Satelliittilaser Tuukka Mattila, Topi Rikkinen, Anton Aronen, Ville Joensuu
Historia Vuodesta 1964 alkaen NASA ja Goddard Space Flight Center Beacon Explorer 22B (1964) 5 kuussa olevaa heijastinta (1969 alkaen) SLR-verkko Missiot Geodeettiset Maan tutkimus Paikannus Kokeellinen tiede
Kehitys Suuri apu: Lopputuotoksia Maahan ja kuuhun liittyvä tiede Yleinen suhteellisuusteoria Fysiikan perusteet Lopputuotoksia Maan massakeskipiste ja mittakaava (TRF) Laattatektoniikka ja maankuoren muutokset Painovoimakenttä Maan asento ja pyöriminen (napaliike ja päivän pituus) Meret ja jää Maan massajakauma Avaruustekniikka
Nykytila Noin 50 satelliittia, joita seurataan satelliittilaserilla Aktiivisia maa-asemia 56 International Laser Ranging Service Mukana noin 30 maata ympäri Maailmaa
Havaittavat satelliitit
Maa-asemat
Tulevaisuus Satelliittilaserin käyttö planeettojen välillä avaruusluotainten avulla Tarkat planeettojen väliset etäisyysmittaukset Ajansiirto Optinen kommunikointi Aurinkokunnan planeettojen tarkat kiertoradat Suurempi tarkkuus fysiikan tutkimuksessa Double-ended laser transponders Maa-asema lähettää laserpulssin -> Luotain havaitsee pulssin ja lähettää välittömästi takaisin Paluusignaalin voimakkuus vs. passiivinen prisma
Tulevaisuus
Tulevaisuus Maa-asemien uudistaminen NASA:n NGSLR(Next Generation Satellite Laser Ranging) Automatisoitu silmäturvallinen havaintoasema Seuraa satelliitteja 24/7 aina 20 000 km asti Kustannustehokkaampi Luotettavampi Senttimetri tarkkuus yksittäisessä mittauksessa 1 mm tarkkuus LAGEOS
Sovelluskohteet Geodesia Fysiikka Ympäristön tutkimus
Geodeettiset sovelluskohteet Tärkeä osa maahan sidottujen vertauskehysten määritystä Maa-asemien sijainnin määritys suhteessa massakeskipisteeseen Maan massakeskipisteen sijainti Vuodesta 1987 massakeskipisteen sijainti muutaman mm tarkkuudella Earth Orientation Parameters, erityisesti napaliike UT1 ja nutaatio myös teoriassa mahdollisia, mutta eivät tarkkoja Maan painovoimakenttä Kiinteän maan, merien ja ilmakehän massajakauma
Sovelluskohteita Tarkin menetelmä satelliittien radan määritykseen Tutka-altimetrien kalibrointi Maa-asemien liikkeen määritys suhteessa maan massakeskipisteeseen Yleisen suhteellisuusteorian oletusten todentaminen Tarkin keino määrittää GM-arvoa Käyttökohteita mm. geodesiassa ja geofysiikassa
Merkitys Ilmastonmuutoksen tutkimus Mannerjäätiköt, merenpinnan korkeus, post-glasiaalinen maannousu Mannerlaattojen liikkeiden määritys Auttaa maan vaipassa tapahtuvien prosessien tutkimuksessa
Tekniikka (1) Laser Ajastin Fotonidetektori Teleskooppi TOPI Valitsen kuvan joskus
Tekniikka (2) Laser Fotonidetektori Ajastin + kello Neodyymi-Vanadaatti (Nd:Van) 2 kHz toistotataajuus, pulssin kesto n. 10ps Energia ~0,4mJ Pieni SNR Fotonidetektori Tulee kyetä vastaanottamaan muutaman fotonin paluusignaali SDAP = Single Photon Avalanche Diode MCP = Micro-Channel Plate Ajastin + kello Interval counter Yksi pulssi kerrallaan 2. Event timer Käyttää ns. Aikaleima Monta pulssia kerrallaan Esim. HTSI MLRO Event Timer 12 signaalia TOPI
Satelliitit Prismaheijastin missä tahansa satelliitissa Missioita Kaukokartoitusmissiot, GNSS, kokeelliset satelliitit, geodeettiset satelliitit Grace 1 & 2, 4 kpl; Champ, 4 kpl; Envisat, 9 kpl; QZS-1, 56 kpl; ERS-1, 9 kpl Missioita 123 jo päättyneitä 49 aktiivista 14 varmistuneita Passiiviset SLR-satelliitit Lageos 1 & 2, 1976, 1992 ”The Lageos satellites are the basis of the ILRS contribution to ITRF” Etalon 1 & 2, 1989 Starlette & Stella, 1975, 1993 (!) Ajisai, 1986 GFZ-1, 1995-1999 WESTPAC-1, 1998-2002 TOPI Kuva: Aeritalia
Lähteet International Laser Ranging Service, http://ilrs.gsfc.nasa.gov/ Seeber, Satellite Geodesy, 2nd edition, 2003 International Laser Ranging Service, http://ilrs.gsfc.nasa.gov/docs/2006/degnan_0603.pdf National Aeronautics and Space Administration, http://cddis.gsfc.nasa.gov/ngslr/docs/NGSLR- SGP_Presentation_092711_v5x_jlfm.pdf International Laser Ranging Service, http://ilrs.gsfc.nasa.gov/docs/slrover.pdf Satellite Laser Ranging and Earth Science (PDF). NASA International Laser Ranging Service