Навигация и геодезия в Солнечной системе: современные возможности и перспективы

За последние несколько десятилетий навигация в дальнем космосе и планетная геодезия претерпели значительное развитие благодаря достижениям в области радиометрического слежения, высокостабильных систем синхронизации времени и полностью релятивистских динамических моделей Солнечной системы. Космические аппараты Cassini, Juno и BepiColombo продемонстрировали, что доплеровские измерения и измерения дальности на уровне 10⁻⁵–10⁻⁶ м/с, а также измерения дальности с сантиметровой точностью могут регулярно выполняться, что позволяет детально исследовать гравитационные поля, внутреннее строение планет и проводить точные проверки общей теории относительности и альтернативных теорий гравитации. Синергия навигации и геодезии очевидна: точное слежение за космическими аппаратами требует корректных моделей гравитационного поля планет и эфемерид, тогда как сами данные слежения позволяют уточнять эти модели и проверять фундаментальные физические теории. В статье рассматриваются физические принципы основных радиометрических наблюдаемых величин, а именно двусторонней дальности, скорости изменения дальности (доплеровского сдвига) и дельта-дифференциальной односторонней дальности (ΔDOR), а также их роль в современном динамическом моделировании Солнечной системы и навигации в дальнем космосе. Затем представлены последние результаты, полученные на этапе перелёта BepiColombo и в рамках эксперимента Mercury Orbiter Radioscience Experiment (MORE), обобщены основные достижения миссий Cassini и Juno у Сатурна и Юпитера и рассмотрены научные возможности миссии ESA JUICE для проведения «томографии» Ганимеда. Наконец, обсуждаются перспективные концепции, такие как усовершенствованные интерферометрические архитектуры, компенсация механического шума с временной задержкой и компактные атомные часы для дальнего космоса, которые обещают дальнейшее повышение точности и открывают новые возможности как для планетологии, так и для проверки релятивистской гравитации.