Ar lāzera staru līdz satelītam

Lai gan Latviju kopumā nav pieņemts uzskatīt par augsto tehnoloģiju zemi, tomēr reizēm gadās dzirdēt par mūsu zinātnieku pasaules mēroga sasniegumiem atsevišķās nišu specialitātēs. Viena no šādām nišām ir cieši saistīta ar pasaules globālo ģeodēziju un arī ar ikdienas mērniecības jomai nepieciešamo precīzo koordinātu sistēmu monitoringu.

Uz Latvijas universitātes galvenās ēkas jumta esošais satelītu lāzera tālmērs ir diezgan unikāla ierīce pat starptautiskā mērogā. Izrādās, ka pasaulē kopumā ir tikai ap 40 šādu iekārtu, turklāt 5-6 no tām tapušas ar Latvijas Universitātes speciālistu līdzdarbību (kā Rīgā esošā lāzera tālmēra modifikācijas), saistībā ar pasūtījumiem no tādām valstīm kā Somija, Vācija un citas. Satelītu lāzera tālmēri tiek izmantoti ģeodēzisko satelītu orbītu mērījumiem globālo pasaules koordinātu sistēmu monitoringam, Zemes gravitācijas lauka pētījumiem, vides tālizpētes satelītu pozicionēšanai un daudziem ģeofizikas, vides un atmosfēras pētījumiem. Arī visu sistēmu Globālās navigācijas satelīti apgādāti ar gaismas reflektoriem lāzertālmēru mērījumu vajadzībām.

Satelītu lāzera tālmērs ar maksimāli precīza attāluma noteikšanu līdz orbītā riņķojošajiem satelītiem veic vairākas derīgas funkcijas. Viena no būtiskākajām – tas ļauj precīzi noteikt Zemes virsmas augstumu Rīgā un tās apkaimē. Sistēma sastāv no vairākiem smalkiem un dārgiem aparātiem, kuru darbības principos portālam Mernieks.lv ieskatu sniedza LU Ģeodēzijas un Ģeoinformātikas institūta pētnieks Augusts Rubans.
Attālums līdz satelītam tiek noteikts, izšaujot līdz tam lāzera stara 30 pikosekunžu garu gaismas impulsu, pēc tam sagaidot atstaroto signālu un no izmērītā laika intervāla izrēķinot gaismas noskrietā ceļa garumu. Ņemot vērā gaismas izplatīšanās milzīgo ātrumu (ap 300 000 km/sek), lai aprēķins būtu pēc iespējas precīzāks, jābūt maksimāli precīzai laika intervāla mērīšanai. To nodrošina apmēram 10 000 latu vērts „Event Timer” jeb hronogrāfs, ar kuru atkal ir pamats lepoties – Elektronikas un Datorzinātņu institūta speciālistu uzbūvētā ierīce ir viena no trim precīzākajām pasaulē (līdzīgas kvalitātes „Event Timer” ierīces izgatavo vēl tikai ASV un Francijā).
Attālums tiek noteikts ar precizitāti 6-8 mm. Papildus grūtības sagādā tas, ka arī pats satelīts, protams, ir kustībā, pārvietojoties ar ātrumu 7 kilometri sekundē. Nepieciešams ārkārtīgi īss lāzera gaismas impulss – 30 pikosekundes (viena pikosekunde atbilst triljonajai daļai no sekundes). Lai to nodrošinātu, darbojas vēl viena īpaša iekārta – optiskais kvantu ģenerators, kura vērtība ir ap 50 000 Ls. Interesanti, ka nosūtītā lāzera stara diametrs, nonākot līdz satelītam, ir sasniedzis jau 150 metrus.
No satelīta atpakaļ ceļojošais signāls ir ārkārtīgi vājš (daži kvanti). To ir jāpārvērš no gaismas impulsa elektroniskā impulsā un jāpastiprina. Šim nolūkam noder atnākošā signāla pastiprinātājs, kas impulsu pastiprina vismaz 700 000 reižu. Atsevišķi darbojas arī diskriminators, kas nosaka impulsa smaguma centru. Savukārt trīskārtējas filtrēšanas process paredzēts, lai „noķertu” īsto fotonu – aprēķinot no signāla starta laika tiek atvērti „vārti”, lai reģistrētu lāzera stara fotonus tikai 6-7 metru garā gaismas ceļa diapazonā, kurā ceļo arī mērījumam nepieciešamais atstarotais fotons.
Visu tehnoloģisko procesu koordinē un aprēķinus veic īpaša datorprogramma, kuras kodā esot ap 30 000 rindiņu. Arī šo programmatūru izstrādājuši Latvijas speciālisti – izcilas pieredzes un šīs jomas kvalifikācijas institūta vadošais pētnieks Ansis Zariņš. Savukārt pret pašu datortehniku īpašu prasību nav – procesoram un operatīvajai atmiņai pietiek ar standarta parametriem.
Vēl viena īpatnība ir tā, ka ar lāzera staru ir jātrāpa pie debess ātri kustīgajam satelītam, lidojošam līdz 7000 km augstumā. Optiski – mehānisko lāzertāmēra montāžu ir ar elektronisko sistēmu un datorprogrammu jāvada tā, lai kustīgo objektu varētu atrast, tam ar teleskopu sekot un nepārtraukti mērīt līdz tam attālumus. Pie lāzerteleskopa nav tradicionālā okulāra, kur pielikt aci, lai vizuāli redzētu. Taču šai sistēmā „okulārs” ir datora ekrāns, kur līdzīgi digitālajam foto aparātam saskatāms debess apgabala vizuālais attēls. Starp citu, spožākās zvaigznes saskatāmas arī dienā.
Latvijas lāzertālmēru speciālistu komanda izveidojusies jau padomju laikos Latvijas universitātes Astronomiskās observatorijas Zemes mākslīgo pavadoņu novērošanas stacijā. Viņi piedalījušies daudzos starptautiskos projektos un ir līdzautori daudzām satelītu lāzertālmēru konstrukcijām. Ģeodēzijas institūta speciālisti vērtīgu pieredzi guvuši arī strādājot NASA un arī pasaulē labākajā lāzerlokācijas stacijā Yarragadee, Austrālijā. Institūta lāzerkomandas galvenais mehānikas un optikas autors ir Māris Ābele, elektronikas speciālists Augusts Rubans un ļoti sarežģītās programmatūras autors Ansis Zariņš, bet projekta vadītājs ir Jānis Balodis.

Raksts publicēts

kategorijā

Autors:

Pēdējie komentāri

  1. Paldies par mana brāļa Jāņa Bikšes [3.] (pēc dzimtas uzturētā “Dzimtas koka” reģistra – Jānis [3.]) “Dzīves nodarbošanās vēstures” izveidi…

TWITTER FORUMS

Komentāri

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta. Obligātie lauki ir atzīmēti kā *