Лазерные отражатели NASA увеличат точность ДЗЗ и систем геопозиционирования

Лазерные световозвращатели (ранее в русском языке широко применялся термин «лазерный уголковый отражатель») – оптические устройства, изготовленные из специальных материалов – обладают способностью возвращать лазерный луч обратно к источнику излучения. Достичь этого эффекта возможно, если повернуть три зеркала под прямым углом — по сути, образуя внутренний угол куба. Матрицы лазерных световозвращательных состоят из множества таких зеркальных отражателей, выполненных со сверхвысокой точностью. Попадая в матрицу, свет отражается несколько раз, но угол на выходе луча всегда будет таким же, как и угол входа. Измеряя время прохождения импульса от источника лазерного излучения до световозвращателя и обратно, можно с высокой точностью определять расстояние до объекта, на котором установлено устройство.

Первый комплект лазерных световозвращательных элементов был отправлен Космическим силам США и компании Lockheed Martin для установки на спутники GPS следующего поколения. В начале этого года команда ученых и инженеров НАСА протестировала инструмент, чтобы убедиться, что он справляется со своими задачами и может быть использован в суровых условиях космического пространства.

Самое распространенное применение спутников GPS заключается в том, чтобы помочь человеку узнать свое местоположение. Однако они также способны передавать информацию на другие спутники наблюдения Земли, чтобы помочь им точно определять рельеф нашей планеты.

Поверхность Земли постоянно меняется из-за смещения тектонических плит, таяния льдов и других природных явлений. Учитывая это, а также тот факт, что Земля не является идеальной сферой, необходим инструмент для точного определения формы нашей планеты и фиксации изменений поверхности этой формы. Решетка (матрица) из лазерных световозвращательных элементов вкупе с  лазерными дальномерами не только помогает определять местоположение спутников на орбите, но и предоставляет точную информацию о местоположении наземным станциям на Земле. Располагая этой информацией, ученые могут найти центр масс Земли, или нулевую точку отсчета для геодезической системы координат. Это позволит с высокой точностью отслеживать, например, повышение уровня моря. Не имея сверхточной привязки к геодезическим координатам обнаружить это изменение практически невозможно.

Подобные измерения на геодезических спутниках, таких как LAGEOS, используются для постоянного определения местоположения центра масс Земли с точностью до миллиметра. Это необходимо, чтобы ученые могли определить долготу и широту спутниковых измерений и нанести их на карту.

Лазерная дальнометрия с помощью уголковых отражателей (световозвращателей) применяется в космонавтике уже более полувека. Лазерные уголковые отражатели установлены на многих спутниках,  таких как ICESat-2 для наблюдения за льдом, облаками и рельефом суши, SWOT для наблюдения за поверхностными водами и океаном, большинстве геодезических космических аппаратов и ряде других. Подобные инструменты также были установлены на советских «луноходах» и развернуты астронавтами на поверхности Луны во время полетов по программе «Аполлон», где они позволяли определять расстояние до нашего ночного светила с высокой точностью.