Кіріспе
Спутниктік лазерлік қашықтық (SLR) – ретрорефлекторлармен жабдықталған спутниктерге ультрақысқа жарық импульстарының қабылдап-жіберу уақытын өлшейтін, бүкіл әлемдік бақылау станцияларының желісі. Бұл миллиметрлік дәлдіктегі қашықтық өлшеуін қамтамасыз етеді, оны орбиталарды дәл анықтау және маңызды ғылыми деректерді алу үшін жинақтауға болады. Лазерлік импульс ретрорефлекторы жоқ спутниктің бетінен де шағылысып, ғарыш қалдықтарын қадағалау үшін қолданылады. Спутниктік лазерлік қашықтық – жер/атмосфера/мұхит жүйесін зерттеуге маңызды үлес қоса алатын, дәлелденген геодезиялық техника. Бұл Жер серігінің геоцентрлік орнын анықтау үшін қазіргі кезде қолжетімді ең дәл әдіс, ол радарлық биіктік өлшегіштерді дәл калибрлеуге және мұхит топографиясының ұзақ мерзімді өзгерістерінен аспаптық қателерді ажыратуға мүмкіндік береді. Жердің гравитациялық өрісінің уақыт бойынша өзгеруін өлшеу және станциялар желісінің геоорталыққа қатысты қозғалысын бақылау мүмкіндігімен бірге, абсолюттік жүйеде тік қозғалысты бақылау қабілеті оны климаттың ұзақ мерзімді өзгеруін модельдеу және бағалау үшін бірегей етеді: мұздықтан кейінгі көтерілу, тақталық тектоника, теңіз деңгейі және мұз көлемінің өзгеруі үшін анықтамалық жүйе ұсыну; қатты Жер, мұхит және атмосфера жүйесінің уақыт бойынша массаның қайта таралуын анықтау; Жердің бағдарлану параметрлерін, мысалы, Жер полюсінің координаттарын және тәуліктің ұзақтығының өзгеруін анықтау; активті құрылғылары бар және жоқ жасанды спутниктер үшін дәл спутниктік орбиталарды анықтау; атмосфераның күннің маусымдық өзгерулеріне жауабын бақылау. SLR жалпы салыстырмалылық теориясының болжамдарын, мысалы, кадрдың инерциялық әсерін тексеруге ерекше мүмкіндік береді. SLR станциялары VLBI, GPS, DORIS және PRARE жүйелерін қамтитын халықаралық ғарыштық геодезиялық обсерваториялар желісінің маңызды бөлігін құрайды. Бірнеше маңызды миссияларда, басқа радиометриялық қадағалау жүйелері сәтсіздікке ұшырағанда, SLR қатесіз резервтік көз болды.
In satellite laser ranging (SLR) a global network of observation stations measures the round trip time of flight of ultrashort pulses of light to satellites equipped with retroreflectors. This provides instantaneous range measurements of millimeter level precision which can be accumulated to provide accurate measurement of orbits and a host of important scientific data. The laser pulse can also be reflected by the surface of a satellite without a retroreflector, which is used for tracking space debris. Satellite laser ranging is a proven geodetic technique with significant potential for important contributions to scientific studies of the earth/atmosphere/ocean system. It is the most accurate technique currently available to determine the geocentric position of an Earth satellite, allowing for the precise calibration of radar altimeters and separation of long term instrumentation drift from secular changes in ocean topography. Its ability to measure the variations over time in Earth's gravity field and to monitor motion of the station network with respect to the geocenter, together with the capability to monitor vertical motion in an absolute system, makes it unique for modeling and evaluating long term climate change by:
providing a reference system for post glacial rebound, plate tectonics, sea level and ice volume change
determining the temporal mass redistribution of the solid earth, ocean, and atmosphere system
determining Earth orientation parameters, such as Earth pole coordinates and length of day variations
determining of precise satellite orbits for artificial satellites with and without active devices onboard
monitoring the response of the atmosphere to seasonal variations in solar heating. SLR provides a unique capability for verification of the predictions of the theory of general relativity, such as the frame dragging effect. SLR stations form an important part of the international network of space geodetic observatories, which include VLBI, GPS, DORIS and PRARE systems. On several critical missions, SLR has provided failsafe redundancy when other radiometric tracking systems have failed.
Тарих
Жерге жақын серікке лазерлік қашықтық өлшеуді алғаш рет 1964 жылы NASA, Beacon B серігін ұшыру арқылы жүзеге асырды. Осы уақыттан бері ғылыми талаптардың арқасында қашықтық өлшеудің дәлдігі бірнеше метрден бірнеше миллиметрге дейін мың есеге артты, сондай-ақ кері шағылыстыратын құрылғылармен жабдықталған серіктер саны көбейді. Американдық "Аполлон" және советтік "Луноход" ғарыш бағдарламалары аясында Жердің Айға бірнеше ретрорефлекторлар орнатылды. Бұл ретрорефлекторлар тұрақты түрде (ай лазерлік қашықтық өлшеу) қолданылады, бұл Жер-Ай жүйесі динамикасын жоғары дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік береді. Келесі онжылдықтарда жаһандық лазерлік серік қашықтық өлшеу желісі, қатты Жерді, оның мұхиты мен атмосфералық жүйелерін зерттеу үшін маңызды деректер көзіне айналды. Бұдан өзге, SLR мұхит бетін картаға түсіретін ғарыштық радиолокациялық биіктік өлшегіш миссияларының, континенттік мұз массаларының көлемдік өзгерістерін картаға түсірудің және жер беті топографиясының дәл орбитасын анықтауға көмектеседі. Ол субнаносекундтық жаһандық уақыт тарату құралы болып табылады және жалпы салыстырмалылық теориясын тексеруге негіз құрайды. 1998 жылы Халықаралық лазерлік қашықтық өлшеу қызметі жаһандық SLR қауымдастығының күшімен геофизикалық және геодезиялық зерттеулерді жандандыру мақсатында, бұрынғы CSTG серік және лазерлік қашықтық өлшеу комиссиясын алмастырып құрылды.
mapping volumetric changes in continental ice masses, and for land topography. It provides a means for subnanosecond global time transfer, and a basis for special tests of the Theory of General Relativity. The International Laser Ranging Service was formed in 1998 by the global SLR community to enhance geophysical and geodetic research activities, replacing the previous CSTG Satellite and Laser Ranging Subcommission.
Қолданбалар
SLR деректері жоғары дәлдікті, ұзын толқынды гравитациялық өрістің стандартты эталондық моделін ұсынады, ол барлық дәл орбиталық анықтамаларды қолдайды және массаның қайта таралуынан туындаған уақытша гравитациялық өзгерістерді зерттеуге негіз болады. Геоидтың биіктігі 1500 км-ден кем ұзын толқынды ұзындықтарда он сантиметрден кем анықталған. SLR геоцентрлік анықтама жүйесінде тектоникалық дрейф станцияларының қозғалысын әлемдік масштабта мм/жылдық дәлдікпен анықтайды. Бұл нәтижелер, Жердің айналуындағы он жылдық өзгерістермен және гравитациялық модельдермен біріктіріліп, Жердің мантиясындағы конвекцияны модельдеуге, сондай-ақ Жердің ішкі процестеріне байланысты шектеулерге үлес қосады. Гавайидегі эталондық станцияның жылдамдығы 70 мм/жылды құрайды және бұл көрсеткіш геофизикалық модельдің жылдамдығымен сәйкес келеді.