Post on 02-Jan-2016
description
Lukáš Král
Laser mezi hvězdami
L. Král, Laser mezi hvězdami, Podzimní setkání APO, listopad 2005
Laserové měření vzdáleností družic
Satellite Laser Ranging (SLR) Určování vzdáleností umělých družic
Země pomocí laserového radaru (lidar) Cíl: získat přesné údaje o dráze družice
a jejích změnách K čemu je to dobré:
Geofyzika a geodézie – mapování gravitačního pole Země, měření pohybu kontinentů (desková tektonika) a změn tvaru Země
Zkoumání dynamiky pohybu družic Kalibrace měření z přístrojů na
družicích – výška hladiny oceánů aj. Kontrola jiných metod (GPS)
Síť SLR stanic
Dar přítele Lasera
Laser* = kvantový generátor světla na principu stimulované emise
Vynalezen 1960 (Maiman, rubín) Aktivní prostředí, buzení, zrcadla Možné výhody:
Svazek rovnoběžných paprsků Vysoká intenzita, krátké impulzy Koherence, úzká sp. čára
* Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
buzení
zrc.1 zrc.2akt. prostředí nelin. krystal
Laser na stanici v rakouském Grazu
L. Král, Laser mezi hvězdami, Podzimní setkání APO, listopad 2005
Laserové dálkoměry
Pulzní (jako radar) x modulační (geodeti) Měříme dobu letu světelného záblesku k
cíli a zpět -> vypočteme vzdálenost Zpoždění v atmosféře -> nutná oprava
300 – 20 000 km
Koutové odražeče
LAGEOS 1/2
ERS-1/2, Envisat
GPS 35/36
Apollo 14
Koutové odražeče na Měsíci
Lunochod Apollo 15
Jak krátké záblesky světla potřebujeme?
Krátký laserový impuls = lepší přesnost měření Laser v Grazu (špička pro SLR) ... 8 ps (~ 2,5 mm),
2000 pulzů za sekundu (d = 150 km)
Čas Světlo urazí...
1 s 300 000 km
1 ms (milisekunda) 300 km
1 s (mikrosekunda) 300 m
1ns (nanosekunda) 30 cm
1 ps (pikosekunda) 0,3 mm
1 fs (femtosekunda) 300 nm
Je takový laser nebezpečný?
Průměrný výkon 1 watt, průměr svazku 10 cm => kůži to nespálí, ale nebezpečí pro oči -> pozor na letadla
Ultrakrátké impulzy -> vysoký špičkový výkon(50 MW!) – v ohnisku čočky by to dělalo jiskry
Detektor jednotlivých fotonů
Zpět od družice se vrací většinou maximálně 1 foton-> potřebujeme velmi citlivý detektor, schopný navíc určit čas příchodu fotonu s pikosekundovou přesností
Speciální polovodičová dioda nebo spec. fotonásobič V Grazu používán polovodič. detektor vyvinutý na ČVUT Malá aktivní plocha (200 m) => zorné pole jen cca 1’
Dalekohled a montáž v Grazu Vysílač 10 cm refr., přijímač 50 cm Cassegrain Velmi přesná a rychlá montáž od fy Contraves
(navádění <5”, pohyb až 20o/s) Laser je o dvě patra níž, navedení přes coudé
Ovládací pult
L. Král, Laser mezi hvězdami, Podzimní setkání APO, listopad 2005
Sledované družice Nízké dráhy (< 1000 km nad zemí)
Topex/Poseidon, Jason – výzkum oceánů ERS-2, Envisat – dálkový průzkum Země Gravity Probe B – test obecné teorie relativity Champ, Grace – mapování grav. pole Země ICESat – polární led aj.
Vyšší dráhy LAGEOS, Etalon – geodetické GLONASS, GPS – navigační
LAGEOS
Etalon
TopexPoseidon Envisat Gravity Probe GPS GLONASS
L. Král, Laser mezi hvězdami, Podzimní setkání APO, listopad 2005
Přesnost měření Závisí především na délce pulzu, přesnosti časování
(detektor + elektronika), konstrukci odražečů, intenzitě odraženého světla a správnosti modelu atmosféry
Graz: nejlepší dosažená relativní přesnost kolem 2 mm z každého výstřelu;průměrování dat -> submilimetrová přesnost při měření družic vzdálených 800 km!!!Absolutní přesnost je kolem 1 cm
Můj výzkum: vliv turbulence v atmosféře (seeing) na rozptyl těchto měření – ukázal se být malý
L. Král, Laser mezi hvězdami, Podzimní setkání APO, listopad 2005
Měření vzdálenosti a polohy současně Nový projekt – měření vzdálenosti družice laserem a současně
měření její polohy CCD kamerou (astrometrie)-> kompletní 3D poloha družice v každém měřeném okamžiku
Meade LX200 16“ + CCD SBIG ST-10XME
L. Král, Laser mezi hvězdami, Podzimní setkání APO, listopad 2005
Nové možnosti laserového měření vzdálenosti
Přesné měření vzdáleností kosmických sond k jiným planetám – transpondéry
Vzájemné měření vzdáleností mezi sondami -> test obecné relativity, detekce grav. vln (LISA, ASTROD)
Laserové výškoměry na družicích planet (BepiColombo) Time Transfer by Laser Link (T2L2) – synchronizace
hodin na různých místech Země s pikosekundovou přesností
Přenos dat pomocí paprsku
A nakonec pár fotek...