Jaki detektor najlepiej sprawdza się w pomiarach laserowych do satelitów LEO?

Na to pytanie naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu postarali się odpowiedzieć, badając jakość obserwacji techniki laserowych pomiarów odległości (SLR) do satelitów na niskich orbitach misji Swarm.

Rozlokowane na całej Ziemi stacje techniki SLR różnią się między sobą m.in. rodzajem zastosowanych detektorów, które odpowiedzialne są za prawidłową detekcję wiązki lasera i pracę systemów pomiaru czasu na stacjach. Wyróżnia się trzy podstawowe typy detektorów na stacjach SLR:
• kompensowana monofotonowa fotodioda lawinowa (Compensated Single-Photon Avalanche Diode, CSPAD),
• płytka mikrokanałowa (Micro-Channel Plate, MCP),
• cewka fotopowielająca (Photo-Multiplier Tube, PMT).

W badaniach wykorzystano precyzyjne orbity wyznaczone techniką GNSS oraz laserowe pomiary odległości do trzech satelitów misji Europejskiej Agencji Kosmicznej – Swarm, których głównym celem jest zbadanie pola magnetycznego Ziemi. Obserwacje laserowe dostarczone przez 27 stacji SLR z okresu ponad 3 lat podzielono według stacji wykorzystujących dany typ detektora i sprawdzono ich jakość względem różnych warunków pomiarowych, takich jak: kąt nadirowy satelity, położenie satelity względem Słońca i Ziemi, czy lokalny czas pomiaru.

Analizy pokazały, że stacje wyposażone w detektory CSPAD charakteryzują się najlepszą dokładnością obserwacji oraz wykazują najmniejszą zależność względem badanych warunków pomiaru. Natomiast stacje wyposażone w detektory MCP i PMT wykazują pewne zależności obserwacji, np. względem kąta nadirowego oraz gorszą dokładność obserwacji laserowych. Ponadto wykazano możliwość wykorzystania obserwacji laserowych wyłącznie do trzech satelitów Swarm nie tylko do walidacji ich orbit, ale również w celu wyznaczenia dokładnych współrzędnych stacji przy zastosowaniu techniki precyzyjnego pozycjonowania punktów (SLR-PPP).

Więcej na temat badań związanych z detektorami na stacjach SLR można przeczytać w najnowszym artykule w czasopiśmie „Measurement: Strugarek D., Sośnica K., Zajdel R., Bury G. (2021), „Detector-specific issues in Satellite Laser Ranging to Swarm-A/B/C satellites”.

Badania sfinansowane zostały przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu OPUS „Zintegrowane ziemskie układy odniesień przestrzennych oparte o laserowe pomiary odległości do satelitów geodezyjnych, teledetekcyjnych oraz GNSS”.

Źródło: IGiG