تحديد المدى بالليزر عبر الأقمار الصناعية

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
نظام تحديد المدى بالليزر في مرصد ويتزل الجيوديسي، بافاريا

يُعدّ قياس المسافة بالليزر عبر الأقمار الصناعية ( SLR ) طريقةً لقياس المسافة إلى الأقمار الصناعية في مدارات مركزية حول الأرض . ويتكون من مرصد فلكي مُجهز بليزر يُرسل نبضات ضوئية فائقة القصر . تصطدم هذه النبضات بالقمر الصناعي وترتد عائدةً إلى المحطة، التي تقيس زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا باستخدام معادلة سرعة الضوء . هذه القياسات فورية وبدقة تصل إلى مستوى المليمتر، ويمكن تجميعها لتوفير قياسات دقيقة للمدارات ومجموعة كبيرة من البيانات العلمية الهامة. تحتوي بعض الأقمار الصناعية على عاكسات ضوئية ، ولكن هذه الطريقة فعّالة أيضًا مع الحطام الفضائي . [ 1 ]

يُعدّ قياس المسافة بالليزر عبر الأقمار الصناعية تقنية جيوديسية مُثبتة ذات إمكانات كبيرة للإسهام بشكلٍ فعّال في الدراسات العلمية لنظام الأرض والغلاف الجوي والمحيطات. وهي التقنية الأكثر دقةً المتاحة حاليًا لتحديد الموقع الجغرافي المركزي للقمر الصناعي، مما يسمح بالمعايرة الدقيقة لأجهزة قياس الارتفاع الرادارية وفصل الانحرافات طويلة الأمد للأجهزة عن التغيرات الزمنية في تضاريس المحيطات.

إن قدرتها على قياس التغيرات بمرور الوقت في مجال جاذبية الأرض ومراقبة حركة شبكة المحطات بالنسبة إلى مركز الأرض، إلى جانب القدرة على مراقبة الحركة الرأسية في نظام مطلق، تجعلها فريدة من نوعها لنمذجة وتقييم تغير المناخ على المدى الطويل من خلال: [ 2 ]

  • توفير نظام مرجعي للارتداد ما بعد الجليدي ، وتكتونيات الصفائح ، ومستوى سطح البحر، وتغير حجم الجليد [ 3 ]
  • تحديد إعادة توزيع الكتلة الزمنية لنظام الأرض الصلبة والمحيط والغلاف الجوي [ 4 ]
  • تحديد معلمات اتجاه الأرض ، مثل إحداثيات قطب الأرض وتغيرات طول اليوم [ 5 ]
  • تحديد مدارات الأقمار الصناعية الدقيقة للأقمار الصناعية الاصطناعية المزودة بأجهزة نشطة على متنها أو بدونها [ 6 ] [ 7 ]
  • مراقبة استجابة الغلاف الجوي للتغيرات الموسمية في التسخين الشمسي. [ 8 ]

توفر تقنية SLR قدرة فريدة للتحقق من تنبؤات نظرية النسبية العامة ، مثل تأثير سحب الإطار المرجعي .

تُشكّل محطات SLR جزءًا هامًا من الشبكة الدولية لمراصد الجيوديسيا الفضائية ، والتي تشمل أنظمة VLBI و GPS و DORIS وPRARE. وفي العديد من المهام الحرجة، وفّرت SLR نظامًا احتياطيًا آمنًا عند تعطل أنظمة التتبع الإشعاعي الأخرى.

تاريخ

تتبع الأقمار الصناعية بالليزر في مرصد لوستبوهيل بالقرب من غراتس، النمسا

أجرت وكالة ناسا أول عملية قياس المسافة بالليزر إلى قمر صناعي قريب من الأرض عام 1964 مع إطلاق القمر الصناعي بيكون-بي. ومنذ ذلك الحين، تحسنت دقة قياس المسافة، مدفوعةً بالمتطلبات العلمية، بمقدار ألف ضعف، من بضعة أمتار إلى بضعة ملليمترات، كما تم إطلاق المزيد من الأقمار الصناعية المجهزة بعواكس ضوئية.

تم تركيب عدة مجموعات من العواكس الضوئية على سطح القمر كجزء من برنامجي أبولو الأمريكي ولونوخود السوفيتي . كما تُقاس هذه العواكس الضوئية بانتظام ( قياس المسافة بالليزر القمري )، مما يوفر قياسًا دقيقًا للغاية لديناميكيات نظام الأرض والقمر.

خلال العقود اللاحقة، تطورت شبكة تحديد المدى بالليزر عبر الأقمار الصناعية العالمية لتصبح مصدرًا قويًا للبيانات اللازمة لدراسة الأرض الصلبة ومحيطاتها وأنظمتها الجوية. إضافةً إلى ذلك، يوفر تحديد المدى بالليزر تحديدًا دقيقًا للمدارات لمهام مقياس الارتفاع الراداري الفضائي التي ترسم خرائط سطح المحيط (والتي تُستخدم لنمذجة دوران المحيطات العالمي)، ولرسم خرائط التغيرات الحجمية في الكتل الجليدية القارية، ولتحديد تضاريس الأرض. كما يوفر وسيلةً لنقل الوقت العالمي بدقة تصل إلى أجزاء من النانوثانية، وأساسًا لإجراء اختبارات خاصة لنظرية النسبية العامة.

تم تشكيل خدمة تحديد المدى بالليزر الدولية في عام 1998 [ 9 ] من قبل مجتمع تحديد المدى بالليزر العالمي لتعزيز أنشطة البحث الجيوفيزيائي والجيوديسي، لتحل محل اللجنة الفرعية السابقة لتحديد المدى بالليزر والأقمار الصناعية التابعة لمجموعة CSTG.

التطبيقات

وفرت بيانات قياسات المدى بالليزر نموذجًا مرجعيًا قياسيًا عالي الدقة لحقل الجاذبية ذي الطول الموجي الطويل، يدعم تحديد المدارات بدقة عالية، ويُشكل أساسًا لدراسة التغيرات الزمنية في الجاذبية الناتجة عن إعادة توزيع الكتلة. وقد تم تحديد ارتفاع الجيود بدقة تقل عن عشرة سنتيمترات عند أطوال موجية طويلة تقل عن 1500  كيلومتر.

توفر تقنية قياس المسافة بالليزر (SLR) قياسات دقيقة لحركة محطات الانجراف التكتوني على نطاق عالمي، وذلك باستخدام إطار مرجعي مركزي للأرض، حيث تصل هذه القياسات إلى ملليمترات في السنة. وبالاقتران مع نماذج الجاذبية والتغيرات العقدية في دوران الأرض، تُسهم هذه النتائج في نمذجة الحمل الحراري في وشاح الأرض من خلال توفير قيود على العمليات الداخلية ذات الصلة. تبلغ سرعة المحطة المرجعية في هاواي 70  ملليمترًا في السنة، وهي سرعة تتطابق تقريبًا مع معدل النموذج الجيوفيزيائي الأساسي.

قائمة الأقمار الصناعية

قائمة الأقمار الصناعية السلبية

تم وضع العديد من الأقمار الصناعية المخصصة لتحديد المدى بالليزر في المدار: [ 10 ]

قائمة الأقمار الصناعية المشتركة

حملت عدة أقمار صناعية عاكسات ليزرية، وتشاركت المنصة مع أجهزة أخرى:

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كوتشارسكي، د.؛ كيرشنر، ج.؛ بينيت، ج.س.؛ لاشوت، م.؛ سوسنيكا، ك.؛ كوشكين، ن.؛ شاكون، ل.؛ كويدل، ف.؛ شتايندورفر، م.؛ وانغ، ب.؛ فان، س.؛ هان، ش.؛ غرونوالدت، ل.؛ ويلكنسون، م.؛ رودريغيز، ج.؛ بيانكو، ج.؛ فيسبي، ف.؛ كاتالان، م.؛ سالمينز، ك.؛ ديل بينو، ج.ر.؛ ليم، هـ.-س.؛ بارك، إ.؛ مور، س.؛ ليبا، ب.؛ سوتشودولسكي، ت. (أكتوبر 2017). "قوة ضغط الفوتون على الحطام الفضائي TOPEX/Poseidon المقاسة بواسطة تحديد المدى بالليزر عبر الأقمار الصناعية: بدء دوران TOPEX" . علوم الأرض والفضاء . 4 (10): 661– 668. doi : 10.1002/2017EA000329 .
  2. ↑ بيرلمان، م.؛ أرنولد، د.؛ ديفيس، م.؛ بارلييه، ف.؛ بيانكالي، ر.؛ فاسيليف، ف.؛ تشيوفوليني، إ.؛ باولوزي، أ.؛ بافليس، إي سي؛ سوسنيكا، ك.؛ بلوسفيلد، م. (نوفمبر 2019). "الأقمار الصناعية الجيوديسية الليزرية: أداة علمية عالية الدقة" . مجلة الجيوديسيا . 93 (11): 2181-2194 . Bibcode : 2019JGeod..93.2181P . doi : 10.1007/s00190-019-01228-y . S2CID 127408940 . 
  3. ↑ زايدل، ر.؛ سوسنيكا، ك.؛ دروزدزيفسكي، م.؛ بوري، ج.؛ ستروجاريك، د. (نوفمبر 2019). "تأثير تقييد الشبكة على تحقيق الإطار المرجعي الأرضي بناءً على ملاحظات SLR إلى LAGEOS" . مجلة الجيوديسيا . 93 (11): 2293-2313 . Bibcode : 2019JGeod..93.2293Z . doi : 10.1007/s00190-019-01307-0 .
  4. 1 2 سوسنيكا، كريستوف؛ ياغي، أدريان؛ ماير، أولريش؛ ثالر، دانييلا؛ بيوتلر، غيرهارد؛ أرنولد، دانيال؛ داش، رولف (أكتوبر 2015). "مجال جاذبية الأرض المتغير مع الزمن من أقمار SLR الصناعية" . مجلة الجيوديسيا . 89 (10): 945-960 . Bibcode : 2015JGeod..89..945S . doi : 10.1007/s00190-015-0825-1 .
  5. ↑ سوسنيكا، ك.؛ بوري، ج.؛ زايدل، ر.؛ ستروجاريك، د.؛ دروزدزيفسكي، م.؛ كازميرسكي، ك. (ديسمبر 2019). "تقدير المعلمات الجيوديسية العالمية باستخدام ملاحظات SLR لأنظمة غاليليو، وغلوناس، وبيدو، وجي بي إس، وكويز إس إس" . الأرض والكواكب والفضاء . 71 (1): 20. Bibcode : 2019EP & S...71...20S . doi : 10.1186/s40623-019-1000-3 .
  6. ^ بوري، جريزيجورز. سوسنيكا، كرزيستوف؛ Zajdel، Radosław (ديسمبر 2019). "تحديد مدار النظام العالمي لسواتل الملاحة المتعدد باستخدام نطاق الليزر عبر الأقمار الصناعية" . مجلة الجيوديسيا . 93 (12): 2447– 2463. بيب كود : 2019JGeod..93.2447B . دوى : 10.1007/s00190-018-1143-1 .
  7. ^ ستروجاريك، داريوش؛ سوسنيكا، كرزيستوف؛ جاجي ، أدريان (يناير 2019). “خصائص مدارات GOCE بناءً على مدى الليزر عبر الأقمار الصناعية”. التقدم في أبحاث الفضاء . 63 (1): 417– 431. بيب كود : 2019AdSpR..63..417S . دوى : 10.1016/j.asr.2018.08.033 . S2CID 125791718 . 
  8. ↑ بوري، غريغورز؛ سوسنيكا، كريستوف؛ زايدل، رادوسلاف (يونيو 2019). "تأثير تحميل الضغط الجوي غير المدّي على المعايير الجيوديسية العالمية بناءً على قياس المسافة بالليزر عبر الأقمار الصناعية لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية". معاملات IEEE في علوم الأرض والاستشعار عن بعد . 57 (6): 3574-3590 . Bibcode : 2019ITGRS..57.3574B . doi : 10.1109/TGRS.2018.2885845 . S2CID 127713034 . 
  9. ↑ بيرلمان، مايكل ر.؛ نول، كاري إي.؛ بافليس، إريكوس س.؛ ليموين، فرانك ج.؛ كومبرينك، لودفيج؛ ديجنان، جون ج.؛ كيرشنر، جورج؛ شرايبر، أولريش (نوفمبر 2019). "نظام الإحداثيات الدولي للمسح الراديوي: الاقتراب من 20 عامًا والتخطيط للمستقبل". مجلة الجيوديسيا . 93 (11): 2161-2180 . Bibcode : 2019JGeod..93.2161P . doi : 10.1007/s00190-019-01241-1 . S2CID 127335882 . 
  10. ↑ "الخدمة الدولية لتحديد المدى بالليزر" . Ilrs.gsfc.nasa.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أغسطس 2022 .
  11. ↑ كوتشارسكي، دانيال؛ كيرشنر، جورج؛ أوتسوبو، توشيميتشي؛ كونيموري، هيرو؛ جاه، موريبا ك.؛ كويدل، فرانز؛ بينيت، جيمس س.؛ ليم، هيونغ تشول؛ وانغ، بييوان؛ شتايندورفر، مايكل؛ سوسنيكا، كريستوف (أغسطس 2019). "القياس الضوئي فائق السرعة لانعكاسية المرايا الفضائية لنموذج وصلة نقل الوقت بالليزر". التقدم في أبحاث الفضاء . 64 (4): 957-963 . Bibcode : 2019AdSpR..64..957K . doi : 10.1016/j.asr.2019.05.030 . S2CID 191188229 . 
  12. ↑ "كالسفير 1، 2، 3، 4" . Space.skyrocket.de . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 فبراير 2016 .
  13. ↑ ليندبورغ، كريستينا. "إيتالون" . روسيا وأنظمة الملاحة . اتحاد العلماء الأمريكيين . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 نوفمبر 2012 .
  14. ↑ سوسنيكا، كريستوف (1 أغسطس 2015). "حساسية LAGEOS لحركة المد والجزر المحيطية" . مجلة Acta Geophysica . 63 (4): 1181–1203 . Bibcode : 2015AcGeo..63.1181S . doi : 10.1515/acgeo-2015-0032 .
  15. ↑ كريستوف، سوسنيتسا (1 مارس 2015). "تأثير مقاومة الغلاف الجوي على مدارات الأقمار الصناعية ستارليت، ستيلا، أجيسائي، ولاريس" . الأقمار الصناعية الاصطناعية . 50 (1): 1-18 . Bibcode : 2015ArtSa..50....1S . doi : 10.1515/arsa-2015-0001 .
  16. ↑ "Larets" .
  17. ↑ "الخدمة الدولية لتحديد المدى بالليزر" . Ilrs.gsfc.nasa.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أغسطس 2022 .
  18. ↑ "ناسا – NSSDCA – المركبة الفضائية – التفاصيل" . Nssdc.gsfc.nasa.gov . 1999-06-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-02-13 .
  19. ^ سوسنيكا، كرزيستوف؛ جاجي، أدريان؛ ثالر، دانييلا. بيتلر، غيرهارد. داش ، رولف (أغسطس 2014). "مساهمة Starlette و Stella و AJISAI في الإطار المرجعي العالمي المشتق من SLR" (PDF) . مجلة الجيوديسيا . 88 (8): 789– 804. بيب كود : 2014JGeod..88..789S . دوى : 10.1007/s00190-014-0722-z . S2CID 121163799 . 
  20. ١ ٢ ٣ ٤ بيرلمان، م.؛ أرنولد، د.؛ ديفيس، م.؛ بارلييه، ف.؛ بيانكالي، ر.؛ فاسيليف، ف.؛ تشيوفوليني، إ.؛ باولوزي، أ.؛ بافليس، إي سي؛ سوسنيكا، ك.؛ بلوسفيلد، م. (نوفمبر ٢٠١٩). "الأقمار الصناعية الجيوديسية الليزرية: أداة علمية عالية الدقة". مجلة الجيوديسيا . ٩٣ (١١): ٢١٨١-٢١٩٤ . Bibcode : 2019JGeod..93.2181P . doi : 10.1007/s00190-019-01228-y . S2CID 127408940 . 
  21. ↑ ستروجاريك، داريوس؛ سوسنيكا، كريستوف؛ ياغي، أدريان (يناير 2019). "خصائص مدارات GOCE بناءً على قياس المدى بالليزر للأقمار الصناعية". التقدم في أبحاث الفضاء . 63 (1). إلسيفير: 417-431 . Bibcode : 2019AdSpR..63..417S . doi : 10.1016/j.asr.2018.08.033 . S2CID 125791718 . 
  22. ↑ كازميرسكي، كاميل؛ زايدل، رادوسلاف؛ سوسنيكا، كريستوف (أكتوبر 2020). "تطور جودة المدار والساعة لحلول GNSS المتعددة في الوقت الحقيقي" . حلول GPS . 24 (4): 111. Bibcode : 2020GPSS...24..111K . doi : 10.1007/s10291-020-01026-6 .
  23. ^ سوسنيكا، كرزيستوف؛ ثالر، دانييلا. داش، رولف. ستيجنبرجر، بيتر؛ بيتلر، غيرهارد. أرنولد، دانيال. جاجي ، أدريان (يوليو 2015). "ليزر الأقمار الصناعية يتراوح بين GPS و GLONASS" . مجلة الجيوديسيا . 89 (7): 725–743 . بيب كود : 2015JGeod..89..725S . دوى : 10.1007/s00190-015-0810-8 .
  24. ^ سوسنيكا، كرزيستوف؛ برانج، لارس. كاميرسكي، كامل؛ بيري، جرزيجورز؛ دروزدفيسكي، ماتيوس؛ زاجديل، رادوسلاف؛ هداس ، توماش (فبراير 2018). "التحقق من صحة مدارات جاليليو باستخدام SLR مع التركيز على الأقمار الصناعية التي يتم إطلاقها في مستويات مدارية غير صحيحة" . مجلة الجيوديسيا . 92 (2): 131– 148. بيب كود : 2018JGeod..92..131S . دوى : 10.1007/s00190-017-1050-x .
  25. ^ سوسنيكا، كرزيستوف؛ زاجديل، رادوسلاف؛ بيري، جرزيجورز؛ بوسي، ياروسلاف؛ مور، مايكل. معصومي ، سالم (أبريل 2020). "تقييم جودة مدارات IGS التجريبية المتعددة الأنظمة العالمية لسواتل الملاحة" . حلول نظام تحديد المواقع . 24 (2): 54. بيب كود : 2020GPSS...24...54S . دوى : 10.1007/s10291-020-0965-5 .
  26. ↑ "IRNSS: معلومات عن العاكسات" . ilrs.cddis.eosdis.nasa.gov . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25-03-2019 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-03-2019 .
  27. ↑ سوسنيكا، ك.؛ بوري، ج.؛ زايدل، ر. (16 مارس 2018). "مساهمة كوكبة أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية المتعددة في الإطار المرجعي الأرضي المشتق من قياسات طول سطح البحر". رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 45 (5): 2339-2348 . Bibcode : 2018GeoRL..45.2339S . doi : 10.1002/2017GL076850 . S2CID 134160047 . 
  28. ^ ستروجاريك، داريوش؛ سوسنيكا، كرزيستوف؛ أرنولد، دانيال. جاجي، أدريان؛ زاجديل، رادوسلاف؛ بيري، جرزيجورز؛ Drożdżewski، ماتيوس (30 سبتمبر 2019). "تحديد المعلمات الجيوديسية العالمية باستخدام قياسات المدى بالليزر عبر الأقمار الصناعية للأقمار الصناعية Sentinel-3" . الاستشعار عن بعد . 11 (19): 2282. بيب كود : 2019RemS...11.2282S . دوى : 10.3390/rs11192282 .
  29. ^ كوستس، فنسنت. جاسك، كارين؛ سينجينيس، بيير؛ سالسيدو، كورين؛ إمبريالي، ستيفان؛ دو اللعبة ، كريستيان (2017/11/01). “تطوير مصفوفة عاكس الليزر (LRA) لـ SARAL”. في كادواكي، ناوتو (محرر). المؤتمر الدولي للبصريات الفضائية – ICSO 2010 . المجلد. 10565. ص 105652 ك. بيب كود : 2017SPIE10565E..2KC . دوى : 10.1117/12.2309261 . رقم ISBN   9781510616196.

للمزيد من القراءة