Спутниковая лазерная локационная станция Института космических исследований Австрийской академии наук в обсерватории Люстбюэль. Фото: доктор Кристиан Кеттенбах.
Что общего между гравитационным полем Земли и траекториями спутников и космического мусора? Гравитационное поле Земли влияет на орбиты наших спутников в космосе, а изменения орбит, в свою очередь, позволяют сделать выводы об изменении гравитационного поля и, следовательно, существующих водных масс.
В проекте COVER Институт геодезии Технического университета Граца теперь объединил измерения гравитационного поля с помощью спутников с методом измерения спутниковой лазерной локации (SLR), тем самым значительно улучшив как расчеты гравитационного поля, так и наблюдение за объектами в космосе, а также прогнозирование их орбит. .
Результаты были включены в программное обеспечение системы объектно-ориентированного программирования для восстановления гравитации (GROOPS), которое Институт геодезии предоставляет бесплатно через GitHub.
Точное разрешение длинноволнового гравитационного поля Земли.
«Спутниковые миссии Grace, Grace Follow-on и ранее GOCE предоставили действительно ценные данные для расчета гравитационного поля Земли. используя эти миссии», — говорит Сандро Краусс из Института геодезии Технического университета Граца.
С другой стороны, измерения с помощью SLR могут очень точно разрешить эту длинноволновую часть. Для этого сеть станций SLR направляет лазер на спутник с помощью ретрорефлекторов, которые отражают излучаемый лазерный свет. Измеряя время путешествия, положение спутников можно определить с точностью до сантиметров, а посредством многократных измерений также можно обнаружить изменения орбиты, вызванные изменениями массы на поверхности Земли.
«Если объединить SLR с другими методами спутниковых измерений, гравитационное поле можно будет рассчитать гораздо точнее, поскольку вы сможете точно определить все длины волн гравитационного поля. Это позволит нам более детально определить водные массы, присутствующие на Земле.
«В то же время мы можем использовать данные, полученные в результате измерений, для гораздо более точного прогнозирования положения спутников и космического мусора, их местонахождения, картографирования с помощью SLR и очень точного прогнозирования их будущих орбит, что способствует большей безопасности на орбите. «
В настоящее время на орбите Земли находится около 40 000 объектов космического мусора размером более 10 сантиметров; существует около 1 миллиона штук размером 1 сантиметр и больше. Они движутся со скоростью около 30 000 км/ч и не все летят в одном направлении.
Таким образом, столкновение будет иметь весьма серьезные последствия и уничтожит спутники и поставит под угрозу жизнь людей на космических станциях или других пилотируемых космических кораблях. Это делает еще более важным определение орбит всех объектов и максимально точное предсказание их будущих траекторий.
Сантиметры вместо километров
В настоящее время радиолокационные измерения используются для мониторинга всех объектов космического мусора, но их точность ограничена. А существующие орбитальные прогнозы страдали еще и тем, что их точность составляла лишь несколько километров. Впоследствии это затруднило их обнаружение. Совместно со спутниковой лазерной локационной станцией Института космических исследований Австрийской академии наук в обсерватории Люстбюэль здесь был достигнут решающий прогресс.
Институт геодезии использовал собственные силовые модели, с помощью которых можно определить положение спутника или мусора с точностью около 100 метров. Это облегчило их точное отслеживание и запись с помощью геодезического лазера. Дальнейшие измерения во время последующих пролетов предоставили еще более точную картину поведения орбиты, что позволило исследователям улучшить прогнозы.
«Для прогнозирования орбиты нам необходимо смоделировать все силы, действующие на спутники», — говорит Торстен Майер-Гюрр из Института геодезии Технического университета Граца. «Сюда также входит гравитационная сила Земли, на которую влияет наличие таких масс, как вода.
«Сочетание нашего моделирования орбиты с измерениями SLR теперь позволяет гораздо более точные расчеты в нашем программном обеспечении GROOPS, которое свободно доступно каждому. Насколько нам известно, мы единственные, кто предлагает такой комплексный пакет для определения гравитационного поля». определение орбиты и обработка SLR бесплатно.
«Доступ к открытому исходному коду дает нам то преимущество, что мы очень быстро получаем обратную связь, если что-то необходимо улучшить».
Информация от: Технологическим университетом Граца
