籍由卫星激光测距技术“射月”

时间:2015-01-15 14:29来源:中国科学院作者:yeyan 点击:
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摘要:从地球到NASA月球勘察轨道器(LRO)的激光测距工作是卫星激光测距50年历史中的一个里程碑。

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  从地球到NASA月球勘察轨道器(LRO)的激光测距工作是卫星激光测距50年历史中的一个里程碑。

 

  LRO于2009年发射,在2014年,仍旧环绕着月球运行。这是第一架位于地球轨道之外且由激光长期跟踪的航天器,激光站设在马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)的NASA戈达德太空飞行中心以及其他设施处。

 

  自早期一直参与卫星激光测距工作的前戈达德中心研究员约翰·德格南(John Degnan)说:“激光测距的优势在于精度,哪怕在最早期的实验中,这一点都是显而易见的。”德格南目前是西格玛航天公司的首席科学家。

 

  对于地球轨道上的卫星来说,激光测距工作要追溯到1964年,当时人们在戈达德光学研究设施(也就是现在的戈达德地球物理学与天文学观测站)进行了第一批成功的实验。一个科学小组将当时尚属新颖的红宝石激光射向了运行在地球大气高层中的探险者22号卫星。这颗卫星又名信标探险者B,其上装备有反射镜阵列,专门为将激光信号传回发射点而设计。研究者测量出,他们与卫星的距离是600英里(约合966千米),测量精度最高可达10英尺(3米)左右,这比当时微波雷达可以达到的最高精度还要高上约25倍。

 

 

  在这张2008年拍摄的照片中,NASA月球勘察轨道器激光测距系统正在接受发射前的测试。地球上的激光测距让人们可以以大约4英寸(10厘米)的精度跟踪航天器的位置。说明文字全文请点击(图片提供:NASA’s Goddard Space Flight Center/Bill Hrybyk)

 

  激光测距很快就成了标准技术。在50年的发展史中,人们使用该技术跟踪了超过150颗卫星,还测量了月面5组反射镜阵列的距离。

 

  对于LRO的激光测距来说,激光脉冲是从戈达德中心的新一代卫星激光测距系统以及其他全球激光站发出的。以每小时3600英里的速度运行的探测器接收了以每秒大约24万英里(30万千米)的速度运行的绿色激光脉冲。这样的测量精度大约是4英寸(10厘米)。(从探测器返回地球的激光脉冲抵达时间是通过无线电遥测技术传递的。)

 

  激光测距技术提供的高精度使得LRO可以完成一项重要的任务——绘制详尽的地形图,揭示出月球表面地貌的高度。

 

  为了绘制这样的地形图,探测器的月球轨道激光高度计(LOLA)每秒要向月面发射28次激光脉冲,来确定信号传回探测器所需要的时间。信号来回的时间被转化为距离测量结果,再结合探测器在轨道上的精确位置信息,就可以转化为地形图了。

 

  LRO已经对月球表面超过65亿个地点进行了测绘,并提供了对地表坡度斜率的测量。探测器接收到的返回信号还含有地貌平滑度的信息。

 

  LRO的任务科学家约翰·凯勒(John Keller)说:“我们对月球表面形态和结构的了解胜过了太阳系中包括地球在内的其他天体。”

 

  LRO的追踪脉冲还曾被用于演示地球和卫星之间的激光通信。2013年,任务科学家报告称,通过戈达德中心发送给LRO的激光脉冲,他们成功对《蒙娜丽莎》的图像进行了逐像素传输。

 

  人们还在更远的距离上测试过激光测距技术。2005年5月,戈达德中心成功与前往水星途中的信使号探测器交换了激光脉冲。地球与探测器之间当时的距离是1500万英里(2430万千米),测量精度高于8英寸(20厘米)。那年晚些时候,地球发出的激光脉冲被4970万英里(8000万千米)之外的一架火星轨道探测器成功探测到。

 

  NASA的戈达德中心研发并管理着LRO探测器以及LOLA仪器。LRO探测器是由华盛顿NASA总部科学任务理事会的NASA行星科学分部提供赞助的。新一代卫星激光测距系统是由NASA总部的地球科学分部赞助的。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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