W0-SATELITY, GEODEZJA SATELITARNA

Zastosowanie techniki laserowej do liczenia                                                                                                        orbit sztucznych satelitów Ziemi

POLITECHNIKA KOSZALIŃSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ, ŚRODOWISKA I GEODEZJI

KIERUNEK GEODEZJI I KARTOGRAFIA

ZASTOSOWANIE TECHNIKI LASEROWEJ                   DO LICZENIA ORBIT SZTUCZNYCH              SATELITÓW ZIEMI.

1.     

                                                        Księżyc jako naturalny satelita Ziemi

Źródło: http://ufoetnature.over-blog.com/article-la-terre-aurait-une-seconde-lune-temporaire-96812962.html

Naturalny satelita (księżyc) to ciało niebieskie pochodzenia naturalnego, obiegające planetę, planetę karłowatą lub planetoidę. Słowo „Księżyc” pisane wielką literą oznacza naturalnego satelitę Ziemi.

Zasady działania i budowy satelitów.

              „Satelita umieszczany jest na orbicie przy pomocy rakiety nośnej wielostopniowej. Po wyczerpaniu się paliwa w poszczególnych częściach rakiet nośnych części te są odrzucane i rakieta może lecieć dalej bez niepotrzebnego obciążenia. Rakieta nadaje satelicie prędkość konieczną do wyniesienia go i pozostania na orbicie, tzw. pierwszą prędkość kosmiczną, wynosząca ok. 7,9 km/s. Wystrzelenie kończy się, gdy ostatni element rakiety nośnej jest odrzucony, a sam satelita umieszczony na odpowiedniej wysokości nad Ziemią (ok. 160 km). Istotne jest, by orbita satelity znajdowała się ponad atmosferą (w przeciwnym wypadku działanie atmosfery mogłoby doprowadzić do wyhamowania i spalenia satelity).)

              Następny radziecki satelita to Sputnik-2. Był on pierwszym satelitą który wzniósł się na orbitę okołoziemską z żywą istotą. Tą istotą był pies o imieniu Łajka. W 2002 roku jeden z  członków zespołu Sputnik ujawnił, że Łajka przeżyła w kosmosie tylko kilka godzin.  . Podczas wystrzelenia Sputnika -2 Nie odczepiła się rakieta, które spowodowała, że na pokładzie było ok 40oC. Przez niewydolność kontroli temperatury w systemie pies Łajka przeżył tylko parę godzin na pokładzie satelity.

Rysunek 2  Sputnik II z Łajką

Źródło:( )

SZTUCZNE SATELITY  ZIEMI

GEODEZYJNE

ZADANIA

GEOFIZYCZNE

ZADANIA

ZADANIA SATELITÓW

1.precyzyjne pozycje stacji

2.roczne ruchy stacji

1.potencjał grawitacyjny, 2.powierzchna oceanu ,

3.zmiany wys. Oceanu,

4.badanie gór lodowych

WYSOKOŚĆ SATELIT

1500 km – 20000 km (powyżej atmosfery)

200 km – 1500 km

(satelita w atmosferze)

PRZYKŁADY SATELITÓW

Lageos – 1,2 h = 6000 km

Etalon – 1,2 h = 19000 km

GPS h = 20000 km (pomiary fazowe)

TOPEX/Posejdon

ERS – 1, ERS – 2, CHAMP

BUDOWA SATELITÓW

Satelity nieregularne z duży- mi bateriami słonecznymi

APARATURA

Zwierciadła SLR

Nadajnik GPS, zegar.

SLR, GPS, DOPLER, DORIS, Altimetr

DOKŁADNOŚĆ

Pozycje stacji

SLR (3 gen.) 5mm-1 cm

GPS 5mm- 1 cm

Pozycje stacji 5 – 7 cm, nie stosowane samodzielnie do celów geodezji precyzyjnej

Satelity  możemy podzielić ze względu na przeznaczenie:

1.    satelity badawcze (naukowe) - w skład których wchodzą:

a)    satelity astronomiczne satelity geodezyjne

b)   satelity biologiczne

c)    satelity oceanograficzne

d)   satelity geofizyczne

e)    satelity jonosferyczne

2.    e

a)    satelity geostacjonarne (np. : Meteosat, Geoes, GMS)

b)   satelity okołobiegunowe ( np. :Meteor, Terra, Metop)

c)    satelity teledetekcyjne ( np. Landsat, Resus)

3.    satelity nawigacyjne

4.    satelity technologiczne

5.    satelity telekomunikacyjne ( aktywne i pasywne)

6.    satelity rozpoznawcze ( np. szpiegowskie)

7.    stacje orbitalne

8.    teleskopy kosmiczne

              Drogę , jaką pokonuje satelita w przestrzeni kosmicznej nazywamy orbitą

3.2 Satelita Lageos –1 i Lageos- 2

Rys.3.Satelity LAGEOS pokryte są specjalnymi lustrami, dzięki którym , impuls laserowy przychodzący z Ziemi zostaje odbity.

     Lageos to satelita wyniesiony przez NASA na orbitę okołoziemską 4 maja 1976 roku z bazy sił powietrznych Vandenburg w Kalifornii.

     Lageos był pierwszym obiektem kosmicznym przeznaczonym do pomiarów laserowych o wysokiej dokładności, umożliwił zdobywanie danych z pomiarów laserowych, które zapewniają dokładność 1cm dla laserów 3 generacji umieszczonych na stacjach. Wysoka dokładność pomiarów  sprawiła, że dane te wykorzystywane są  do wyznaczania punktów na powierzchni Ziemi a także do wyznaczania ruchów rocznych tych punktów co pozwala wnioskować o lokalizacji obszarów aktywnych sejsmicznie oraz szacowania   trzęsień Ziemi i ich skutków w amerykańskim programie badawczym o nazwie  EARTH & OCEAN PHYSIC APPLICATIONS PROGRAM (EOPAP).

     Satelita Lageos 1 to kula o średnicy 60 cm, wadze 406,965 kg, pokryta pryzmatami, Jądro satelity jest wykonane z mosiądzu, a jego powierzchnia z aluminium, duża półoś orbity (na moment początkowy) wynosiła 12078 km, mimośród – 0,02 (średnia wysokość nad powierzchnią Ziemi – 5700 km) płaszczyzna orbity satelity nachylona jest względem równika pod kątem równym 109.84˚, średni ruch satelity wynosi n = 6,55 obiegów na jedną dobę.

     Satelita wyposażony został w 426 kołowych zwierciadeł laserowych o średnicy 3,8 cm, z których 424 przeznaczone będą do pomiaru odległości za pomocą laserów impulsowych, a dwa wykorzystywane będą do dopplerowskich pomiarów zmian odległości przy użyciu techniki SLR, działającej w paśmie podczerwieni. Reflektory te zostały  odizolowane od pozostałej masy satelity, co zapewnia większą stabilność ich temperatury, a zatem również lepsze ich własności optyczne.

     Symetryczne rozmieszczenie zwierciadeł laserowych na powierzchni satelity umożliwia redukcję pomiarów odległości „Ziemia – satelita” do środka ciężkości satelity z dokładnością ok. ± 5 mm. Dla tego satelity stosunek powierzchni do  masy jest bardzo korzystny (0,00688 cm²/g), a wpływ perturbacji niegrawitacyjnych, przede wszystkim bezpośredniego ciśnienia światła słonecznego i ciśnienia promieniowania odbitego, jest znikomy. Duża wysokość satelity nad powierzchnią Ziemi powoduje że satelita jest wolny od wpływu atmosfery.

     Satelita ten ze względu na wyniesienie na orbitę o dużym nachyleniu, którą obiega Ziemię od bieguna do bieguna, jest widoczny dla wszystkich stacji obserwacyjnych we wszystkich częściach świata. Stałość orbity jest tak wysoka, że nie zakłada się, że satelita zostanie spalony w atmosferze a więc czas życia satelity jest praktycznie nieskończony i satelita będzie krążył  przez wiele milionów lat. Satelita ten jest wykorzystywany do wyznaczania z możliwie największą dokładnością geocentrycznych współrzędnych, które służą do badań tektonicznych ruchów i deformacji kontynentów, zmian prędkości obrotu Ziemi i ruchu bieguna, sił pływowych oraz do utworzenia geocentrycznego układu odniesienia.

     Podstawową techniką, którą można obserwować satelitę Lageos 1, to technika laserowa. Pulsująca wiązka laserowa wysyłana ze stacji pomiarowych na Ziemi odbija się od zwierciadeł na Lageosie.

     Lageos został bardzo gęsto pokryty pryzmatami laserowymi co zapewnia dużą liczbę pomiarów w jednostce czasu i pozwala bardzo dokładnie wyznaczyć stabilną  orbitę co następnie pozwala uzyskać precyzyjne wyznaczenia następujących zjawisk :

·        dynamiki Ziemi,

·        ruchów płyt tektonicznych Ziemi,

·        ruchów bieguna i zmiany w ruchu precesyjnym Ziemi,

·        stałych pływów Ziemi,

·        inne kinetyczne i dynamiczne parametry wiążące się z szacowaniem trzęsień Ziemi i ostrzeganiem przed nimi.

     Dane pomiarowe z obserwacji Lageosa, przechowywane przez długi okres czasu, mogą być wykorzystywane do monitorowania

     Lageos 2, wyniesiony w przestrzeń kosmiczną w 1992, jest również pasywnym satelitą przeznaczonym wyłącznie do pomiarów laserowych. Ma on służyć nie tylko odbijaniu wiązki światła laserowego, ale również jego zadaniem jest rejestrowanie czasu podróży wiązki lasera w obie strony – z Ziemi do satelity i z satelity do Ziemi. Takie pomiary umożliwiają naukowcom dokładne mierzenie odległości między satelitą a Ziemią czy stacją pomiarową. Głównym celem misji Lageosa-2 jest wyznaczenie środka masy Ziemi,  monitorowanie ruchów skorupy ziemskiej, pomiar i zrozumienie ruchu obrotowego Ziemi dokoła własnej osi, zbieranie informacji o rozmiarach i kształcie Ziemi, a także bardziej dokładne określenie długości doby. Informacje powyższe mogą być szczególnie użyteczne do kontrolowania regionalnych ruchów skorupy ziemskiej związanych z trzęsieniami Ziemi, szczególnie w strefie Kalifornii i Basenu Morza Śródziemnego.

     Projekt Lageos 2 to wspólny program NASA i Włoskiej Agencji Kosmicznej AGENZIA

SPEZIALE ITALIANA (ASI), która wybudowała satelitę wykorzystując projekt bliźniaczego satelity Lageos-1. GODDARD SPACE FLIGHT CENTER (GSFC/NASA) testował sześciokątne pryzmaty z powierzchni Lageos’a-2 i zapewnił wahadłowiec SPACE SHUTTLE ( COLUMBIA).

Lageos 2 jest satelitą sferycznym zbudowanym z aluminium z rdzeniem mosiężnym. Ma także 60 cm. średnicy i waży 405,38 kg. Tak dobrane proporcje i c...