GPS卫星最广为人知的用途是帮助人们了解自己的位置，无论是驾驶汽车、驾驶船舶或飞机，还是徒步穿越偏远地区。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，以帮助它们精确测量我们的星球。

NASA激光反射仪器帮助精确定位地球测量

美国宇航局和其他几个联邦机构，包括美国太空军、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，正在利用一套新的激光后向反射器阵列将这些测量的定位精度提高到毫米级，或上帝抵抗军。

“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定位，”位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的NASA空间大地测量项目项目经理StephenMerkowitz说。

今年早些时候，参与该项目的科学家和工程师团队测试了这些阵列，以确保它们能够胜任任务并能够承受太空的恶劣环境。最近，第一组新型激光后向反射器阵列已运往美国太空部队和位于科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁公司，将添加到下一代GPS卫星中。

激光后向反射器阵列如何工作?

激光后向反射器阵列使激光测距成为可能——使用小束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至轨道卫星，然后卫星从阵列反射并返回地面站。光从地面传播到卫星并再次返回所需的时间可用于计算卫星和地面之间的距离。

几十年来，激光测距和激光后向反射器阵列一直是太空任务的一部分，目前它们安装在ICESat-2(冰、云和陆地高程卫星2)、SWOT(地表卫星)等地球观测卫星上，并且对于这些卫星的运行至关重要。水和海洋地形)和GRACE-FO(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，因为它们将光线直接反射回原始光源。”

对于激光测距，科学家希望将光束引导回原始光源。他们通过将三块镜子以直角放置来实现这一点，基本上形成立方体的内角。激光后向反射器阵列由48个镜面角的阵列组成。

“当光进入阵列时，由于这些90度角，光会反弹并进行一系列反射，但输出角度始终与进入的角度相同，”扎克·丹尼(ZachDenny)说，戈达德太空大地测量项目的光学工程师。

激光后向反射器阵列有什么帮助?

大地测量学是对地球形状、重力和自转以及它们如何随时间变化的研究。激光后向反射器阵列的激光测距是本研究的一项关键技术。

由于构造板块移动、冰融化和其他自然现象，地球表面不断发生微小的变化。由于这些不断的变化——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。科学家称其为参考系。

这些阵列和激光测距不仅有助于精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LAGEOS(激光地球动力学卫星)等参考卫星——用于不断确定地球质心的位置，精确到毫米。这些测量对于科学家能够为卫星测量分配经度和纬度并将其放在地图上至关重要。

海啸和地震等重大事件可能会导致地球质心发生微小变化。华盛顿美国海军研究实验室的研究工程师琳达·托马斯说，科学家需要精确的激光测距测量来量化和理解这些变化。

卫星对微妙但重要的地球现象(例如海平面上升)的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的速度每年仅几毫米。如果科学家想要准确测量这些变化，参考系需要比这些变化更准确。

“大地测量是我们日常生活的一个基本组成部分，因为它告诉我们我们在哪里，它告诉我们世界正在如何变化，”美国宇航局太空大地测量项目的项目科学家弗兰克·勒莫因说。