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GRACE-FO双星将借助激光技术精确测量地球重力场

来源:太平洋电脑网

  发布:星之球科技

关键词:激光技术 激光技术

2018-05-11

 美国宇航局(NASA)将于 5 月 19 号发射“重力恢复与气候实验的后续”任务(简称 GRACE-FO),旨在以前所未有的精度,绘制出地球的重力场。 借助一种叫做“激光测距干涉”的新技术,两颗卫星将在五年时间里收集重力异常图,其精度是此前 GRACE 任务的十倍。2017 年 10 月的时候,GRACE 任务的两颗轨道飞行器结束了它们的使命,然后以受控的方式重新进入了地球的大气层。
 
 
 
 
GRACE-FO 将演示使用激光(而不是微波)来更精确地测量两个航天器间距波动的有效性(图自:NASA / JPL-Caltech)
 
作为德美合作项目,GRACE-1 号和 GRACE-2 号于 2002 年发射升空,以密集队列的形式在近地轨道上运行着。其采用了微博测距系统,能够以微米级精度测量两者的间距(头发丝直径的 1/N)。
 
系统还结合了 GPS 追踪数据、星体追踪器的姿态数据、以及一个加速度计,以消除大气阻力、轨道衰减、太阳风压力等外部因素的干扰,为两者提供精确的速度和距离记录。
 
 
激光测距干涉仪(图自:阿尔伯特·爱因斯坦研究所)
 
通过这样做,科学家们可以测量每一次加减速的速度,以应对地球上的质量变化。当飞船绘制出山脉结构、地壳下岩浆变化、地震影响、以及全球水和冰盖流动时,这样的异常就像 X-射线进入了行星的内部。
 
不同的是,GRACE 依赖于微波来测量两者的间距,而 GRACE-FO 引入了精度水平更高的激光技术,但系统的整体原理还是一致的。
 
 
 
当卫星鱼贯环绕地球轨道时,这些移动的质量会改变下方的引力,并轻微影响两者的间距(图自:NASA / JPL-Caltech)
 
由 NASA 喷气动力实验室(JPL)和德国马克斯普朗克重力物理研究所 开发 的新型激光测距干涉仪,使用了仅为微波十分之一的波长来测距。在此之前,这项技术一直仅限于实验室。
 
不过在未来,这项技术还有望分辨超过 200 英里(300 公里)的直径,感兴趣的朋友可以通过下方 视频 来了解 GRACE-FO 的技术原理。
 
 
Crazy Engineering_ GRACE-FO( via )
 
NASA 表示,GRACE-FO 可用于两个距离 137 英里(220 公里)的运动物体,有点类似于用高能望远镜锁定一颗恒星 —— 但除非它有一个较低的动力瞄准镜,否则是很难达成的。
 
本例中,这些激光会向另一方发出闪烁信号,先激活、再分析任何接收到的可能配置,这大约需要 9 个小时。不过一旦被捕获并锁定,就只需 1ms 的时间来建立光连接。