Ιστορία | Τα Πρώτα Χρόνια | 1966-1967
Ο Σταθμός Παρακολούθησης Δορυφόρων του CNES
Τα χρονια του CNES
Το Στεφάνι στην αυγή της Διαστημικής Εποχής
Τον Μάρτιο του 1966, μια επιστημονική αποστολή του Γαλλικού Εθνικού Κέντρου Διαστημικών Μελετών (CNES) επισκέφθηκε την Ελλάδα, αναζητώντας κατάλληλη τοποθεσία για την εγκατάσταση σταθμού παρακολούθησης γαλλικών επιστημονικών δορυφόρων. Η Γαλλία είχε ήδη εισέλθει στη Διαστημική Εποχή και, μόλις έναν μήνα νωρίτερα, τον Φεβρουάριο του 1966, είχε εκτοξεύσει τον δεύτερο δορυφόρο της, Diapason D1A, με γαλλικό πύραυλο Diamant A από το Hammaguir της Αλγερίας. Το CNES προετοίμαζε πλέον την εκτόξευση των γεωδαιτικών δορυφόρων Diadème D1C και D1D, που επρόκειτο να πραγματοποιηθεί τον Φεβρουάριο του 1967.
Για τη βελτίωση της ακρίβειας της δορυφορικής παρακολούθησης, το CNES επιδίωξε να συμπληρώσει το υφιστάμενο δίκτυο σταθμών του στη νότια Γαλλία και την Αλγερία με έναν τρίτο σταθμό στην Ανατολική Μεσόγειο. Έπειτα από την εξέταση διαφόρων τοποθεσιών στην Ελλάδα, επιλέχθηκε το Αστεροσκοπείο Στεφανίου, στην Κορινθία. Τον Οκτώβριο του 1966 υπογράφηκε συμφωνία συνεργασίας μεταξύ Ελλάδας και Γαλλίας και ο σταθμός τέθηκε σε λειτουργία υπό τη διεύθυνση του P. Foussier.
Τα πρωτοποριακά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν την περίοδο αυτή συγκαταλέγονται στις πρώτες πρακτικές εφαρμογές της τεχνολογίας λέιζερ στην παρακολούθηση δορυφόρων. Η συμμετοχή του Στεφανίου έφερε το Αστεροσκοπείο στην πρωτοπορία της ευρωπαϊκής διαστημικής έρευνας κατά τα πρώτα χρόνια της Διαστημικής Εποχής και αποτέλεσε ένα σημαντικό κεφάλαιο στην εξέλιξη της Δορυφορικής Τηλεμετρίας με Λέιζερ (Satellite Laser Ranging – SLR) — μιας τεχνικής που εξακολουθεί μέχρι σήμερα να διαδραματίζει θεμελιώδη ρόλο στη σύγχρονη γεωδαισία και τις επιστήμες της Γης.
Γνωρίζατε ότι;
Οι «French Laser Men»
Στα πρωτοποριακά χρόνια της δορυφορικής τηλεμετρίας με λέιζερ, οι Γάλλοι επιστήμονες και μηχανικοί απέκτησαν ένα ασυνήθιστο προσωνύμιο από τους Αμερικανούς συναδέλφους τους: «French Laser Men» («οι Γάλλοι άνθρωποι του λέιζερ»). Εντυπωσιασμένοι από τον αριθμό και την ποιότητα των μετρήσεων λέιζερ που πραγματοποιούσαν οι γαλλικές ομάδες, οι διεθνείς συνεργάτες τους άρχισαν να χρησιμοποιούν την ονομασία αυτή ως ένδειξη αναγνώρισης.
Το έργο τους έφερε τη Γαλλία στην πρωτοπορία του αναδυόμενου τότε πεδίου της Διαστημικής Γεωδαισίας. Το 1967, το Αστεροσκοπείο Στεφανίου ήταν ένας από τους τρεις επίγειους σταθμούς που συμμετείχαν στο πρώτο επιτυχημένο πείραμα διαστημικού τριγωνισμού με ταυτόχρονες μετρήσεις αποστάσεων μέσω λέιζερ, χρησιμοποιώντας τον γαλλικό γεωδαιτικό δορυφόρο Diadème D1D — ένα πρωτοποριακό επίτευγμα στην ιστορία της δορυφορικής γεωδαισίας.
ΤΑ ΧΡΟΝΙΑ ΤΟΥ CNES
Η εκστρατεία Diadème
Η εκστρατεία Diadème, που οργανώθηκε το 1967 από το Γαλλικό Εθνικό Κέντρο Διαστημικών Μελετών (CNES) μετά την εκτόξευση των δορυφόρων D1C και D1D, είχε ως στόχο τη δημιουργία ενός υψηλής ακρίβειας δικτύου γεωδαιτικού τριγωνισμού στη βόρεια Μεσόγειο.
Το δίκτυο παρατηρήσεων συνδύαζε διαφορετικές τεχνικές. Στη Γαλλία, το Αστεροσκοπείο της Haute-Provence διέθετε σύστημα τηλεμετρίας λέιζερ, σταθμό Doppler και τηλεσκόπιο Schmidt, ενώ στη Νίκαια λειτουργούσε η κάμερα ANTARES. Στην Ελλάδα, το Αστεροσκοπείο Στεφανίου στην Πελοπόννησο διέθετε σύστημα τηλεμετρίας λέιζερ του CNES και σταθμό Doppler. Πρόσθετες παρατηρήσεις πραγματοποιούνταν με κάμερα Baker–Nunn στο San Fernando, κοντά στο Cádiz της Ισπανίας, καθώς και με σταθμό Doppler στο Colomb-Béchar της Αλγερίας.
Κατά τη διάρκεια της εκστρατείας πραγματοποιήθηκαν περισσότερες από 80.000 μετρήσεις αποστάσεων με λέιζερ, ενώ οι τρεις κύριοι σταθμοί συγχρονίζονταν μέσω της φυσικής μεταφοράς ρολογιών ακριβείας. Αν και μπορούσαν να παρατηρηθούν όλοι οι δορυφόροι που ήταν εξοπλισμένοι με ανακλαστήρες λέιζερ, προτεραιότητα δινόταν στους γαλλικούς δορυφόρους.
Ο συνδυασμός τηλεμετρίας λέιζερ, μετρήσεων Doppler και φωτογραφικών παρατηρήσεων επέτρεψε τον προσδιορισμό των θέσεων των σταθμών με ακρίβεια περίπου 10 μέτρων. Ωστόσο, η εκστρατεία κατέδειξε ότι η πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια που προσέφερε η τηλεμετρία λέιζερ μπορούσε να αξιοποιηθεί πλήρως μόνο εφόσον και οι τρεις κορυφές του γεωδαιτικού τριγώνου διέθεταν συστήματα τηλεμετρίας λέιζερ.
Το συμπέρασμα αυτό οδήγησε στην εκστρατεία RCP του 1968. Μέχρι τότε, ο σταθμός λέιζερ του CNES είχε μεταφερθεί από το Στεφάνι στο Cádiz, ενώ το Smithsonian Astrophysical Observatory εγκατέστησε σύστημα τηλεμετρίας λέιζερ και κάμερα Baker–Nunn στον Διόνυσο, κοντά στην Αθήνα. Οι σταθμοί Doppler δεν χρησιμοποιούνταν πλέον. Οι παρατηρήσεις επικεντρώθηκαν στους δορυφόρους Diadème D1D, GEOS A και GEOS B, συνδυάζοντας την τηλεμετρία λέιζερ με ταυτόχρονες φωτογραφικές παρατηρήσεις των φωτεινών αναλαμπών των δορυφόρων.
Με αυτή τη βελτιωμένη διάταξη, στην οποία οι σταθμοί του γεωδαιτικού τριγώνου χρησιμοποιούσαν πλέον τηλεμετρία λέιζερ, η αβεβαιότητα στον προσδιορισμό των θέσεων των σταθμών παρατήρησης μειώθηκε από περίπου 10 μέτρα σε μόλις 2 μέτρα.
ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΗ ΓΕΩΔΑΙΣΙΑ
Το Σύστημα Παρακολούθησης Δορυφόρων με Λέιζερ
Το 1967, ο Σταθμός Παρακολούθησης Δορυφόρων του Στεφανίου έγινε ένα από τα μόλις τρία αστεροσκοπεία που συμμετείχαν σε ένα φιλόδοξο διεθνές πείραμα για τον προσδιορισμό της θέσης δορυφόρων με πρωτοφανή για την εποχή ακρίβεια, με τη χρήση τεχνολογίας λέιζερ. Η εκστρατεία, που οργανώθηκε από το Γαλλικό Εθνικό Κέντρο Διαστημικών Μελετών (CNES), έφερε σε συνεργασία κορυφαίους γαλλικούς επιστημονικούς οργανισμούς, μεταξύ των οποίων το Bureau des Longitudes, το Γαλλικό Εθνικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών (CNRS) και το ONERA (Γαλλικό Κέντρο Αεροδιαστημικών Ερευνών), με την υποστήριξη της Διεύθυνσης Έρευνας και Δοκιμαστικών Μέσων (DRME).
Μαζί με τους σταθμούς στο Saint-Michel-de-Provence της νότιας Γαλλίας και στο Colomb-Béchar, στην αλγερινή Σαχάρα, ο σταθμός του Στεφανίου σχημάτιζε ένα μοναδικό δίκτυο τριγωνισμού με λέιζερ. Εκπέμποντας ταυτόχρονα παλμούς λέιζερ προς τους γαλλικούς δορυφόρους Diadème, οι επιστήμονες μπορούσαν να προσδιορίσουν τη θέση τους στο διάστημα με εξαιρετική ακρίβεια. Οι μετρήσεις συνέβαλαν επίσης στη βελτίωση των υπολογισμών των δορυφορικών τροχιών και των τεχνικών γεωδαιτικών μετρήσεων, αναδεικνύοντας τις δυνατότητες της τηλεμετρίας λέιζερ για μελλοντικές διαστημικές αποστολές.
Ο εξοπλισμός τηλεμετρίας λέιζερ που εγκαταστάθηκε στο Στεφάνι σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από τα ερευνητικά εργαστήρια της Compagnie Générale d’Électricité (CGE). Στην καρδιά του συστήματος βρισκόταν ένα υγρόψυκτο λέιζερ ρουβινίου, το οποίο παρήγαγε ισχυρούς παλμούς σύμφωνου ερυθρού φωτός, μήκους κύματος 694,3 νανομέτρων. Κάθε παλμός διαρκούσε μόλις 25 νανοδευτερόλεπτα, αλλά απέδιδε ενέργεια ενός joule, φτάνοντας σε μέγιστη ισχύ περίπου 50 megawatt. Παρόλο που το σύστημα μπορούσε να εκπέμπει έως και δέκα παλμούς ανά δευτερόλεπτο, συνήθως λειτουργούσε με έναν παλμό ανά δευτερόλεπτο, ώστε να εξασφαλίζεται αξιόπιστη λειτουργία υπό διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες.
Τα πρωτοποριακά αυτά πειράματα αποτέλεσαν ορισμένες από τις πρώτες πρακτικές εφαρμογές της τεχνολογίας λέιζερ στην παρακολούθηση δορυφόρων. Η συμμετοχή του Στεφανίου έφερε το Αστεροσκοπείο στην πρωτοπορία της ευρωπαϊκής διαστημικής έρευνας κατά τα πρώτα χρόνια της Διαστημικής Εποχής και αποτέλεσε σημαντικό σταθμό στην ιστορία της Δορυφορικής Τηλεμετρίας με Λέιζερ (Satellite Laser Ranging – SLR), μιας τεχνικής που εξακολουθεί μέχρι σήμερα να διαδραματίζει θεμελιώδη ρόλο στη σύγχρονη γεωδαισία, τις επιστήμες της Γης και την πλοήγηση διαστημικών σκαφών.
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΩΝ
Ο Σταθμός Doppler
Παράλληλα με τον εξοπλισμό τηλεμετρίας λέιζερ, στο Στεφάνι λειτουργούσε κατά τη διάρκεια της γεωδαιτικής εκστρατείας Diadème και σταθμός ραδιοπαρακολούθησης Doppler. Το σύστημα παρείχε μια ανεξάρτητη μέθοδο προσδιορισμού της κίνησης και της θέσης των δορυφόρων, μετρώντας εξαιρετικά μικρές μεταβολές στη συχνότητα των ραδιοσημάτων που εκπέμπονταν από το διάστημα.
Η λειτουργία του βασιζόταν στο φαινόμενο Doppler: όταν μια πηγή ραδιοκυμάτων κινείται σε σχέση με έναν παρατηρητή, η συχνότητα που λαμβάνει ο παρατηρητής διαφέρει ελαφρώς από τη συχνότητα που εκπέμφθηκε αρχικά. Καθώς ένας δορυφόρος πλησιάζει έναν επίγειο σταθμό, η λαμβανόμενη συχνότητα αυξάνεται, ενώ καθώς απομακρύνεται, μειώνεται.
Καθώς η συχνότητα εκπομπής ήταν γνωστή με μεγάλη ακρίβεια, η μέτρηση αυτής της μεταβολής επέτρεπε στους επιστήμονες να προσδιορίσουν την ακτινική ταχύτητα του δορυφόρου σε σχέση με τον επίγειο σταθμό λήψης. Οι γαλλικοί δορυφόροι Diadème D1C και D1D, όπως και ο προκάτοχός τους Diapason, διέθεταν έναν εξαιρετικά σταθερό ταλαντωτή συχνότητας 4,999 MHz. Μέσω πολλαπλασιασμού της συχνότητας, παράγονταν δύο συνεχή ραδιοσήματα στις συχνότητες 149,970 MHz και 399,920 MHz.
Η χρήση δύο συχνοτήτων ήταν απαραίτητη. Τα ραδιοκύματα που διέρχονται από την ιονόσφαιρα υφίστανται μικρές διαταραχές, το μέγεθος των οποίων εξαρτάται από τη συχνότητά τους. Παρατηρώντας ταυτόχρονα δύο συχνότητες με επακριβώς καθορισμένη μεταξύ τους σχέση, οι επιστήμονες μπορούσαν να διορθώσουν σε μεγάλο βαθμό την επίδραση της ιονόσφαιρας και να επιτύχουν πολύ ακριβέστερες μετρήσεις.
Στον επίγειο σταθμό, ειδικές κατευθυντικές κεραίες λάμβαναν τα σήματα των 150 και 400 MHz καθώς ο δορυφόρος περνούσε πάνω από την περιοχή. Οι λαμβανόμενες συχνότητες μετρούνταν με καταμέτρηση των κύκλων του ραδιοσήματος σε διαστήματα 10 δευτερολέπτων, επιτρέποντας την ανίχνευση μεταβολών της συχνότητας της τάξης ακόμη και των 0,1 Hz.
ΠΡΩΤΟΠΟΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ
Μια παγκόσμια πρωτιά στη Διαστημική Γεωδαισία
Στα τέλη της δεκαετίας του 1960, ο Δορυφορικός Σταθμός Παρακολούθησης του CNES στο Στεφάνι συμμετείχε σε ένα από τα πρώτα παγκοσμίως πειράματα ταυτόχρονης τηλεμετρίας λέιζερ από πολλαπλούς επίγειους σταθμούς.
Κατά τη διάρκεια μιας διέλευσης του γαλλικού γεωδαιτικού δορυφόρου Diadème D1D, εκπέμφθηκαν ταυτόχρονα παλμοί λέιζερ από τρεις σταθμούς: το Στεφάνι (Ελλάδα), το Colomb-Béchar (Αλγερία) και την Haute-Provence (Γαλλία). Ο δορυφόρος ανακλούσε τα σήματα λέιζερ πίσω στη Γη, επιτρέποντας στους επιστήμονες να μετρήσουν τις αποστάσεις με εξαιρετική ακρίβεια.
Το πείραμα αυτό αποτέλεσε τον πρώτο επιτυχημένο διαστημικό τριγωνισμό με τη χρήση επίγειας τηλεμετρίας λέιζερ, αποδεικνύοντας ότι ένας δορυφόρος μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως σημείο αναφοράς για τον ακριβή προσδιορισμό των σχετικών θέσεων επίγειων σταθμών που απείχαν μεταξύ τους εκατοντάδες ή και χιλιάδες χιλιόμετρα. Το επίτευγμα αποτέλεσε σημαντικό ορόσημο στην εξέλιξη της δορυφορικής γεωδαισίας, ανοίγοντας τον δρόμο για τις σύγχρονες τεχνικές που χρησιμοποιούνται σήμερα για τη μέτρηση του σχήματος της Γης, την παρακολούθηση της κίνησης των τεκτονικών πλακών και τη δημιουργία παγκόσμιων συστημάτων αναφοράς εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας.
Η συμμετοχή του Στεφανίου σε αυτό το πρωτοποριακό διεθνές πείραμα αναδεικνύει τον σημαντικό ρόλο του Αστεροσκοπείου στα πρώτα βήματα της επιστημονικής έρευνας της Διαστημικής Εποχής.
