地球の重力場と、衛星や宇宙デブリの軌道の共通点は何か?地球の重力場は宇宙の仲間の軌道に影響を与え、軌道の変化から重力場の変化、ひいては存在する水塊についての結論を導き出すことができる。
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COVERプロジェクトでは、グラーツ工科大学の測地学研究所が、衛星を使用した重力場測定と衛星レーザー測距 (SLR) の測定方法を組み合わせ、重力場の計算と宇宙の物体の観測およびその軌道予測の両方を継続的に改善した。
その結果は、測地学研究所がGitHub経由で無料で提供している重力回復オブジェクト指向プログラミングシステム(GROOPS)ソフトウェアに組み込まれている。
地球の長波重力場の正確な解像度
グラーツ工科大学測地学研究所のサンドロ・クラウス氏は、次のようにコメントする。
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衛星ミッションのグレース、グレース・フォローオン、そして以前のGOCEは、地球の重力場を計算するための本当に貴重なデータを提供してきました。しかし、大陸サイズの質量をカバーする重力場の長波長は、これらのミッションを使用しても十分には分解できません。
一方、SLRによる測定では、この長波長部分を非常に正確に分解できた。これを行うには、SLRステーションのネットワークが、発射されたレーザー光を反射する反射鏡を備えた衛星にレーザーを向ける。
移動時間を測定することで、衛星の位置をセンチメートル単位で特定でき、複数の測定を通じて、地球表面の質量の変化に起因する軌道の変化も検出できる。
サンドロ・クラウス氏：SLRを他の衛星測定方法と組み合わせると、重力場のすべての波長を正確に分解できるため、重力場をより正確に計算できます。これにより、地球上に存在する水塊をより詳細に特定できます。同時に、測定から得られたデータを使用して、衛星や宇宙ゴミの位置をより正確に予測し、それらの位置を特定し、SLRでマッピングし、将来の軌道を非常に正確に予測することができ、軌道上の安全性の向上に貢献します。
現在、地球の周りを周回している宇宙ゴミは、大きさが 10 センチメートルを超えるものが約4万個、1センチメートル以上のものが約100万個あります。宇宙ゴミは時速約3万kmで移動しており、すべてが同じ方向に飛んでいるわけではない。
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したがって、衝突するとかなり大きな影響が生じ、衛星が破壊され、宇宙ステーションや他の有人宇宙船に乗っている人間の生命が危険にさらされることになる。そのため、すべての物体の軌道を特定し、将来の軌道をできるだけ正確に予測することがますます重要になっている。
キロメートルではなくセンチメートル
現在、すべての宇宙デブリの監視にはレーダー測定が使用されているが、その精度には限界がある。また、既存の軌道予測も、数キロメートル以内の精度しかなかったという問題があった。
そのため、デブリの位置特定がさらに困難になった。オーストリア科学アカデミー宇宙研究所のルストビューエル天文台にある衛星レーザー測距ステーションと協力して、ここで決定的な進歩が遂げられた。
測地学研究所は、衛星やデブリの位置を約100メートルの精度で特定できる独自の力モデルを使用した。これにより、測量レーザーでデブリを正確に追跡して記録することが容易になったという。
その後のフライバイ中にさらに測定を行った結果、軌道の挙動がさらに正確に把握され、研究者は予測を改善することができた。
グラーツ工科大学測地学研究所のトルステン・マイヤー＝ギュール氏は、次のようにコメントする。
軌道予測には、衛星に働くすべての力をモデル化する必要があります。
これには、水などの質量の存在によって影響を受ける地球の重力も含まれます。軌道モデルとSLR測定を組み合わせることで、誰でも無料でアクセスできるGROOPSソフトウェアで、はるかに正確な計算が可能になります。私たちの知る限り、重力場決定、軌道決定、SLR処理のためのこのような包括的なパッケージを無料で提供しているのは私たちだけです。このオープンソースアクセスの利点は、改善が必要な場合に非常に迅速にフィードバックを得られることです。
