Distributed integrated navigation systems for anti-asteroid planetary defense

The paper has the following objectives: 1) interdisciplinary review of state of the art anti-asteroid planetary defense; 2) technical proposals for development of a multilevel planetary defense system based on modern spacecraft technology using projectile asteroids to deflect the target asteroids and distributed integrated navigation systems with installation of navigation equipment at various objects. Composition and required accuracy of these systems are discussed. The work develops the results achieved by the International Laboratory of Space Research, Technologies, Systems, and Processes [1] established in 2011 at Moscow Institute of Electronics and Mathematics (Higher School of Economics) supported by the grant of the Russian Government (2011–2013) using the lecture course “Models of planetary defense” developed in 2014 at the Institute Department of Mechanics and Mathematical Modeling.

1. Лаборатория космических исследований в области технологий, систем и процессов. - URL: http://astro.miem.hse.ru.

2. Отчет о НИР «Космические исследования и технологии, астрономия, математическое моделирование динамики космического полета» (заключительный) 5 этап. № госрегистрации 01201180676. НИУ ВШЭ, 2013. - 527 с.

3. Данхэм Д.У. Космические миссии и планетарная защита / Д.У. Данхэм, Р.Р. Назиров, Р.У., Фаркуар, Е.Н. Чумаченко, Н.А. Эйсмонт, А.В. Симонов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 276 с.

4. Кробка Н.И. Модели планетарной защиты: Программа дисциплины 010400.68 по магистерской программе «Математические методы естествознания и компьютерные технологии», МИЭМ НИУ ВШЭ, 2014. 50 с.

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Chelyabinsk_meteor.

6. http://www.space.com/20292-asteroid-threat-earth-congress.html.

7. http://www.cbsnews.com/news/nasas-advice-for-near-term-meteor-strike-pray.

8. http://www.wunderground.com/news/asteroid-threat-earth-nasa-20130320.

9. http://www.eurosmi.ru/685rogozin_predlojil_stranam_mira_sotrudnichestvo_v_oblasti_zaschity_ot_asteroidov.html

10. https://en.wikipedia.org/wiki/99942_Apophis.

11. https://en.wikipedia.org/wiki/Ceres_(dwarf_planet)

12. http://www.astro.websib.ru/sun/Astero

13. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/InnerSolarSystem_ru.png?uselang=ru

14. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Potentially_Hazardous_Asteroids_2013.png

15. http://neo.jpl.nasa.gov/neo/groups.html

16. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kuiper_oort_ru.png?uselang=ru

17. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oort_cloud_Sedna_orbit_ru.svg?uselang=ru

18. http://neo.jpl.nasa.gov/stats/

19. https://en.wikipedia.org/wiki/Asteroid

20. Stokes, G.H. The Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR) Program / G.H. Stokes, F. Shelly, H.E.M. Viggh, M.S. Blythe, J.S. Stuart // Lincoln Laboratory J., 1998. - Vol. 11. - No 1. - P. 27-40.

21. http://neo.jpl.nasa.gov/cgi-bin/neo_elem

22. http://neo.jpl.nasa.gov/orbits

23. http://www.infuture.ru/article/1371

24. http://www.infuture.ru/article/1411

25. Evans J.B., Shelly F.C., and Grant H. Stokes Detection and Discovery of Near-Earth Asteroids by the LINEAR Program / J.B. Evans, F.C. Shelly, H.S. Grant // Lincoln Laboratory J. 2003. Vol. 4. No 2. P. 199-220.

26. http://flagvruki.com/history/samyy-bolshoy-krater-na-zemle-7-foto/

27. https://en.wikipedia.org/wiki/Galileo_(spacecraft).

28. https://en.wikipedia.org/wiki/NEAR_Shoemaker.

29. https://en.wikipedia.org/wiki/Cassini_Huygens.

30. https://en.wikipedia.org/wiki/Deep_Space_1.

31. https://en.wikipedia.org/wiki/Stardust_(spacecraft).

32. https://en.wikipedia.org/wiki/Hayabusa.

33. https://en.wikipedia.org/wiki/Rosetta_(spacecraft).

34. https://en.wikipedia.org/wiki/New_Horizons.

35. https://en.wikipedia.org/wiki/Dawn_(spacecraft).

36. http://www.nasa.gov/mission_pages/WISE/news/wise20110201.html.

37. https://en.wikipedia.org/wiki/Near_Earth_Object_Surveillance_Satellite.

38. Тукмаков А.В. Способы предотвращения астероидной опасности: бакалаврская работа (Рук. И.В. Логашина). - МИЭМ НИУ ВШЭ, 2014. - 52 с.

39. Эйсмонт Н. Астероиды - источники опасности и объекты исследований / Н. Эйсмонт, А. Ледков // Наука и жизнь, 2015. - № 1. - С. 3-13; № 2. - С. 3-14.

40. http://www.km.ru/v-rossii/2011/10/18/mirovaya-ekspansiya-ssha/rogozin-predlozhil-medvedevuvmesto-pro-borotsya-s-aste.

41. Nazirov R. Using of gravity assist maneuvers for targeting small asteroids to Hazardous Near-Earth Objects / R. Nazirov, N. Eismont / International Symposium on Near-Earth Hazardous Asteroids, Malta, 12-16 October 2009.

42. Назиров Р.Р. Гравитационные маневры как способ направить малые астероиды на траекторию встречи с опасными околоземными объектами / Р.Р. Назиров, Н.А. Эйсмонт // Космические исследования, 2010. Т. 48. № 5. С. 1-6.

43. Eismont N.A. Using small asteroids to deflect larger dangerous asteroids / N.A. Eismont, D.W. Dunham, E.N. Chumachenko, M. Boyarsky, A.А. Ledkov, R. Nazirov, K. Fedyaev // Proceedings of The 23rd International Symposium on Space Flight Dynamics. Pasadena: JPL, 2012.

44. Эйсмонт Н.А. О возможности наведения малых астероидов на опасные небесные объекты с использованием гравитационного маневра / Н.А. Эйсмонт [и др.] // Астрономический вестник. 2013. Т. 47. № 4. С. 352-360.

45. http://ria.ru/science/20130109/917480484.html.

46. http://ria.ru/science/20121008/769032713.html.

47. Кориолис Г.Г. Математическая теория явлений бильярдной игры: Пер. с фр. Изд. 2. М.: ЛКИ,2007. 240 с.

48. https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_constant.

49. https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_Deep_Space_Network.

50. https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_assist.

51. Эйсмонт Н.А. Наведение малых астероидов на опасные околоземные объекты для предотвращения их столкновения с Землей / Н.А. Эйсмонт, Р.Р. Назиров, Е.Н. Чумаченко, Д.У. Данхэм, М.Н. Боярский, И.В. Логашина, А.А. Ледков, С.А. Аксенов // Вестник ВГТУ. - 2012. - № 9. - С. 61-64.

52. Данхэм Д.У. Метод предупреждения столкновения малых астероидов с Землей / Д.У. Данхэм, Х.Д. Рейтсема, Э. Лу, Р. Арентц, Р. Линфилд, К. Чапмэн, Р. Фаркуар А.А. Ледков, Н.А. Эйсмонт, Е.Н. Чумаченко // Астрономический вестник. - 2013. - Т. 47. - № 4. - С. 341-351.

53. Ледков А.А. Управление движением околоземных астероидов / А.А. Ледков, Н.А. Эйсмонт, М.Н. Боярский, К.С. Федяев, Р.Р. Назиров // Письма в астрономический журнал. 2015. Т. 41. № 1-2. С. 1-18.

54. http://www.astronet.ru/db/msg/1191697

55. http://galspace.spb.ru/orbita/12.htm

56. Dishel V.D. General conclusions from 3-year use of integrated inertial-satellite GNC systems for space launchers / V.D. Dishel [at al] // 19th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. Proceedings. - SPb.: SRC of the RF Concern CSRI Elektropribor, 2012. - P. 213-225.

57. Ахметшин Р.З. Оптический барьер космического базирования в проблеме астероидной опасности // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2012. № 29. 32 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2012-29

58. http://www.federalspace.ru/115/.

59. https://ru.wikipedia.org/wiki/GPS#/media/ File:Global_Positioning_System_satellite.jpg.

60. https://dub131.mail.live.com/?tid=cmHdv IN3HI5BGX4QAhWtezyg2&fid=flinbox

61. http://kosmolenta.com/index.php/300-2014-08-22-fkp

62. http://www.gazeta.ru/science/2014/09/15_a_6210893.shtml.

63. Krobka, N.I. Estimating Quantum Limits on SINS Accuracy Based on Accurate Error Equations / N.I. Krobka // Gyroscopy and Navigation. - 2014. - Vol. 5. No. 1. - P. 9-19.