ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР
координатно-временного и навигационного обеспечения

Лазерные измерения новых КА GPS улучшат их технические характеристики.

После восьми лет исследований лазерные отражатели будут размещены на спутниках GPS типа Block III, начиная с КА в рабочей точке 9 (SV-9), запуск аппарата в которую ожидается в 2019 году.

Лазерная дальнометрия (SLR) КА GPS должна повысить точность орбит, что также увеличит точности координатных решений и расчёт времени потребителя.

Лазерная станция посылает короткий лазерный импульс, который отражается от уголкового элемента на борту КА и возвращается на станцию. Измеряя время, которое потребуется лазерному импульсу для преодоления расстояние до КА и обратно, можно получить расстояние «станция – КА». Лазерные измерения позволят внести необходимые поправки в радио измерения станций слежения GPS, которые используютс эфемериды (таблицы с элементами орбиты) КА GPS, рассчитанные по псевдодальностям кодовых измерений или фазе несущей частоты и связаны с бортовым атомным стандартом частоты (с ботовыми часами). В декабре 2012 года, директор НАСА Чарльз Болден, генерал Космического командования ВВС (AFSPC’s) Уильям Шелтон, и генерал стратегического командования Роберт Келер согласовали план установки лазерных светоотражателей (LRAs) на спутники GPS III SVS. Решение принято по результатам анализа и обсуждения в различных гражданских и военных государственных органах США и связано с возрастающими требованиями к точности позиционирования.

В 2006 году рабочая группа выработала набор ожидаемых требований к GPS для удовлетворения будущих геодезических и научных потребностей и определила, что только лазерная дальнометрия даёт единственное реальное решение по расчёту и исправлению систематических ошибок в координатах КА и системах отсчета. Пробные результаты лазерных светоотражателей, размещенных на бортах двух КА Block IIA: GPS-35 и 36, подтвердили свои преимущества.

В системе GPS используется система координат WGS 84, которая периодически обновляется Национальным агентством геопространственной разведки (NGA) с учетом геофизических процессов, таких как движения тектонических плит, которые влияют на расположение опорных станций GPS. Наблюдались смещения плит на 1,8 мм в год, при этом ошибка станций слежения превышала 5мм в год. Используя ГНСС GPS, NGA стремится согласовать между собой основные координатные системы ITRF и WGS84. При построении системы координат ITRF используются данные ряда подсистем: SLR - лазерной дальнометрии; VLBI – сети радиоинтерферометров со сверхдлинной базой РСДБ; DORIS – доплеровских спутниковых измерений (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite); лазерные измерения геодезических КА, таких как LAGEOS и LARES.
Международная геодезическая ассоциация (IAG) в рамках Глобальной системы геодезической наблюдений (GGOS) собирает и анализирует эти данные. Хотя сейчас точность систем координат ITRF и WGS 84 отвечает большинству требований, но развитие науки в области исследования Земли вновь требует повышать достигнутую точность. Так GGOS и Национальный исследовательский совет призвали к достижению точности ITRF до 1мм, а её стабильности до 0,1мм в год.

ILRS (Международная служба лазерной дальнометрии), которая расположена в Центре управления полетами NASA Годдар, Гринбелт, штат Мэрилэнд, будет заниматься лазерными измерениями КА системы GPS. Лазерная дальнометрия GPS будет использовать оптические сигналы с длиной волны 5320 А и 1064 А (ангстрем), а отражательная способность лазерных уголковых элементов будет оптимизирована для таких длин волн. Проектирование лазерных уголковых элементов для GPS III финансируется NASA и в настоящее время разрабатывается NRL.

ESA (Европейское космическое агентство).
Телескоп лазерной дальнометрии на передвижной интегральной геодезической обсерватории Tigo в Консепсьоне, Чили, совершил лазерную дальнометрию первого спутника Galileo 27 ноября 2011 года.

По данным информационного бюллетеня Института Навигации США.

Комментарий Информационно-аналитического Центра:

Все российские КА системы ГЛОНАСС оборудованы лазерными ретрорефлекторами (ЛРР). Как тип, лазерные измерения сыграли очень важную и положительную роль в становлении системы ГЛОНАСС:

1. каждый КА оборудован лазерными ретрорефлекторами;
2. ещё в 1989г. на орбиту, близкую ГЛОНАСС были выведены два российских КА «ЭТАЛОН-1» и «ЭТАЛОН-2». Они предназначались для использования в выборе модели сил, действующих на КА ГЛОНАСС в полёте. Объекты «ЭТАЛОН-1 и 2» имеют форму шара диаметром ≈ 1.3 м. и массой 1340 кг., с равномерно расположенными на поверхности уголковыми отражателями для получения лазерных измерений. В результате проведённых с КА «ЭТАЛОН-1,2» исследований была выбрана оптимальная модель сил и мерный интервал (оптимальный интервал проведения измерений). Эти объекты до сих пор представляют самостоятельный интерес, как геодинамические и служат при определении параметров вращения Земли и других задачах геодинамики.

Следует отметить, что система ГЛОНАСС привлекала пристальное внимание во всём мире именно ещё и потому, что каждый КА был оборудован ЛРР. В 1998 году был проведён международный эксперимент по системе ГЛОНАСС (IGEX-98), в результате которого определялись орбиты всех КА системы, как радиотехническими, так и лазерными средствами.

Результаты эксперимента превзошли все ожидания. В кампании IGEX-98 участвовали:

• Глобальная сеть из более чем 60 станций с навигационными приёмниками, 30 лазерных дальномерных станций слежения в 25 странах.
• Текущие данные собирались всеми станциями в течение 6 месяцев, они в архивированном виде есть в НАСА Центр космических полетов имени Годдарда (GSFC) и Национальном географическом институте (IGN). Этот набор данных - ценный актив, который доступен для использования любому исследователю.
• Были получены точные орбиты, как по лазерным измерениям дальностей SLR, так и с помощью радиотехнических измерений 11 различными группами с результирующей точностью между собой от 20 до 50 см.
• Технологический университет, Вена определил обобщённые орбиты на основе многих частных решений. Данные орбиты также находятся в архивированном состоянии в НАСА GSFC и IGN.
• Три частных производителя и один университет представили двухчастотные приёмники для КА ГЛОНАСС и GPS, которые прошли полное тестирование и это также является результатом IGEX-98.
• Много различных пакетов ПМО (например, BAHN, Bernese, GIPSY), которые были разработаны сначала для GPS, теперь могут обработать данные ГЛОНАСС и определять регулярно их орбиты.
• Доработаны форматы обмена данными RINEX и орбитами SP3 с тем, чтобы включать систему ГЛОНАСС.
• Получены параметры перехода по связи систем координат ПЗ-90, WGS 84 и ITRF.