探测器相机捕捉到的卫星轨迹示例。

(B)处理后的叠加信息图像:来自数据库的卫星数据(包括不可见卫星)，识别的可见轨迹，坐标系统，与主视场的交叉口预测。

(三)卫星识别:

(1)望远镜视场，(2)卫星探测器视场。

探测器既可以识别单个卫星，也可以识别密集的物体群，如卫星群，并分别对它们进行处理。系统的分辨率取决于光学系统，如果有必要，允许它识别卫星阵列(见图5)。

图5。StealthTransit软件识别的卫星阵列轨迹。图片来源:Anatoliy (Instagram: @dam045)

80毫米口径的主动快门可以安装在各种专业望远镜上。StealthTransit原型是为ASA600 22x22弧分视场望远镜(ASA Astrosysteme GMBH)开发的，该望远镜配备了一个如图6所示的Andor iKON 936l相机。

图6。ASA600望远镜与安多尔相机，俄罗斯。

资料来源:ASA Astrosysteme GMBH

信号处理软件

StealthTransit系统的关键部分是为原型机开发的原始软件。它结合了机器视觉和视频处理模块、在线SSA数据库连接器以及基于摄像机视频流识别物体轨迹的预测算法。该软件对每一个干扰视场的物体进行分析。为了得到准确的预测，跟踪卫星在其表观运动的1-2度范围内就足够了。

结论

近地轨道上物体的数量正在迅速增加。截至2021年4月底，太空中约有8000颗卫星，这还不包括太空碎片，而且卫星数量每年至少增长30%。SpaceX和OneWeb是这一增长的主要贡献者，Amazon Kuiper和Telesat也将很快加入。未来几年，仅与这些公司相关的新卫星总数就将超过80,000[3]。这意味着卫星对天文学和天文图像的问题性影响正变得越来越严重。图7显示了在1小时的观测中，穿过10度部分天空的可见卫星轨道的密度。

图7。卫星轨道的密度，在1小时的观测间隔内，在狮子座直径10度的星空上肉眼可见。

背景图片来源:吉姆Cornmell

StealthTransit系统是少数几个可以帮助减轻卫星对天文观测影响的工具之一。StealthTransit技术的主动快门方法被包括在联合国外层空间事务办公室(UNOOSA)、IAU、AAS和NOIRLab[4]建议的减轻leo卫星影响的建议清单中。

该软件、算法和StealthTransit主动快门系统已于2021年7月成功测试。2021年8月，该系统将安装在ASA600望远镜上，并连接到安铎iKON 936 L相机，进行更详细的全尺寸测试。测试将在高加索山区天文台(俄罗斯基斯洛沃茨克)进行，该天文台由斯滕贝格天文研究所拥有和运营。

参考文献

1. V.帕斯科夫斯基(15.08.2020)。用于捕捉长曝光图像的设备(WO2021045652)。优先日期03.09.2019。https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO2021045652
2. J. A. Tyson等，鲁宾天文台LSST上LEO卫星亮度的减缓和迹效，天文杂志，第160卷，第5期，id.226(2020);而且https://arxiv.org/abs/2006.12417
3. “卫星星座对光学天文学的影响和缓解建议”的附录，2020年，NOIRLab, AAS, AURA;而且https://aas.org/sites/default/files/2020-08/SATCON1-WG-Tech-Reports.pdf
4. 黑暗与宁静的天空为科学与社会在线研讨会。报告和建议，2020年，联合国外层空间事务厅(外空厅)https://noirlab.edu/public/media/archives/techdocs/pdf/techdoc021.pdf

链接

• https://www.stealthtransit.com/
• https://www.space.com/space-tech-filters-starlink-satellites-astronomical-observations