NASA 戈达德航天飞行中心激光研究员们想研发一种利用激光测距来确定和跟踪轨道碎片的方法。这种方法有望克服被动光学和雷达技术不足,是一种很有前途的方法。
澳大利亚一项研究表明,和其他方法相比,利用激光定位碎片的精度增加了10倍。受此启发,戈达德研究员想利用地球物理与天文观测台(GGAO)对其上述研究成果进行验证。GGAO卫星激光测距团队已经利用装备了后向反射器(retro-reflectors)的卫星,提高了激光测距技术。
GGAO直径1.2米(48英寸)的望远镜建于1970年代初,可发射出射激光束和接受入射激光束,用于激光测距、激光雷达和天文仪器的研发测试。这套设备已经扩展到用来测量卫星到行星表面的距离,为戈达德的测高航天器提供在轨校准。2005年,信使号探测器接近水星时,NASA使用该设备确定星上激光测高仪的能力。
一旦该团队验证可对无后向反射器的目标进行测距,就能实现利用该技术在全球地基激光天文台网络观测并更加精确地跟踪碎片。
激光测距,时机已到
尽管这些轨道垃圾难以自我清除,但NASA能使碎片对运行着的太空资产的影响降到最低。几年前,NASA已经着手相关研究,利用激光移动大型物体。他们可以将非运行的航天器移动到不拥挤的轨道,消除对新任务的威胁;或者让死卫星再入大气层烧尽。跟踪和监视这些资产,保护正在进行的和未来的任务避免潜在的撞击是最重要的。
例如,2012年,费尔米太空望远镜在轨道上与宇宙1805(一颗报废卫星)不期而遇。费尔米团队将飞行器上的推进器点火1秒钟,改变了费尔米的路径。这个规避机动动作不是卫星的常规任务,为了执行这些机动需要携带额外的燃料是一个昂贵的代价。另外,国际空间站在它的使命周期内,已经执行了15次规避撞击的机动,预计还有更多。
光学望远镜,它虽然能够跟踪阳光照射的碎片,但是只能提供较少的碎片高度的信息。此外,光学探测仅限于以黑暗天空为背景的物体。雷达能够提供一个距离范围,而不是提供轨道碎片的精确定位。典型的瞬时定位精确度可达几百米。但由于太阳风和粒子的拖拽,轨道变化意味着其预计位置将以千米级快速变化。
激光跟踪提供细节
利用激光测距,NASA可以收集更多数据,包括碎片的形状,尺寸,轨道投影和距离。同样也能跟踪垒球尺寸的目标,并且精度达到1米,当然这还取决于物体的形状和尺寸。
为了展示激光测距的功效,该团队计划将GGAO激光从当前的1.064微米更新到1.57,以便保护大量的能量在进入大气层时不会超出飞行器的视力安全的标准。他们把激光照射到天上寻找碎片,并使用返回光判断其轨迹,确定可移动范围。通过多次照射,提高探测精度。
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