8.1. Практическая реализация квазиинерциальной системы координат

Для того, чтобы в целях геодезии и на заданном уровне точности практически реализовать квазиинерциальную систему координат, qf-ществуют по крайней мере две возможности.

Первая возможность состоит в том, чтобы наблюдать квазары мето­дом радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой — РСДБ [18,21,27]. Напомним, что квазары — это естественные небесные объекты, находя­щиеся на практически бесконечно больших расстояниях от Земли. Эти расстояния составляют десятки-сотни миллионов световых лет. Други­ми словами, сейчас радиотелескопы принимают радиоизлучение кваза­ров, которое было порождено и излучено квазарами тогда, когда челове­чества на Земле не существовало и, возможно, не существовало и орга­нической жизни. И все многие миллионы лет это радиоизлучение рас­пространялось со скоростью света. По причине столь большого удаления от Земли угловые размеры квазаров не превышают одной тысячной доли угловой секунды. Поэтому радиосигнал, пришедший от квазара на Зем­лю, обладает высокой степенью пространственной когерентности [27]. Не менее важно, что квазары, опять же по причине столь большой удален­ности от Земли, не имеют заметных собственных движений на уровне той же тысячной доли угловой секунды. Следовательно, направления на ква­зары фиксируют квазиинерциальную систему координат именно на уров­не ошибки в тысячную долю угловой секунды: 0".001.

Вторая возможность практически реализовать квазиинерциальную систему координат состоит в том, чтобы методом лазерной локации на­блюдать специально запущенные для этой цели геодезические искусст­венные спутники Земли типа LAGEOS и ЭТАЛОН. О спутниках этого типа несколько подробнее написано в следующем подразделе 8.2. В первом приближении можно считать, что плоскости орбит таких спутников со­храняют неизменное положение в инерциальной системе координат. Однако на самом деле на движение таких спутников вокруг Земли влия­ет целый ряд факторов: сложная структура поля силы тяжести Земли (в первую очередь, сжатие Земли), земные приливы, притяжение Луны и Солнца, солнечный ветер, магнитное поле Земли, другие факторы. Вли­яние всех этих факторов на движение спутника возмущает это движение и приводит к тому, что положение плоскости орбиты спутника в инерци­альной системе координат с течением времени изменяется.

То, что такие возмущения в движении геодезического искусственного спутника Земли имеют место, — это и плохо и хорошо. Проблема состоит в том, что эти возмущения следует, для реализации квазиинерциальной системы координат, учитывать на необходимом уровне точно­сти- Для этого разработаны весьма совершенные методы. Положитель­ный же аспект проблемы состоит в следующем. Определяя возмущения в орбитальном движении спутников, оценивают влияние факторов, воз­мущающих орбитальное движение спутника. Это дает возможность изу­чать обобщенную структуру гравитационного поля Земли.

8.2. Геодезические искусственные спутники Земли

Вокруг Земли, помимо спутников GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС, вра­щаются искусственные спутники, предназначенные исключительно для решения задач высшей геодезии и геодинамики. Эти спутники наблюда­ют Методом Лазерной Локации — Satellite Laser Ranging (SLR). Каж­дый такой спутник представляет собой массивный металлический шар диаметром около полуметра. На поверхности спутника укреплены угол­ковые (трипельпризменные) отражатели. Именно до этих отражателей и измеряют дальности с помощью спутниковых лазерных дальномеров, установленных на станциях слежения. Станции слежения более или ме­нее равномерно расположены на континентах и на близэкваториальных островах Тихого, Индийского и Атлантического океанов, типа Гавайс­ких островов и острова Сан Диего. На территории России имеются не­сколько таких станций слежения. Ошибка измерения дальности от спут­никового лазерного дальномера до спутника имеет порядок одного сан­тиметра в зависимости от точности самого лазерного светодальномера.

Для того, чтобы привести конкретные примеры, кратко опишем гео­дезические спутники двух типов — спутники LAGEOS и спутники ЭТА­ЛОН. Существуют и другие спутники, предназначенные для решения задач геодезии и геодинамики.

Американский спутник LAGEOS — Laser GEOdinamic Satellite - представляет собой сферу диаметром в 60 сантиметров и массой в 411 килограммов. На сорока процентах поверхности спутника расположено4 уголковых (трипельпризменных) отражателя. Существуют два спутника типа LAGEOS. Каждый спутник вращается на орбите высотой в 12270 километров, период обращения равен 3 часам и 45 минутам, угол наклона орбиты к плоскости экватора равен примерно 109,9 градусам.

Существуют два российских (советских) спутника ЭТАЛОН. Конструкция спутника ЭТАЛОН аналогична конструкции спутника LAGEOS. Принципиальное отличие спутников ЭТАЛОН состоит в следующем. Спутники ЭТАЛОН расположены на орбитах, высота которых над земной поверхностью равна высоте орбит спутников ГЛОНАСС, то есть высоте примерно 19 тысяч километров. Это позволяет изучать гравитационное поле Земли именно на высоте движения спутников ГЛОНАСС. Это позволяет создавать «рабочие» модели гравитационного поля Земли именно на той высоте, на которой движутся спутники ГЛОНАСС. Это позволяет уточнять модели движения спутников ГЛОНАСС в гравита­ционном поле Земли путем интерполяции и экстраполяции. И именно в этом состоит одно из преимуществ ГЛОНАСС в сравнении с GPS NAVSTAR.

Наблюдая спутники LAGEOS и ЭТАЛОН методом лазерной локации, получают координаты станций слежения — спутниковых лазерных даль­номеров — в геоцентрической системе координат с ошибкой порядка сан­тиметра. Следовательно, метод лазерной локации позволяет создавать высокоточную глобальную геодезическую сеть. Длины сторон и ориен­тировка сторон этой высокоточной глобальной сети задают масштаб и ориентировку региональных и локальных геодезических сетей. Движе­ние спутника LAGEOS и спутника ЭТАЛОН чувствительно к изменени­ям в скорости суточного вращения Земли и чувствительно в движению полюса. Другими словами, из результатов наблюдений этих спутников можно получать параметры вращения Земли. Так и делают, но точность таких определений получается более низкой по сравнению с методом РСДБ.