چگونه بازتابنده های لیزری جهان را دوباره ترسیم می کنند؟

بازتابنده های لیزری (LRAs) قابلیت‌های ماهواره‌های GPS را ارتقا می‌دهند که برای اندازه‌گیری دقیق زمین در ژئودزی بسیار مهم هستند. این فناوری امکان ردیابی دقیق شکل، چرخش و تغییرات محیطی زمین را فراهم می کند.

به گزارش تکناک، شناخته شده ترین نوع استفاده از ماهواره های GPS برای کمک به افراد در شناخت موقعیت مکانی خود است، خواه رانندگی با ماشین، ناوبری کشتی یا هواپیما و پیاده روی در مناطق دورافتاده باشد.

یکی دیگر از کاربردهای مهم اما کمتر شناخته شده GPS، توزیع اطلاعات به دیگر ماهواره‌های زمین‌نما برای کمک به آنها در اندازه‌گیری دقیق سیاره ما است.

ناسا و چندین آژانس فدرال دیگر از جمله نیروی فضایی ایالات متحده، فرماندهی فضایی ایالات متحده، آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده و آژانس ملی اطلاعات جغرافیایی، دقت مکان این اندازه‌گیری‌ها را با مجموعه جدیدی از آرایه‌های بازتابنده لیزری تا حد میلی‌متر بهبود می‌دهند.

استفن مرکوویتز، مدیر پروژه پروژه ژئودزی فضایی ناسا در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرین‌بلت مریلند، گفت: مزایای اولیه برد لیزر و LRAها بهبود موقعیت جغرافیایی تمام مشاهدات زمین است.

گروهی از دانشمندان و مهندسان این پروژه اوایل سال جاری این آرایه‌ها را آزمایش کردند تا مطمئن شوند که به وظیفه خود عمل می‌کنند و می‌توانند در برابر محیط خشن فضا مقاومت کنند. اخیراً اولین مجموعه از این آرایه‌های بازتابنده لیزری جدید به نیروی فضایی ایالات متحده و لاکهید مارتین در لیتلتون کلرادو ارسال شد تا به نسل بعدی ماهواره‌های GPS اضافه شود.

انعکاس آرایه بازتابنده لیزری از طریق دستگاه تست

01
از 02
بازتابنده های لیزری چگونه کار می کنند؟

آرایه‌های بازتاب‌دهنده لیزری با استفاده از انفجارهای کوچک نور لیزر برای تشخیص فواصل بین اجسام، امکان انجام محدوده لیزری را فراهم می‌کنند. پالس های نور لیزر از یک ایستگاه زمینی به سمت یک ماهواره در مدار هدایت می شود که سپس از آرایه منعکس شده و به ایستگاه باز می گردد. مدت زمانی که طول می کشد تا نور از زمین به ماهواره برود و دوباره برگردد، می تواند برای محاسبه فاصله بین ماهواره و زمین استفاده شود.

برد لیزر و آرایه‌های بازتاب‌دهنده لیزری برای دهه‌ها بخشی از مأموریت‌های فضایی بوده‌اند و در حال حاضر بر روی ماهواره‌های بیننده زمین مانند ICESat-2 (Ice، Cloud و Land Elevation 2)، SWOT (Surface) نصب شده‌اند و برای کارکرد آن‌ها ضروری هستند. LRAها برای برد لیزری حتی در طول ماموریت های آپولو بر روی سطح ماه مستقر شدند.

مرکوویتز گفت: LRA ها آینه های خاصی هستند. آنها با یک آینه معمولی متفاوت هستند زیرا نور را مستقیماً به سمت منبع اصلی خود منعکس می کنند.

LRA در حال آزمایش در گدارد. انعکاس آبی رنگ از بازتابنده‌ها که قطر آنها 3.5 اینچ است، بازتاب دستکش‌هایی است که فردی که عکس را گرفته،‌ پوشیده بود در حالی که رنگ سیاه بازتاب لنز تلفن همراه او است

برای برد لیزر، دانشمندان تمایل دارند پرتوهای نور را به منبع اصلی برگردانند. آنها این کار را با قرار دادن سه آینه در زوایای قائم انجام می دهند که اساساً گوشه داخلی یک مکعب را تشکیل می دهند. آرایه های بازتابنده لیزری از آرایه ای از 48 گوشه آینه ای تشکیل شده است.

زک دنی که مهندس نوری برای پروژه ژئودزی فضایی در گدارد است، می‌گوید: وقتی نور وارد آرایه می‌شود، با توجه به آن زوایای 90 درجه، نور منعکس می‌شود و یک سری انعکاس می‌گیرد، اما زاویه خروجی همیشه با همان زاویه‌ای که وارد شده بیرون می‌آید.

02
از 02
بازتابنده های لیزری چه کمکی خواهند کرد؟

ژئودزی به معنای مطالعه شکل زمین و همچنین گرانش و چرخش آن و چگونگی تغییر همه آنها در طول زمان است. محدوده لیزری تا آرایه‌های بازتابنده لیزری یک تکنیک کلیدی در این مطالعه است.

سطح زمین به دلیل جابجایی صفحات تکتونیکی، ذوب شدن یخ ها و سایر پدیده های طبیعی به طور مداوم در حال تغییر است. با این جابجایی های ثابت و این واقعیت که زمین یک کره کامل نیست باید راهی برای تعیین اندازه گیری های سطح زمین وجود داشته باشد. دانشمندان این را چارچوب مرجع می نامند.

این آرایه‌ها و برد لیزری نه تنها به مکان‌یابی دقیق ماهواره‌ها در مدار کمک می‌کنند، بلکه اطلاعات موقعیت‌یابی دقیقی را برای ایستگاه‌های زمینی بر روی زمین فراهم می‌کنند. با این اطلاعات، دانشمندان حتی می توانند تا آنجا پیش بروند که مرکز جرم زمین را که مبدا یا نقطه صفر چارچوب مرجع است، پیدا کنند.

اندازه‌گیری‌های ژئودتیکی که طیف لیزری تا ماهواره‌های مرجع مانند LAGEOS (ماهواره‌های ژئودینامیک لیزری) هستند، برای تعیین دائمی مکان مرکز جرم زمین تا یک میلی‌متر استفاده می‌شوند. این اندازه‌گیری‌ها برای اینکه دانشمندان بتوانند طول و عرض جغرافیایی را به اندازه‌گیری‌های ماهواره‌ای اختصاص دهند و آن‌ها را روی نقشه قرار دهند، حیاتی هستند.

رویدادهای مهم مانند سونامی و زمین لرزه می توانند تغییرات کوچکی در مرکز جرم زمین ایجاد کنند. لیندا توماس، مهندس محقق در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده در واشنگتن، گفت: دانشمندان برای تعیین کمیت و درک این تغییرات به اندازه گیری های دقیق محدوده لیزری نیاز دارند.

اندازه‌گیری‌های ماهواره‌ای پدیده‌های ظریف اما مهم زمین، مانند افزایش سطح دریا، بر یک چارچوب مرجع دقیق متکی است. روند بلندمدت جهانی افزایش سطح آب دریاها و همچنین تغییرات فصلی و منطقه‌ای آن، تنها با میزان چند میلی‌متر در سال رخ می‌دهد. اگر دانشمندان بخواهند به طور دقیق آنها را اندازه گیری کنند، چارچوب مرجع باید دقیق تر از چنین تغییراتی باشد.

فرانک لمواین، دانشمند پروژه ژئودزی فضایی ناسا گفت: ژئودزی بخش اساسی زندگی روزمره ما است زیرا به ما می گوید کجا هستیم و جهان چگونه در حال تغییر است.