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Medición láser por satélite

Sistema de medición láser del observatorio geodésico de Wettzell, Baviera. La medición de distancias por láser a satélites ( SLR , por sus siglas en inglés) es un método para me...

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Sistema de medición láser del observatorio geodésico de Wettzell, Baviera.

La medición de distancias por láser a satélites ( SLR , por sus siglas en inglés) es un método para medir la distancia a satélites en órbita geocéntrica . Consiste en un observatorio astronómico equipado con un láser que emite pulsos de luz ultracortos . Estos pulsos impactan en el satélite y rebotan, siendo captados por la estación, que mide el tiempo de ida y vuelta mediante la fórmula de la velocidad de la luz . Estas mediciones son instantáneas y con una precisión milimétrica, y pueden acumularse para proporcionar mediciones precisas de órbitas y una gran cantidad de datos científicos importantes. Algunos satélites cuentan con retrorreflectores , pero el método también funciona con desechos espaciales . [ 1 ]

La medición de distancias mediante láser por satélite es una técnica geodésica de eficacia probada con un gran potencial para realizar importantes contribuciones a los estudios científicos del sistema Tierra/atmósfera/océano. Es la técnica más precisa disponible actualmente para determinar la posición geocéntrica de un satélite terrestre, lo que permite la calibración precisa de altímetros de radar y la separación de la deriva a largo plazo de la instrumentación de los cambios seculares en la topografía oceánica.

Su capacidad para medir las variaciones a lo largo del tiempo en el campo gravitatorio de la Tierra y para monitorear el movimiento de la red de estaciones con respecto al geocentro, junto con la capacidad de monitorear el movimiento vertical en un sistema absoluto, lo hace único para modelar y evaluar el cambio climático a largo plazo mediante: [ 2 ]

  • proporcionando un sistema de referencia para el rebote postglacial , la tectónica de placas , el nivel del mar y el cambio de volumen de hielo [ 3 ]
  • determinar la redistribución temporal de la masa del sistema tierra sólida, océano y atmósfera [ 4 ]
  • determinar parámetros de orientación de la Tierra , como coordenadas de los polos terrestres y variaciones de la duración del día [ ​​5 ]
  • determinación de órbitas satelitales precisas para satélites artificiales con y sin dispositivos activos a bordo [ 6 ] [ 7 ]
  • monitorear la respuesta de la atmósfera a las variaciones estacionales en el calentamiento solar. [ 8 ]

La técnica SLR proporciona una capacidad única para la verificación de las predicciones de la teoría de la relatividad general , como el efecto de arrastre de marcos de referencia .

Las estaciones SLR constituyen una parte importante de la red internacional de observatorios geodésicos espaciales , que incluye los sistemas VLBI , GPS , DORIS y PRARE. En varias misiones críticas, SLR ha proporcionado redundancia a prueba de fallos cuando otros sistemas de seguimiento radiométrico han fallado.

Historia

Seguimiento láser de satélites en el Observatorio de Lustbühel, cerca de Graz, Austria.

La NASA realizó por primera vez mediciones de distancia mediante láser a un satélite cercano a la Tierra en 1964 con el lanzamiento del satélite Beacon-B. Desde entonces, la precisión de las mediciones, impulsada por las necesidades científicas, ha mejorado mil veces, pasando de unos pocos metros a unos pocos milímetros, y se han lanzado más satélites equipados con retrorreflectores.

Se instalaron varios conjuntos de retrorreflectores en la Luna como parte de los programas espaciales estadounidense Apolo y soviético Lunokhod . Estos retrorreflectores también se miden periódicamente ( mediante telemetría láser lunar ), lo que proporciona una medición muy precisa de la dinámica del sistema Tierra-Luna.

Durante las décadas siguientes, la red global de telemetría láser satelital se ha convertido en una poderosa fuente de datos para el estudio de la Tierra sólida y sus sistemas oceánicos y atmosféricos. Además, la telemetría láser satelital proporciona una determinación precisa de la órbita para misiones de altimetría radar espaciales que cartografían la superficie oceánica (utilizadas para modelar la circulación oceánica global), para cartografiar los cambios volumétricos en las masas de hielo continentales y para la topografía terrestre. Proporciona un medio para la transferencia de tiempo global en subnanosegundos y una base para pruebas especiales de la Teoría de la Relatividad General.

El Servicio Internacional de Medición Láser fue creado en 1998 [ 9 ] por la comunidad mundial de SLR para mejorar las actividades de investigación geofísica y geodésica, reemplazando a la anterior Subcomisión de Medición Láser y Satélites del CSTG.

Aplicaciones

Los datos del SLR han proporcionado el modelo de referencia estándar del campo gravitatorio de longitud de onda larga, de alta precisión, que respalda la determinación precisa de todas las órbitas y constituye la base para el estudio de las variaciones gravitatorias temporales debidas a la redistribución de masas. La altura del geoide se ha determinado con una precisión inferior a diez centímetros en longitudes de onda largas inferiores a 1500  km.

SLR proporciona determinaciones precisas (en milímetros por año) del movimiento de las estaciones de deriva tectónica a escala global en un marco de referencia geocéntrico. Combinados con modelos de gravedad y cambios decenales en la rotación terrestre, estos resultados contribuyen a la modelización de la convección en el manto terrestre al proporcionar restricciones sobre los procesos internos terrestres relacionados. La velocidad de la estación fiducial en Hawái es de 70  mm/año y coincide estrechamente con la tasa del modelo geofísico de fondo.

Lista de satélites

Lista de satélites pasivos

Se pusieron en órbita varios satélites dedicados a la medición de distancias por láser: [ 10 ]

Lista de satélites compartidos

Varios satélites transportaban retrorreflectores láser, compartiendo la plataforma con otros instrumentos:

Véase también

Referencias

  1. ↑ Kucharski, D.; Kirchner, G.; Bennett, JC; Lachut, M.; Sośnica, K.; Koshkin, N.; Shakun, L.; Koidl, F.; Steindorfer, M.; Wang, P.; Fan, C.; Han, X.; Grunwaldt, L.; Wilkinson, M.; Rodríguez, J.; Bianco, G.; Vespe, F.; Catalán, M.; Salmins, K.; del Pino, JR; Lim, H.-C.; Park, E.; Moore, C.; Lejba, P.; Suchodolski, T. (octubre de 2017). "Fuerza de presión de fotones sobre los desechos espaciales TOPEX/Poseidon medida por el alcance láser del satélite: aceleración de Topex" . Ciencias de la Tierra y del Espacio . 4 (10): 661– 668. doi : 10.1002/2017EA000329 .
  2. ↑ Pearlman, M.; Arnold, D.; Davis, M.; Barlier, F.; Biancale, R.; Vasiliev, V.; Ciufolini, I.; Paolozzi, A.; Pavlis, EC; Sośnica, K.; Bloßfeld, M. (noviembre de 2019). "Satélites geodésicos láser: una herramienta científica de alta precisión" . Journal of Geodesy . 93 (11): 2181– 2194. Bibcode : 2019JGeod..93.2181P . doi : 10.1007/s00190-019-01228-y . S2CID 127408940 . 
  3. ↑ Zajdel, R.; Sośnica, K.; Drożdżewski, M.; Bury, G.; Strugarek, D. (noviembre de 2019). "Impacto de la restricción de la red en la realización del marco de referencia terrestre basado en observaciones SLR a LAGEOS" . Journal of Geodesy . 93 (11): 2293– 2313. Bibcode : 2019JGeod..93.2293Z . doi : 10.1007/s00190-019-01307-0 .
  4. 1 2 Sośnica, Krzysztof; Jäggi, Adrian; Meyer, Ulrich; Thaller, Daniela; Beutler, Gerhard; Arnold, Daniel; Dach, Rolf (octubre de 2015). "Campo gravitatorio terrestre variable en el tiempo a partir de satélites SLR" . Journal of Geodesy . 89 (10): 945– 960. Bibcode : 2015JGeod..89..945S . doi : 10.1007/s00190-015-0825-1 .
  5. ↑ Sośnica, K.; Bury, G.; Zajdel, R.; Strugarek, D.; Drożdżewski, M.; Kazmierski, K. (diciembre de 2019). "Estimación de parámetros geodésicos globales utilizando observaciones SLR de Galileo, GLONASS, BeiDou, GPS y QZSS" . Tierra, Planetas y Espacio . 71 (1): 20. Bibcode : 2019EP & S...71...20S . doi : 10.1186/s40623-019-1000-3 .
  6. ↑ Enterrar, Grzegorz; Sośnica, Krzysztof; Zajdel, Radosław (diciembre de 2019). "Determinación de órbita multi-GNSS mediante alcance láser satelital" . Revista de Geodesia . 93 (12): 2447– 2463. Bibcode : 2019JGeod..93.2447B . doi : 10.1007/s00190-018-1143-1 .
  7. ↑ Strugarek, Dariusz; Sośnica, Krzysztof; Jäggi, Adrian (enero de 2019). "Características de las órbitas GOCE basadas en alcance láser por satélite". Avances en la investigación espacial . 63 (1): 417– 431. Código Bib : 2019AdSpR..63..417S . doi : 10.1016/j.asr.2018.08.033 . S2CID 125791718 . 
  8. ↑ Bury, Grzegorz; Sosnica, Krzysztof; Zajdel, Radoslaw (junio de 2019). "Impacto de la carga de presión atmosférica no mareal en parámetros geodésicos globales basados ​​en la medición láser satelital a GNSS". IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing . 57 (6): 3574–3590 . Bibcode : 2019ITGRS..57.3574B . doi : 10.1109/TGRS.2018.2885845 . S2CID 127713034 . 
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  10. ↑ "Servicio Internacional de Medición Láser" . Ilrs.gsfc.nasa.gov . Consultado el 20 de agosto de 2022 .
  11. ↑ Kucharski, Daniel; Kirchner, Georg; Otsubo, Toshimichi; Kunimori, Hiroo; Jah, Moriba K.; Koidl, Franz; Bennett, James C.; Lim, Hyung-Chul; Wang, Peiyuan; Steindorfer, Michael; Sośnica, Krzysztof (agosto de 2019). "Medición fotométrica hipertemporal de la reflectividad especular de espejos espaciales para el modelo de enlace de transferencia de tiempo láser". Advances in Space Research . 64 (4): 957– 963. Bibcode : 2019AdSpR..64..957K . doi : 10.1016/j.asr.2019.05.030 . S2CID 191188229 . 
  12. ↑ "Calsphere 1, 2, 3, 4" . Space.skyrocket.de . Consultado el 13 de febrero de 2016 .
  13. ↑ Lindborg, Christina. "Etalon" . Rusia y los sistemas de navegación . Federación de Científicos Americanos . Consultado el 10 de noviembre de 2012 .
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  17. ↑ "Servicio Internacional de Medición Láser" . Ilrs.gsfc.nasa.gov . Consultado el 20 de agosto de 2022 .
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Lecturas adicionales

  • Pavlis, Erricos C.; Luceri, Vincenza; Otsubo, Toshimichi; Schreiber, Ulrich (eds) Satellite Laser Ranging Journal of Geodesy Volumen 93, número 11, noviembre de 2019
  • "Medición de distancias mediante láser por satélite y ciencias de la Tierra" (PDF) . Servicio Internacional de Medición de Distancias mediante Láser de la NASA . Consultado el 23 de junio de 2009 .( dominio público )
  • Seeber, Günter (2003) Geodesia satelital Walter de Gruyter ISBN 9783110175493página 404
  • Kramer, Herbert J. (2002) Observación de la Tierra y su entorno: Estudio de misiones y sensores Springer ISBN 9783540423881págs. 131–132
  • Turcotte, Donald L. (ed.) (1993) Contribuciones de la geodesia espacial a la geodinámica. Washington, DC: American Geophysical Union Geodynamics Series, ISSN 0277-6669.
  • Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. (1985) Geodesia: una mirada al futuro NAP págs. 80-84
  • Sitio web del Servicio Internacional de Medición Láser
  • Estación de medición láser McDonald
  • Instalación de Geodesia Espacial de NERC
  • Retroreflectores en la Luna
  • Cúpula de obturador fijo (FSD) para cámaras réflex