Satellite Laser Ranging

Satellite Laser Ranging (SLR) ist eine Methode, mit Hilfe von kurzen Laserpulsen die Entfernung zu Satelliten oder Weltraumschrott mit einer Genauigkeit von bis zu 3 mm zu messen. Seit 1982 betreibt das IWF am Observatorium Lustbühel in Graz eine der weltweit führenden SLR-Stationen.

Aktuell werden mehr als 150 „kooperative“ Objekte (Satelliten mit Retroreflektoren) bis zu Orbithöhen von 36.000 km im Routinebetrieb vermessen. Die Genauigkeit dieser Messungen ist dabei unabhängig von der Entfernung. SLR-Daten werden kontinuierlich zu verschiedenen Datencentern hochgeladen, die als Teil des International Laser Ranging Service (ILRS) regelmäßig hochgenaue Orbitvorhersagen berechnen. Die Messungen zu geodätischen Satelliten liefern dabei einen zentralen Input, um das Massenzentrum, das Schwerefeld unseres Planeten, zu bestimmen bzw. das terrestrische Koordinatensystem - das International Terrestrial Reference Frame (ITRF) - zu definieren. Wissenschaftliche Missionen verwenden SLR-Daten, um z.B. Ozeanveränderungen, plattentektonische Bewegungen, die Topographie der Erde, aber auch relativistische Effekte zu vermessen.

Die SLR-Station in Graz hat auch bei der Abstandsmessung zu Weltraumschrott eine führende Rolle eingenommen. Mittels eines leistungsstarken Lasers kann die diffuse Reflexion des Laserlichts von „unkooperativem“ Weltraumschrott – Objekten ohne Retroreflektoren - detektiert werden. Solche Messungen können einen wichtigen Beitrag zu genaueren Orbitvorhersagen von Weltraumschrott liefern, um das Risiko von Kollisionen besser einschätzen und damit potentiell vermeiden zu können. 2020 konnte die SLR-Station in Graz weltweit erstmals erfolgreich Entfernungsmessungen zu Weltraumschrott bei Tag durchführen. Zeitgleich zu Entfernungsmessungen werden auch Lichtkurven (das reflektierte Sonnenlicht) von Satelliten oder Weltraumschrott vermessen. Aufgrund der hohen zeitlichen Auflösung der Laser Ranging und Lichtkurven-Daten (bis zu 250.000 Messungen pro Sekunde) können auch Rotationsgeschwindigkeiten und die Rotationsachse von Weltraumschrott charakterisiert werden.

Im Jahr 2017 war die Grazer SLR-Station wichtiger Teil eines einzigartigen Experiments, das gemeinsam mit dem ÖAW-Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) durchgeführt wurde. Unter der Leitung des Nobelpreisträgers Anton Zeilinger war Graz eine von drei Bodenstationen, die einen Quantenschlüsselaustausch über den Satelliten Micius  realisierten.