GPS 衛星の最もよく知られた用途は、車、船、飛行機で移動している場合でも、遠隔地をハイキングしている場合でも、人々が自分の位置を知るのに役立つことです。もう 1 つの重要だがあまり知られていない用途は、他の地球観測衛星に情報を送信し、地球の正確な測定を支援することです。レーザー再帰反射アレイ (LRA) は、測地学における地球の正確な測定に不可欠な全地球測位システム (GPS) 衛星の機能を進化させています。この技術により、地球の形状、回転、環境変化を正確に追跡することが可能になります。
GPS 衛星は、他の衛星に情報を中継することで地球の測定をサポートします。レーザー再帰反射アレイ (LRA) はこのプロセスを改善し、地球の形状と変化の研究である測地学の精度を高めています。レーザー再帰反射アレイにより、海面上昇や地殻変動などの地球規模の現象を監視するために重要な正確な距離測定が可能になります。
NASA と、米国宇宙軍、米国宇宙軍、米国海軍研究所、国家地理空間情報局を含むその他の連邦機関は、新しいレーザー再帰反射アレイ (LRA) を使用して、これらの測定の測位精度をミリメートル レベルまで向上させています。
「レーザー測距とLRAの主な利点は、すべての地球観測における地理位置情報の向上です」とメリーランド州グリーンベルトのNASAゴダード宇宙飛行センターのNASA宇宙測地学プログラムマネージャーのスティーブン・マーコウィッツ氏は述べた。
プロジェクトの科学者とエンジニアのチームは、今年初めにアレイが任務を遂行し、過酷な宇宙環境に耐えられることを確認するためにテストしました。これらの新しいレーザー再帰反射器アレイの最初の 1 つが最近、次世代の GPS 衛星に追加されるために、米国宇宙軍とコロラド州リトルトンのロッキード・マーチンに出荷されました。
レーザー再帰反射器アレイは、レーザー光の小さなビームを使用して物体間の距離を検出することにより、レーザー測距を可能にします。地上局から放射されたレーザー パルスは、周回衛星に向けられ、アレイで反射されて地上局に戻ります。光が地上から衛星に到達して戻ってくるのにかかる時間を使用して、衛星と地上の間の距離を計算できます。
レーザー測距とレーザー再帰反射アレイは、数十年にわたって宇宙ミッションの一部として使用されてきました。これらは現在、ICESat-2 (氷・雲・陸地標高衛星 2 号)、SWOT (地表水・海洋地形学)、GRACE-FO (重力回復および気候実験フォローアップ) などの地球観測衛星に搭載されており、これらの衛星の運用にとって重要です。レーザー測距用の LIDAR は、アポロ計画の際にも月面に配備されました。
「レーザー距離計は特別なミラーです。光を元の光源に直接反射するという点で通常のミラーとは異なります」とメルコウィッツ氏は述べた。
レーザー測距の場合、科学者はビームを元の光源に戻すことを望んでいます。これを行うために、彼らは 3 つの鏡を直角に配置し、基本的に立方体の内側の角を形成しました。レーザー再帰反射器アレイは、48 個のこのようなミラー コーナー アレイで構成されます。
ゴダード宇宙測地学プログラムの光学エンジニア、ザック・デニー氏は、「光がアレイに入射すると、90度の角度があるため、光は跳ね返り、一連の反射を繰り返しますが、出力角度は常に光が入射した角度と同じになります」と述べた。
測地学は、地球の形状、重力、回転、およびそれらが時間の経過とともにどのように変化するかを研究するものです。レーザー再帰反射アレイ上でのレーザー測距は、この研究における重要な技術です。
地球の表面は、プレートの移動、氷や雪の融解、その他の自然現象により、常に微妙な変化を起こしています。このような絶え間ない変化と、地球が完全な球体ではないという事実のため、地球の表面の測定値を決定する方法が必要です。科学者はこれを基準フレームと呼んでいます。
これらのアレイとレーザー測距は、軌道上の衛星を正確に特定するのに役立つだけでなく、地球上の地上局に正確な位置情報を提供します。この情報を使用すると、科学者は基準系の原点またはゼロ点である地球の質量中心を見つけることもできます。
測地学 - レーザー測距基準衛星 (LAGEOS レーザー地球力学衛星など) - は、地球の重心の位置をミリメートル単位の精度で継続的に決定するために使用されます。これらの測定値は、科学者が衛星測定値に経度と緯度を割り当て、地図上にプロットするために重要です。
津波や地震などの大きな出来事は、地球の重心に小さな変化を引き起こす可能性があります。ワシントンにある米国海軍研究所の研究エンジニア、リンダ・トーマス氏は、科学者はこれらの変化を定量化して理解するには、正確なレーザー測距測定が必要であると述べた。
海面上昇などの微妙だが重要な地球現象の衛星測定は、正確な基準系に依存しています。海面上昇の世界的な長期傾向とその季節的および地域的変動は年間わずか数ミリメートルです。科学者がこれらの変化を正確に測定したい場合、基準枠はこれらの変化よりも正確でなければなりません。
NASA 宇宙測地学プログラム科学者のフランク・ルモイン氏は、「幾何学は私たちの日常生活の基本的な部分です。なぜなら、幾何学は私たちがどこにいるのか、そして世界がどのように変化しているのかを教えてくれるからです。」と述べています。
コンパイルされたソース: ScitechDaily