40 лет, LAGEOS устанавливает планку для исследований Земли

4 мая 1976 года НАСА запустила спутник, напоминающий по форме пушечное ядро, который преобразовал исследования о форме Земли, вращении и гравитационном поле.

LAGEOS – сокращение от лазерные геодинамические спутники – был первым орбитальным аппаратом НАСА, посвященным прецизионной измерительной технике, названный лазерным сцеплением. С его помощью ученые измеряли движение тектонических плит Земли, обнаруживали нарушения во вращении планеты, оценивали их, и отслеживали небольшие сдвиги в центре масс.

Небольшие отклонения орбиты спутника были использованы для разработки ранних моделей гравитационного поля Земли. Дальнейшие возмущения в орбите помогли объяснить, как нагрев от солнца небольших объектов может повлиять на их орбиты, в том числе астероидов, сближающихся с Землей.

Окончательно построенный, 900-фунтовый (около 400 килограммов) спутник является инертным, без бортовых датчиков или электроники и без каких-либо движущихся частей. Его ядро ??из латуни покрыто алюминиевой оболочкой, которая усеяна 426 отражателями, что делает спутник похожим на гигантский мяч для гольфа.

“LAGEOS изящно прост – шар покрыт отражающими призмами”, сказал Стивен Меркович, руководитель проекта космической геодезии НАСА в агентстве космического центра управления полетами Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. “Но это установило новый стандарт для лазерной классификации и обеспечило 40 лет продолжительности для этих измерений”.

Спутник был запущен с авиабазы ??Ванденберг в Калифорнии. Проектированием, разработкой и строительством орбитального корабля управлял Marshall Space Flight Center НАСА в Хантсвилле, штат Алабама.

LAGEOS путешествует по стабильной круговой, от полюса к полюсу, орбите более 3600 миль (5900 километров) над поверхностью Земли. На этой высоте – средней земной орбите – спутник чувствует очень малое сопротивление атмосферы и может наблюдаться наземными станциями на разных континентах одновременно.

На протяжении многих лет, 183 станции по всему миру подсоединялись к LAGEOS, и десятки продолжают сейчас. Лазерный импульс передается от наземной станции и отскакивает от одного из отражателей спутника, направляя часть сигнала обратно на станцию. Время, которое требуется импульсу, чтобы сделать это путешествие туда и обратно, измеряется точно и используется для вычисления расстояния между спутником и станцией.

Эта техника называется спутниковым лазерным сцеплением. Делая эти измерения время от времени, позиция станции на данный момент – относительно центра масс Земли – может быть определена. Отсюда, неуловимые изменения в позициях станций относительно друг друга могут быть вычислены.

Одной из первоначальных целей LAGEOS было предоставить точные измерения движений основных пластин, которые составляют земную кору. К тому времени был запущен спутник, была создана теория тектоники плит, уже поддерживались доказательства спрединга морского дна и магнитных образцов в земной коре. Тем не менее, остаются вопросы о том, сколько пластины двигались в наше время и как эта информация может быть применена, чтобы помочь понять землетрясения.

“Что было пропущено – способ для измерения скорости и направления движения пластины со временем”, сказал Франк Лемоин, ученый-геофизик Годдарда.

Спутниковое лазерное сцепление началось до LAGEOS, но ранние измерения были точны порядком около 3 футов (1 метра). LAGEOS позволит достичь точностей менее половины дюйма (1 см) – уровень, необходимый для обнаружения тектонического движения плит. Современные измерения улучшились еще в 10 раз.

“В то время люди не могли полагать, что мы можем фактически направить спутниковое выведение на орбиту на этой высоте с такой высокой точностью”, сказал Эррикос Ппавлис, исследователь Университета штата Мэриленд, округ Балтимор.

Эти точные измерения позволили также обнаружить небольшие неравномерности вращения Земли, вызванные движением масс в атмосфере и океане, и полярного движения – миграция оси вращения планеты. Ранжирование в LAGEOS было достаточно хорошим чтобы выявить малые возмущения в орбите спутника, который послужил основой для ранних моделей гравитации Земли. Спутник был также использован для обнаружения скачков земной коры в тех регионах, где она немного сплющилась, когда древние ледяные пласты покрывали площадь Гудзонова залива, Финляндии и Скандинавии.

“Сегодня мы видим Землю как единую систему, с формой планеты, вращения, атмосферы, гравитационного поля и движения континентов связанными между собой. Мы принимаем это как должное сейчас, но LAGEOS помогли нам прийти к этой точке зрения”, сказал Дэвид Э. Смит, который был ученым проекта LAGEOS в Годдарде, а в данный момент в Массачусетском технологическом институте в Кембридже.

Почти идентичная сестра спутника, LAGEOS-2, была запущена в 1992 году как совместное предприятие итальянского космического агентства и НАСА. Этот спутник движется по дополнительной орбите, и оба они позволяют более широкий спектр исследований. Данные этой пары были использованы для подтверждения одного предсказания общей теории относительности Эйнштейна: перемещения рамок. Это крошечное возмущение орбиты объекта вокруг массивного вращающегося центрального тела, называется гравитационный магнетизм или эффект Лензе-Тирринга.

LAGEOS также привел к открытию других тонких эффектов. Один из них был сезонный эффект Ярковского, крошечная тормозная сила, которая возникает, когда солнечный свет нагревает одну сторону космических аппаратов и космический аппарат позже выделяет это тепло. Это сопротивление является изменением оригинального эффекта Ярковского, которое происходит из-за вращения спутника вокруг своей оси. Сезонная версия происходит во время своей орбиты вокруг Земли.

Сезонный эффект Ярковского – наряду с другими мизерными силами – понижает орбиту LAGEOS на долю дюйма (около 1 миллиметра) каждый день.

“Эти и другие эффекты представляют особый интерес в последнее время, потому что они могут перенаправить орбиты мелких объектов, таких как околоземные астероиды”, сказал Дэвид Рубинкэм, ученый Годдарда участвующий в этих исследованиях.

OSIRIS-REX, космический аппарат НАСА, будет исследовать эффект Ярковского как часть своей миссии для изучения астероида Бенну и вернет образец на Землю для анализа.

В эти дни LAGEOS является частью созвездия спутников, которые помогают установить и поддерживать земную систему отсчета, которая связывает вместе навигационные системы по всему миру и служит фундаментальной ссылкой для межпланетной навигации космических аппаратов. Два спутника LAGEOS имеют уникальную роль определения происхождения, или центральную точку земного отсчета, основанную на центре масс Земли.

Все еще крепкий в его 40-летний юбилей, LAGEOS представляется вращающимся вокруг Земли в течение миллионов лет. С этой мыслью орбитальный аппарат несет указание, созданное Карлом Саганом. Большая часть указания посвящена трем группам, каждая из которых с картой Земли в различную эпоху. Верхняя панель представляет Землю 268 миллионов лет назад, когда континенты были объединены в единую землю. Средняя панель показывает конфигурацию современных континентов. Последняя панель проектирует конфигурацию 8,4 млн лет в будущем, когда спутнику было первоначально предсказано, наконец, упасть на Землю.

“Много оптимизма воплощено в этом сообщении будущему”, сказал Меркович. “Оно представляет собой видение, которое пошло на запуск спутника, предназначенного для работы в грядущие века.”

(с) www.nasa.gov/fe…

На фото: Техник работает над моделью LAGEOS.
Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center

www.nasa.gov/si…

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *