Как лазерные рефлекторы помогут точнее измерить Землю

Традиционное использование спутников GPS — помощь людям в определении своего местоположения. Еще одно важное, но мало известное применение — взаимодействие с другими спутниками, наблюдающими за Землей, чтобы помочь им точно определить параметры нашей планеты.


NASA и несколько других федеральных агентств, включая U.S. Space Force, U.S. Space Command, U.S. Naval Research Laboratory и National Geospatial-Intelligence Agency, улучшают точность определения местоположения с помощью новых лазерных ретрорефлекторных массивов, или LRAs.




— Стивен Мерковиц, руководитель проекта Space Geodesy в НАСА на Goddard Space Flight Center.

Команда ученых и инженеров, работающих над проектом, тестировала ретрорефлекторные массивы ранее в этом году, чтобы убедиться, что они готовы к задаче и способны выдержать суровые условия космической среды. Недавно первый набор новых ретрорефлекторных массивов был отправлен в U.S. Space Force и компанию Lockheed Martin в Литтлтоне, штат Колорадо, чтобы быть установленным на следующее поколение спутников GPS.

Как работают лазерные ретрорефлекторные массивы?

Лазерные ретрорефлекторные массивы позволяют проводить измерение с использованием коротких вспышек лазера для определения расстояний между объектами. Импульсы света с земной станции направляются на орбитальный спутник, который отражает их с помощью массива, и возвращает на станцию. Время, которое требуется для перемещения света от земли до спутника и обратно, может быть использовано для вычисления расстояния между спутником и землей.

Лазерное измерение и лазерные ретрорефлекторные массивы были частью космических миссий на протяжении десятилетий и в настоящее время используются в работе спутников, наблюдающих за Землей, таких как ICESat-2 (сателлит для измерения льда, облаков и высоты), SWOT (измерение поверхностных вод и океанов) и GRACE-FO (миссия для изучения гравитации и климата). Ретрорефлекторные массивы для лазерного измерения даже развернули на поверхности Луны во время миссий Аполло.

В чем практическая польза ретрорефлекторного массива?

Поверхность Земли незаметно, но постоянно меняется из-за движения тектонических плит, таяния льда и других природных явлений. С учетом этих постоянных сдвигов — и факта, что Земля не является идеальной сферой — необходимо иметь способ определения измерений на поверхности Земли. Ученые называют это точкой отсчета.

Эти массивы и лазерное измерение не только помогают точно определить местоположение спутников на орбите, но и обеспечивают точную позиционную информацию для земных станций. Имея эту информацию, ученые могут даже найти центр массы Земли, который является исходной точкой, или нулевой точкой, для точки отсчета.


— Линда Томас, исследователь-инженер в U.S. Naval Research Laboratory в Вашингтоне.

Измерения спутником явлений на Земле, таких как изменение уровня моря, опираются на точную систему отсчета. Долгосрочная глобальная тенденция повышения уровня моря, а также ее сезонные и региональные вариации, происходят со скоростями всего несколько миллиметров в год. Система отсчета должна быть более точной, чем такие изменения.