Geschichte der Satelliten-Laserentfernungsmessung in Potsdam

Satelliten-Laserentfernungsmessungen (SLR) werden in Potsdam seit 1974 durchgeführt. Innerhalb einer allgemein akzeptierten Nomenklatur werden die SLR-Stationen entsprechend ihrer Messgenauigkeit in „Generationen“ eingeteilt. Während die Systeme der 1. Generation mit Rubinlasern ausgestattet waren und über Einzelschuss-Genauigkeiten von 1 – 2 m verfügten, benutzten Stationen der 2. Genration Rubinlaser oder frequenzverdoppelte Nd:YAG Laser. Die Einzelschussgenauigkeit war hier bereits auf wenige Dezimeter verbessert und der Automatisierungsgrad erhöht, wodurch auch teilweise Messungen am Tage möglich wurden. Weltweiter Standard seit den 1980er Jahren sind die Systeme 3. Generation mit modensynchronisierten, frequenzverdoppelten Nd:YAG Lasern und 10 Hz Wiederholrate, die Messungen sowohl nachts als auch am Tage ausführen können und Einzelschuss-Genauigkeiten von etwa 1 cm besitzen.

Die Station Potsdam-1

Das erste Potsdamer SLR-System basierte auf der modifizierten Satellitenkamera SBG von Carl Zeiss Jena, die sich auf dem Helmertturm befand. Ein gütegeschalteter Rubinlaser mit einer Impulsdauer von 20 ns war auf dem Teleskop montiert und wurde mit diesem mit bewegt. Die Empfangselektronik musste hinter dem Hauptspiegel des Teleskops untergebracht werden. Mit Einzelschuss-Genauigkeiten von 1 – 3 m war dieses System zwischen 1974 – 1981 ein typischer Vertreter der 1. Generation. Laufende Modifikationen einschließlich einer PC-Steuerung der Hauptachsen der Montierung erlaubten ab 1979 Satellitenmessungen ohne visuelle Kontrolle, z.B. im Erdschatten. Das System konnte alle Laser-Satelliten bis zur Flughöhe von 6000 km ( Lageos ) erreichen.

Der bisherige Rubinlaser wurde 1981 durch ein Modell mit 5 ns Impulsdauer ersetzt. Dadurch sowie unter Einsatz verbesserter Empfangselektronik wurde Potsdam-1 (Stationscode 1181) zu einem System der 2. Generation, das bis 1993 betrieben wurde. Verbesserte Laser-Strahlqualität sowie empfindlichere Fotodetektoren erweiterten die Reichweite bis zur Flughöhe der russischen Etalon Satelliten in 19000 km Erdentfernung. Weitere Modifikationen in Richtung einer Station 3. Generation wurden nicht in Betracht gezogen, da das 4-achsige SBG Teleskop die Verwendung eines Coudé-Fokus nicht gestattete. Dieser wäre aber für die stationäre Aufstellung eines modengekoppelten Lasersenders mit Impulsdauern im Picosekundenbereich erforderlich gewesen, da derartige Laser aufgrund ihres empfindlichen optisch-mechanischen Aufbaus nicht mit dem Teleskop bewegt werden können.

Die Station Potsdam-2

Die Weiterentwicklung des Potsdamer SLR Systems in Richtung des internationalen Standards der 3. Generation wurde 1986 mit der Entwicklung des Lasersenders PLS-5 sowie schneller Nachweiselektronik begonnen, die Genauigkeiten im Zentimeter-Bereich gestattete. Das System (Stationscode 7836) wurde um das 2-achsige SLR Teleskop TPL gebaut, welches durch M. Abele von der Universität Riga konstruiert worden war. Dieses 1990 erworbene Coudé-Teleskop wurde nahe beim Helmertturm auf einem historischen Pfeiler aufgestellt, der früher für ein photographisches Zenit-Teleskop diente. Potsdam-2 nahm den Betrieb im Mai 1992 auf und setzte diesen bis zum Juni 2004 fort. Spezielle Modifikationen im Empfangssystem (1994/1995) erlaubten die sehr erfolgreiche Beobachtung von GFZ-1 , des ersten geodätischen Satelliten des GFZ Potsdam. Dieser war zur damaligen Zeit das am niedrigsten fliegende Zielobjekt für SLR. Die bedeutendste Modifikation bestand im Einbau eines schmalbandigen Spektralfilters, wodurch kontinuierliche Messungen in der Nacht und am Tage möglich wurden. Potsdam-2 beobachtete alle SLR Satelliten bis zu Flughöhen von 2000 km ( GPS-35 bzw. das russische Glonass -System). Eine detaillierte Beschreibung dieser Station findet sich beim ILRS .

Die Station Potsdam-3

Die geplante Umsetzung der Potsdamer SLR Station auf einen speziell dafür errichteten Turm innerhalb des GFZ-Neubaus ermöglichte eine Weiterentwicklung des Systems hinsichtlich der Beschaffung eines neuartigen Teleskops sowie eines modernen Lasersenders. Das System 7841 Potsdam-3 arbeitet seit Januar 2003 und wird hier im Detail beschrieben.

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