meetprincipe
satelliet
met retro-reflectoren
afstand 1000 -10.000 km
halfdoorlatende
spiegel
telescoop
detector
pulslaser
temperatuur -20°C tot *50°C
tijd
t,
uitgezonden ontvangen
puls puls
tijdinterval t2 -11lichtsnelheid 2 afstand
voor t2 - t-t =10ms is de afstand 1500 km
Principe van laserafstandmeting.
dat het licht is weerkaatst door de satelliet, registreert
men het tijdstip van aankomst van de puls bij de tele
scoop. Aftrekking van het tijdstip van vertrek van het
tijdstip van aankomst levert dan de looptijd op die de puls
nodig had voor het retourtje satelliet. Na vermenigvul
diging van de gehalveerde looptijd met de lichtsnelheid
verkrijgt men de gewenste afstand tussen telescoop en
satelliet.
Tot en met 1983/84 nam het OSG deel aan vele interna
tionale meetprojecten met een in het observatorium vast
opgestelde lasertelescoop. De meetprecisie naderde
destijds de 10 centimeter grens. De robijnlaser (rood licht,
golflengte 694 nm) vuurde om de vier seconden één puls
naar de satelliet (0,25 Hz).
In [Aardoom, 1983] werd beschreven, dat mobiele laser-
apparatuur in Nederland in ontwikkeling was en dat wel
licht in de zomer van 1984 de eerste metingen met dit in
strumentarium in het Europees geofysisch laboratorium
bij uitstek, het centraal en oostelijk deel van het Middel-
landse-Zeegebied, zouden worden uitgevoerd. Wat is
hiervan terechtgekomen?
We hoeven de verslagen van het OSG, die jaarlijks aan
de grootste geldschieter van dit onderzoek, de Stichting
Ruimteonderzoek Nederland (SRON) worden gepresen
teerd, er maar op na te slaan om een inzicht te krijgen in
de eerste ervaringen van het observatorium met het
„mobiele bedrijf" [SRON, 1984-88].
De eerste ervaringen
De Technisch Physische Dienst (TPD) van TNO/TU
bouwde twee praktisch identieke transportabele laser-
afstandmeetsystemen, die in modulaire vorm konden
worden vervoerd: de zogenaamde „Modular Transpor
table Laser Ranging Systems" (MTLRS). MTLRS-1 arri
veerde op 12 april 1984 in Kootwijk en werd op 15 juni
aan het „Institut für Angewandte Geodasie" te Frankfurt
aan de Main overgedragen. Op 20 november volgde
MTLRS-2, dat bestemd was voor het OSG zelf.
In de twee relatief korte testperiodes van de MTLRS-en in
Kootwijk werden de analisten geconfronteerd met een
nieuw fenomeen: in 12 en 10 overkomsten van de satel
liet LAGEOS, bemeten door MTLRS-1 respectievelijk
MTLRS-2, werden 29 000 afstanden gemeten. Dit waren
aantallen metingen, die vóór die tijd pas na maanden, zo
niet één jaar of langer, werden vergaard. Beide systemen
vuren met een repetitiefrequentie van 10 Hz (10 schoten
per seconde) groene laserpulsen (golflengte 539 nm) af.
Alhoewel de precisie van het enkele schot belangrijk is
(5 cm), wordt vaak gedurende de analyse van de waar
nemingen gewerkt met tot zogenaamde „normal points"
gecondenseerde waarnemingen. Een normal point waar
neming is een afgeleide waarneming, die wordt verkre
gen door „middeling" van waarnemingen over een tijds
periode van twee minuten (bestaande uit 2 maal maxi
maal 600 schoten). De precisie van zo'n MTLRS normal
point is 1 a 2 cm.
Alhoewel één jaar later dan gepland beschikte Europa, en
naar later bleek, de hele wereld over twee operationele
transportabele laserafstandmeetsystemen. Beide syste
men voldeden aan alle verwachtingen of gingen die zelfs
te boven: in januari 1985 werd met MTLRS-2 in Kootwijk
een satellietpassage gemeten bij een temperatuur van
-20° C
Vergelijken van laserafstandmeetapparatuur
Tot 1983/84 bevonden we ons in het observatoriumtijd
perk. Een ware nachtmerrie voor elke rechtgeaarde land
meter, want: hoe ijk je een laserafstandmeter?
Tot dan waren de enig mogelijke vergelijkingen: het
meten van een afstand naar een op een bekende afstand
opgestelde reflector, dan wel interne lichtwegkalibraties.
Deze korte afstanden van enige meters tot hooguit enkele
kilometers lijken natuurlijk in de verste verte niet op de
metingen en meetomstandigheden wanneer een passage
van LAGEOS een satelliet die op een hoogte van 6000
km baantjes om moeder aarde trekt wordt bemeten.
Dit veranderde drastisch toen de laserafstandmeters
transportabel werden: gedurende twee „co-locatie" ex
perimenten maten MTLRS-1 en -2, naast elkaar staande,
dezelfde satellietpassages op. Aangezien de positie van
MTLRS-1 ten opzichte van MTLRS-2 zeer nauwkeurig
kon worden opgemeten (hun onderlinge afstand bedroeg
niet meer dan enkele tientallen meters), kunnen de door
MTLRS-1 en MTLRS-2 gemeten afstanden naar bijvoor
beeld LAGEOS zeer nauwkeurig met elkaar worden ver
geleken. De eerste co-locatie vond plaats in Wettzell,
West-Duitsland in maart-april 1985, en een tweede co-
LAGEOS, the LAser GEOdynamics Satellite.
120
