В спутниковой лазерной локации ( SLR ) глобальная сеть станций наблюдения измеряет время прохождения туда и обратно сверхкоротких импульсов света до спутников, оборудованных ретрорефлекторами . Это обеспечивает мгновенные измерения дальности с точностью до миллиметра, которые могут накапливаться для обеспечения точного измерения орбит и множества важных научных данных. Лазерный импульс также может отражаться поверхностью спутника без ретрорефлектора , что используется для отслеживания космического мусора. [1]
Спутниковая лазерная локация — проверенный геодезический метод с большим потенциалом для важных вкладов в научные исследования системы Земля/атмосфера/океан. Это самый точный метод, доступный в настоящее время для определения геоцентрического положения спутника Земли, позволяющий выполнять точную калибровку радиолокационных высотомеров и отделять долгосрочный дрейф приборов от вековых изменений в топографии океана.
Его способность измерять изменения гравитационного поля Земли с течением времени и отслеживать движение сети станций относительно геоцентра, а также способность отслеживать вертикальное движение в абсолютной системе, делает его уникальным для моделирования и оценки долгосрочных изменений климата посредством: [2]
определение временного перераспределения масс твердой земли, океана и атмосферы [4]
определение параметров ориентации Земли , таких как координаты полюса Земли и изменения продолжительности дня [5]
определение точных спутниковых орбит для искусственных спутников с активными устройствами на борту и без них [6] [7]
мониторинг реакции атмосферы на сезонные изменения солнечного нагрева. [8]
SLR предоставляет уникальную возможность проверки предсказаний общей теории относительности , таких как эффект увлечения рамки .
Станции SLR являются важной частью международной сети космических геодезических обсерваторий, в которую входят системы VLBI , GPS , DORIS и PRARE. В нескольких критических миссиях SLR обеспечивал отказоустойчивое резервирование, когда другие радиометрические системы слежения выходили из строя.
История
Лазерная локация околоземного спутника была впервые осуществлена NASA в 1964 году с запуском спутника Beacon-B. С тех пор точность локации, обусловленная научными требованиями, возросла в тысячу раз с нескольких метров до нескольких миллиметров, и было запущено больше спутников, оснащенных ретрорефлекторами.
Несколько наборов ретрорефлекторов были установлены на Луне в рамках американской космической программы «Аполлон» и советской программы «Луноход» . Эти ретрорефлекторы также регулярно измеряются ( лазерная локация Луны ), обеспечивая высокоточное измерение динамики системы Земля/Луна.
В последующие десятилетия глобальная сеть спутниковой лазерной локации превратилась в мощный источник данных для изучения твердой Земли и ее океанических и атмосферных систем. Кроме того, SLR обеспечивает точное определение орбиты для миссий космических радиолокационных высотомеров, картирующих поверхность океана (которые используются для моделирования глобальной циркуляции океана), для картирования объемных изменений в континентальных ледяных массах и для топографии суши. Она обеспечивает средства для субнаносекундной глобальной передачи времени и основу для специальных испытаний общей теории относительности.
Международная служба лазерной локации была создана в 1998 году [9] мировым сообществом SLR для расширения геофизических и геодезических исследований, заменив предыдущую Подкомиссию по спутниковой и лазерной локации CSTG.
Приложения
Данные SLR предоставили стандартную, высокоточную, длинноволновую модель гравитационного поля, которая поддерживает все точные определения орбиты и обеспечивает основу для изучения временных гравитационных изменений из-за перераспределения массы. Высота геоида была определена менее чем десять сантиметров на длинных волнах менее 1500 км.
SLR обеспечивает определение движения тектонической дрейфовой станции с точностью до мм/год в глобальном масштабе в геоцентрической системе отсчета. В сочетании с гравитационными моделями и десятилетними изменениями вращения Земли эти результаты способствуют моделированию конвекции в мантии Земли, предоставляя ограничения на связанные внутренние процессы Земли. Скорость опорной станции на Гавайях составляет 70 мм/год и близко соответствует скорости фоновой геофизической модели.
Список спутников
Список пассивных спутников
На орбиту было выведено несколько специализированных спутников лазерной локации: [10]
^ Кухарски, Д.; Киршнер, Г.; Беннетт, Дж. К.; Лахут, М.; Сошница, К.; Кошкин, Н.; Шакун, Л.; Койдл, Ф.; Штайндорфер, М.; Ван, П.; Фань, К.; Хан, Х.; Грюнвальдт, Л.; Уилкинсон, М.; Родригес, Дж.; Бьянко, Г.; Веспе, Ф.; Каталан, М.; Салминс, К.; дель Пино, Дж. Р.; Лим, Х.-К.; Парк, Э.; Мур, К.; Лейба, П.; Суходольски, Т. (октябрь 2017 г.). "Сила давления фотонов на космический мусор TOPEX/Poseidon, измеренная с помощью спутниковой лазерной локации: раскрутка Topex". Наука о Земле и космосе . 4 (10): 661–668. дои : 10.1002/2017EA000329 .
^ Pearlman, M.; Arnold, D.; Davis, M.; Barlier, F.; Biancale, R.; Vasiliev, V.; Ciufolini, I.; Paolozzi, A.; Pavlis, EC; Sośnica, K.; Bloßfeld, M. (ноябрь 2019 г.). «Лазерные геодезические спутники: высокоточный научный инструмент». Journal of Geodesy . 93 (11): 2181–2194. Bibcode :2019JGeod..93.2181P. doi :10.1007/s00190-019-01228-y. S2CID 127408940.
^ Зайдель, Р.; Сосьница, К.; Дрожджевский, М.; Бери, Г.; Стругарек, Д. (ноябрь 2019 г.). «Влияние ограничения сети на реализацию наземной системы отсчета на основе наблюдений SLR в LAGEOS». Журнал геодезии . 93 (11): 2293–2313. Bibcode : 2019JGeod..93.2293Z. doi : 10.1007/s00190-019-01307-0 .
^ ab Sośnica, Krzysztof; Jäggi, Adrian; Meyer, Ulrich; Thaller, Daniela; Beutler, Gerhard; Arnold, Daniel; Dach, Rolf (октябрь 2015 г.). "Изменяющееся во времени гравитационное поле Земли со спутников SLR". Journal of Geodesy . 89 (10): 945–960. Bibcode : 2015JGeod..89..945S. doi : 10.1007/s00190-015-0825-1 .
^ Sośnica, K.; Bury, G.; Zajdel, R.; Strugarek, D.; Drożdżewski, M.; Kazmierski, K. (декабрь 2019 г.). «Оценка глобальных геодезических параметров с использованием наблюдений SLR для Galileo, GLONASS, BeiDou, GPS и QZSS». Earth, Planets and Space . 71 (1): 20. Bibcode : 2019EP&S...71...20S. doi : 10.1186/s40623-019-1000-3 .
^ Бери, Гжегож; Сосьница, Кшиштоф; Зайдел, Радослав (декабрь 2019 г.). «Определение орбиты мульти-ГНСС с использованием спутниковой лазерной локации». Журнал геодезии . 93 (12): 2447–2463. Бибкод : 2019JGeod..93.2447B. дои : 10.1007/s00190-018-1143-1 .
^ Стругарек, Дариуш; Сошница, Кшиштоф; Ягги, Адриан (январь 2019 г.). «Характеристики орбит GOCE на основе спутниковой лазерной локации». Advances in Space Research . 63 (1): 417–431. Bibcode :2019AdSpR..63..417S. doi :10.1016/j.asr.2018.08.033. S2CID 125791718.
^ Bury, Grzegorz; Sosnica, Krzysztof; Zajdel, Radoslaw (июнь 2019 г.). «Влияние атмосферной не приливной нагрузки давления на глобальные геодезические параметры на основе спутниковой лазерной локации GNSS». Труды IEEE по геонауке и дистанционному зондированию . 57 (6): 3574–3590. Bibcode : 2019ITGRS..57.3574B. doi : 10.1109/TGRS.2018.2885845. S2CID 127713034.
^ Перлман, Майкл Р.; Нолл, Кэри Э.; Павлис, Эррикос К.; Лемуан, Фрэнк Г.; Комбринк, Людвиг; Дегнан, Джон Дж.; Киршнер, Георг; Шрайбер, Ульрих (ноябрь 2019 г.). «ILRS: приближается к 20 годам и планирует будущее». Журнал геодезии . 93 (11): 2161–2180. Bibcode : 2019JGeod..93.2161P. doi : 10.1007/s00190-019-01241-1. S2CID 127335882.
^ "Международная служба лазерной локации". Ilrs.gsfc.nasa.gov . Получено 20 августа 2022 г.
^ Кухарски, Даниэль; Кирхнер, Георг; Оцубо, Тошимичи; Кунимори, Хироо; Джа, Мориба К.; Койдл, Франц; Беннетт, Джеймс К.; Лим, Хён-Чул; Ван, Пэйюань; Штайндорфер, Майкл; Сошница, Кшиштоф (август 2019 г.). «Гипервременное фотометрическое измерение зеркальной отражательной способности космических зеркал для модели связи лазерной передачи времени». Достижения в области космических исследований . 64 (4): 957–963. Bibcode : 2019AdSpR..64..957K. doi : 10.1016/j.asr.2019.05.030. S2CID 191188229.
^ Линдборг, Кристина. "Эталон". Россия и навигационные системы . Федерация американских ученых . Получено 10 ноября 2012 г.
^ Сошница, Кшиштоф (1 августа 2015 г.). «Чувствительность LAGEOS к океанским приливам». Acta Geophysica . 63 (4): 1181–1203. Bibcode : 2015AcGeo..63.1181S. doi : 10.1515/acgeo-2015-0032 .
^ Кшиштоф, Сошница (1 марта 2015 г.). «Влияние атмосферного сопротивления на орбиты Starlette, Stella, Ajisai и Lares». Искусственные спутники . 50 (1): 1–18. Bibcode : 2015ArtSa..50....1S. doi : 10.1515/arsa-2015-0001 .
^ "Ларец".
^ "Международная служба лазерной локации". Ilrs.gsfc.nasa.gov . Получено 20 августа 2022 г.
^ Сошница, Кшиштоф; Ягги, Адриан; Таллер, Даниэла; Бойтлер, Герхард; Дах, Рольф (август 2014 г.). «Вклад Starlette, Stella и AJISAI в глобальную систему отсчета, полученную с помощью SLR» (PDF) . Journal of Geodesy . 88 (8): 789–804. Bibcode :2014JGeod..88..789S. doi :10.1007/s00190-014-0722-z. S2CID 121163799.
^ abcd Pearlman, M.; Arnold, D.; Davis, M.; Barlier, F.; Biancale, R.; Vasiliev, V.; Ciufolini, I.; Paolozzi, A.; Pavlis, EC; Sośnica, K.; Bloßfeld, M. (ноябрь 2019 г.). «Лазерные геодезические спутники: высокоточный научный инструмент». Journal of Geodesy . 93 (11): 2181–2194. Bibcode :2019JGeod..93.2181P. doi :10.1007/s00190-019-01228-y. S2CID 127408940.
^ Стругарек, Дариуш; Сосница, Кшиштоф; Йегги, Адриан (январь 2019 г.). «Характеристики орбит GOCE на основе спутниковой лазерной локации». Достижения в области космических исследований . 63 (1). Elsevier: 417–431. Bibcode : 2019AdSpR..63..417S. doi : 10.1016/j.asr.2018.08.033. S2CID 125791718.
^ Казмерски, Камил; Зайдель, Радослав; Сошница, Кшиштоф (октябрь 2020 г.). «Эволюция качества орбиты и часов для многоканальных ГНСС-решений в реальном времени». GPS Solutions . 24 (4): 111. doi : 10.1007/s10291-020-01026-6 .
^ Sośnica, K.; Bury, G.; Zajdel, R. (16 марта 2018 г.). «Вклад созвездия Multi-GNSS в наземную систему отсчета, полученную с помощью SLR». Geophysical Research Letters . 45 (5): 2339–2348. Bibcode : 2018GeoRL..45.2339S. doi : 10.1002/2017GL076850. S2CID 134160047.
^ Стругарек, Дариуш; Сосьница, Кшиштоф; Арнольд, Дэниел; Ягги, Адриан; Зайдел, Радослав; Бури, Гжегож; Дрожджевский, Матеуш (30 сентября 2019 г.). «Определение глобальных геодезических параметров с использованием спутниковых измерений лазерной локации на спутниках Sentinel-3». Дистанционное зондирование . 11 (19): 2282. Бибкод : 2019RemS...11.2282S. дои : 10.3390/rs11192282 .
^ Costes, Vincent; Gasc, Karine; Sengenes, Pierre; Salcedo, Corinne; Imperiali, Stéphan; du Jeu, Christian (2017-11-01). «Разработка лазерной ретрорефлекторной решетки (LRA) для SARAL». В Kadowaki, Naoto (ред.). Международная конференция по космической оптике — ICSO 2010. Том 10565. С. 105652K. Bibcode : 2017SPIE10565E..2KC. doi : 10.1117/12.2309261 . ISBN9781510616196.
Дальнейшее чтение
Павлис, Эррикос К.; Лусери, Винченца; Оцубо, Тошимичи; Шрайбер, Ульрих (редакторы) Спутниковая лазерная локация Журнал геодезии Том 93, выпуск 11, ноябрь 2019 г.
"Спутниковая лазерная локация и наука о Земле" (PDF) . Международная служба лазерной локации НАСА . Получено 2009-06-23 .( общественное достояние )
Зеебер, Гюнтер (2003) Спутниковая геодезия, Вальтер де Грюйтер, ISBN 9783110175493 , стр. 404
Крамер, Герберт Дж. (2002) Наблюдение за Землей и ее окружающей средой: обзор миссий и датчиков Springer ISBN 9783540423881 стр. 131-132
Теркотт, Дональд Л. (редактор) (1993) Вклад космической геодезии в геодинамику Вашингтон, округ Колумбия: Серия «Геодинамика» Американского геофизического союза, ISSN 0277-6669
Национальный исследовательский совет США (1985) Геодезия: взгляд в будущее NAP стр. 80-84
Внешние ссылки
Сайт Международной службы лазерной локации
Станция лазерной локации Макдональд
Космическая геодезическая установка NERC
Ретрорефлекторы на Луне
Фиксированный купольный затвор (FSD) для зеркальных фотокамер