Satelity obserwacyjne Ziemi na niskich orbitach (LEO) wyposażone są m.in. w retroreflektory SLR i odbiorniki GNSS wykorzystywane w celu wyznaczenia ich precyzyjnych orbit. Przykładami satelitów LEO są misje grawimetryczne GRACE-A/B czy GRACE-FO, misje alitmetryczne Sentinel-3A/B, Jason-CS, czy misje magnetyczne Swarm-ABC. Precyzyjna informacja o pozycji satelitów LEO w przestrzeni kosmicznej jest kluczowa do realizacji zróżnicowanych celów misji LEO i zapewnienia precyzyjnych danych dostarczanych poprzez różnego typu sensory zamontowane na ich pokładzie.
Technika SLR jest wykorzystywana do niezależnej walidacji orbit LEO, wyznaczonych głównie przy użyciu danych techniki GNSS i dostarczonych przez różne centra obliczeniowe. Jednakże dotychczasowe rezydua obserwacji SLR i orbit GNSS dla satelitów LEO wskazują występowanie efektów systematycznych SLR, wynikających np. z opóźnień sprzętowych, błędów pomiaru czasu czy też błędów modelowania troposfery (rys.). Efekty te negatywnie wpływają na wyniki walidacji SLR i mogą zaburzać ich prawidłową interpretację.
W badaniach przetestowano dotychczas wykorzystywane metody redukcji efektów systematycznych w SLR, tj. korektę opóźnień sprzętowych i korektę współrzędnych stacji SLR, a także zaproponowano nowe podejścia uwzględniające korekty modelowania opóźnienia troposferycznego wiązki laserowej.
Jak się okazało, dominującym źródłem błędów w pomiarach laserowych nie są opóźnienia sprzętowe niezależne od mierzonej długości, lecz opóźnienia związane z błędami refrakcji sygnału laserowego w atmosferze ziemskiej. Zastosowane korekty troposfery w dużo lepszym stopniu zredukowały błędy systematyczne techniki SLR w porównaniu do wcześniej wykorzystywanych metod. Umożliwiło to poprawę zgodności pomiarów laserowych i mikrofalowych orbit satelitów LEO sięgającą 29% w stosunku do wcześniej stosowanych metod. Zastosowane podejście umożliwiło przeprowadzenie bardziej wiarygodnej walidacji orbit LEO dostarczonych przez różne centra obliczeniowe i wskazało obecną jakość pozycji satelitów Swarm sięgającą poziomu nawet 6 mm.
Więcej na temat badań dotyczących walidacji SLR orbit LEO można przeczytać w czasopiśmie „GPS Solutions” w najnowszym artykule:
Strugarek, D., Sośnica, K., Arnold, D. et al. 2022, Satellite laser ranging to GNSS-based Swarm orbits with handling of systematic errors . GPS Solut 26, 104 (2022).
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”, nr projektu: UMO-2019/35/B/ST10/00515.
