激光锐利的GPS：可准确跟踪地球的形状、自转和环境变化不敢公布的秘密是什么？

激光反射器阵列正在提升 GPS 卫星功能，这对于在大地测量中准确测量地球至关重要。该技术可以准确跟踪地球的形状、自转和环境变化。

GPS卫星最著名的用途是帮助人们了解他们的位置，无论他们是驾驶汽车，驾驶船或飞机，还是在偏远地区徒步旅行。另一个重要但鲜为人知的用途是将信息分发给其他地球观测卫星，以帮助它们准确确定我们星球的测量值。

美国宇航局和其他几个联邦机构，包括美国太空部队、美国太空司令部、美国海军研究实验室和国家地理空间情报局，正在通过一套新的激光逆向反射器阵列将这些测量的位置提高到最接近的毫米。

“激光测距和LRA的主要好处是改善我们所有地球观测的地理位置，”美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心NASA空间大地测量项目项目经理Stephen Merkowitz说。

今年早些时候，参与该项目的一组科学家和工程师测试了这些阵列，以确保它们能够胜任任务并能够承受恶劣的太空环境。最近，第一批新的激光反射器阵列被运往科罗拉多州利特尔顿的美国太空部队和洛克希德马丁公司，以添加到下一代GPS卫星中。

激光反射器阵列如何工作?

激光反射器阵列允许激光测距，使用小脉冲激光来检测物体之间的距离。来自地面站的激光脉冲被引导到轨道卫星，然后从阵列反射并返回到空间站。光从地面传播到卫星所需的时间，反之亦然，可用于计算卫星与地面之间的距离。

几十年来，激光测距和激光逆向反射器阵列一直是太空任务的一部分，它们目前已安装并对地球观测卫星的运行至关重要，如冰、云和陆地高程 2 卫星、地表水和海洋地形和 重力恢复和气候实验后续。在阿波罗任务期间，用于激光测距的LRA甚至被部署在月球表面。

“上帝抵抗军是一面特殊的镜子，”默科维茨说。“它们与普通镜子不同，因为它们将光直接反射回其原始来源。

对于激光测距，科学家们希望将光束引导到原始光源。为此，他们以直角放置三面镜子，基本上形成了立方体的内角。激光逆向反射器阵列由 48 个镜面角组成。

“当光线进入光栅时，由于这些90度角，光线会反弹并产生一系列反射，但出射角仍将以与进入的角度相同的角度出现，”戈达德空间大地测量项目的光学工程师Zach Denny说。

激光反射器阵列将用于什么?

大地测量学是研究地球的形状，以及它的重力和自转，以及它们如何随时间变化。激光测距到激光逆向反射器阵列是本研究的一项关键技术。

由于构造板块的移动、冰层融化和其他自然现象，地球表面在微小地发生变化。随着这些不断的变化，以及地球不是一个完美的球体这一事实，必须有一种方法来定义地球表面的测量值。科学家称其为参考系。

这些网络和激光测距不仅有助于准确定位轨道上的卫星，而且还为地球上的地面站提供准确的定位信息。有了这些信息，科学家们甚至可以找到地球的质心，即参考系的原点或零点。

大地测量 - 激光测距到参考卫星，如激光地球动力学卫星 - 用于连续确定地球质心的位置，精确到毫米。这些测量结果对于科学家为卫星测量值分配经度和纬度并将其放置在地图上至关重要。

海啸和地震等大型事件会导致地球质心发生轻微变化。科学家需要精确的激光测距测量来量化和理解这些变化，华盛顿美国海军研究实验室的研究工程师琳达·托马斯说。

对海平面上升等微妙但重要的地面现象的卫星测量依赖于精确的参考系。全球海平面上升的长期趋势及其季节性和区域变化正以每年几毫米的速度发生。如果科学家想要准确地测量它们，参考框架需要比这些变化更精确。

“大地测量学是我们日常生活的基本组成部分，因为它告诉我们我们在哪里以及世界正在如何变化，”美国宇航局空间大地测量项目的科学家弗兰克·勒莫因说。