В.Ф. Фатеев, В.П. Лопатин, А.С. Завгородний
ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл., Россия;
generalfat@mail.ru
«Альманах современной метрологии» № 4 (40) 2024, стр. 64–88
УДК 006.927
Аннотация. Цель эксперимента состояла в подтверждении возможности прямого измерения гравитационного смещения частоты сигнала навигационного космического аппарата (НКА) в точке его траверза относительно наземной измерительной станции. Это частотное смещение несёт информацию об ортометрической высоте наземной точки измерений. В точке траверза исчезает значительный по величине мешающий эффект Доплера 1-го порядка, что обеспечивает повышение точности измерений. В эксперименте использованы сигналы нескольких НКА GPS. Измерительная наземная радиотехническая станция оснащена приёмной антенной диаметром 12 м, территориально совмещена с высокостабильными термостабилизированными опорными квантовыми часами Ч-1003 с относительной нестабильностью 10−15. Опорная шкала времени синхронизирована со шкалой времени Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-2022. Проведён анализ инструментальных и методических погрешностей измерения частотного смещения излучения спутника вблизи точки траверза. До настоящего времени такие эксперименты не проводились. Достигнутая погрешность пока превышает ожидаемые значения. Авторы работают над методами её снижения.
Ключевые слова: гравитационное смещение частоты, космический аппарат, точка траверза, квантовые часы.
Цитируемая литература
1. Басов Н.Г., Крохин О.Н., Ораевский А.Н., Страховский Г.М., Чихачев Б.М. О возможности исследования релятивистских эффектов с помощью молекулярных и атомных стандартов частоты // Успехи физических наук. — 1961. — Т. 75. — № 9. — С. 3–59. — DOI: 10.3367/UFNr.0075.196109a.0003.
2. Чихачев Б.М. Способ измерения гравитационного сдвига частоты радиоволн в опыте с искусственным спутником Земли // Труды ФИАН. — 1967. — Т. 38. — С. 189–198.
3. Cacciapuoti L., Salomon C. Atomic clock ensemble in space // International Symposium on Physical Sciences in Space, 11–15 July 2011, Bonn, Germany. Journal of Physics: Conference Series. — 2011. — V. 327. — 012049. — DOI: 10.1088/1742-6596/327/1/012049.
4. Duchayne L., Mercier F., Wolf P. Оrbit determination for next generation space clocks // Аstronomy аnd Astrophysics. — 2009. — V. 504. — № 2. — P. 653–661.
5. STE-QUEST: Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test. Assessment Study Report. ESA/SRE. — December, 2013. — P. 1–98.
6. Vessot R.F.C., Levine M.W. A test of the equivalence principle using a space-born clock // General Relativity and Gravitation. — 1979. — V. 10. — № 3. — P. 181–204. — DOI: 10.1007/BF00759854.
7. Vessot R.F.C., Levine M.W., Mattison E.M., Blomberg E.L., Hoffman T.E., Nystrom G.U., Farrel B.F., Decher R., Eby P.B., Baugher C.R., Watts J.W., Teuber D.L., Wills F.D. Test of relativistic gravitation with a space-borne hydrogen maser // Physical Review Letters. — 1980. — V. 45. — P. 2081–2084.
8. Biriukov A.V., Kauts V.L., Kulagi V.V., Litvinov D.A., Rudenko V.N. Gravitational redshift test with the space radio telescope “RadioAstron” // Astronomy Reports. — 2014. — V. 58. — № 11. — P. 783–795.
9. Литвинов Д.А., Бирюков А.В., Гусев А.В., Кауц В.Л., Коваленко А.В., Порайко Н.К., Руденко В.Н. Прецизионные методы измерения релятивистских гравитационных эффектов в экспериментах с бортовыми атомными стандартами частоты и времени // Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение (КВНО-2015). VI Всероссийская конференция, 20–24 апреля 2015 г., Санкт-Петербург: тезисы докладов. — СПб.: Ин-т прикладной астрономии РАН, 2015. — С. 72.
10. Глушков В.В. От Геоида до Гео-ИК-2: история и перспективы развития отечественных космических геодезических комплексов // Геодезия и картография. — 2016. — № 9. — С. 22–29.
11. Спутниковая система «ГЕО-ИК-2». — ОАО «Информационные спутниковые системы» им. академика М.Ф. Решетнева. — URL: http://www.iss-reshetnev.ru/?cid=prj-geo-ik2 (дата обращения: 22.06.2017).
12. Born G.H., Wunsch C., Yamarone Ch.A. TOPEX: observing the oceans from space // EOS. — 1984. — V. 65. — № 28. — P. 433–434.
13. Johannessen J.A. Overview of ERS-1 scientific results obtained from ocean and sea ice observations // 1995 International Geoscience and Remote Sensing Symposium, IGARSS ’95. Quantitative Remote Sensing for Science and Applications. 10–14 July. — IEEE, 1995. — DOI: 10.1109/IGARSS.1995.521130.
14. Ménard Y., Fu L.-L., Escudier P., Parisot F., Perbos J., Vincent P., Desai S., Haines B., Kunstmann G. The Jason-1 Mission. Special Issue: Jason-1 Calibration/Validation // Marine Geodesy. — 2003. — V. 26. — P. 131–146. — DOI: 10.1080/01490410390256736.
15. Delva P., Altamimi Z., Blazquez A. et al. GENESIS: co-location of geodetic techniques in space // Earth Planets Space. — 2023. — V. 75. — Article number: 5. — DOI: 10.1186/s40623-022-01752-w.
16. ГЭТ 1-2022. Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени. — URL: https://www.vniiftri.ru/standards/izmereniya-vremeni-i-chastoty/get-1-2022-gosudarstvennyy-pervichnyy-etalon-edinits-vremeni-chastoty-i-natsionalnoy-shkaly-vremeni/ (дата обращения: 07.02.2023).
17. FTP server of the BIPM Time Department. — URL: www.bipm.org/en/time-ftp (дата обращения: 01.10.2024).
18. Стандарт частоты и времени водородный Ч1-1003M. — URL: www.vremya-ch.com/index.php/product/activehm-ru/ch1-1003m-ru/index.html (дата обращения: 01.10.2024).
19. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2. — URL: https://russianspacesystems.ru/wp-content/uploads/2016/08/ICD_GLONASS_rus_v 5.1.pdf (дата обращения: 12.01.2023).
20. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Общее описание системы с кодовым разделением. — URL: https://russianspacesystems.ru/wp-content/uploads/2016/08/IKD.-Obshh.-opis.-Red.-1.0-2016.pdf (дата обращения: 12.01.2023).
21. Анализатор спектра N9040B. Описание типа средства измерений. — URL: https://nd-gsi.ru/grsi/730xx/73996-19.pdf (дата обращения: 12.01.2023).
22. Завгородний А.С., Воронов В.Л., Рябов И.В. Метрологический комплекс оценки энергетических характеристик сигналов навигационных космических аппаратов ГНСС «ГЛОНАСС» // Альманах современной метрологии. — 2016. — № 2 (7). — С. 124–138.
23. Langer M., Teichel K., Sibold D., Bermbach R. Time synchronization performance using the network time security protocol // 2018 European Frequency and Time Forum (EFTF), 10–12 April, Turin, Italy. — IEEE, 2018. — P. 138–144. — DOI: 10.1109/EFTF. 2018.8409017.
24. Бакитько Р.В., Болденков Е.Н., Булавский Н.Т. и др. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. — 4-е изд. — М.: Радиотехника, 2010. — 796 с.
25. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2-х т. Т. 1. — М.: Картгеоцентр, 2005. — 334 с.
26. Умножитель ZX90-2-19-S+. Технические характеристики. — URL: www.mini-circuits.com/pdfs/ZX90-2-19-S+.pdf (дата обращения: 12.01.2023).
27. Умножитель ZX90-2-36-S+. Технические характеристики. — URL: www.mini-circuits.com/pdfs/ZX90-2-36-S+.pdf (дата обращения: 12.01.2023).
28. VBFZ-6260-S+. Coaxial Bandpass Filter. — URL: www.minicircuits.com/pdfs/VBFZ-6260-S+.pdf (дата обращения: 12.01.2023).
29. CNT-90 Timer/Counter/Analyzer. Data sheet. — URL: https://pendulum-instruments.com/wp-content/uploads/2022/09/pendulum-cnt-90_timer-counter-analyzer-v2.pdf (дата обращения: 12.01.2023).
30. Interface Control Documents | ICD-GPS-870. — URL: www.gps.gov/technical/icwg/ (дата обращения: 12.01.2023).
31. Одуан К., Гино Б., Кауфман М.Б. Измерение времени. Основы GPS. — М.: Техносфера, 2002. — 399 с.
32. Фатеев В.Ф. Релятивистская метрология околоземного пространства-времени. — Менделеево: ВНИИФТРИ, 2017. — 439 с.
33. Фатеев В.Ф. Космический квантовый нивелир и его возможности при создании глобальной высотной основы // Альманах современной метрологии. — 2022. — № 4 (32). — С. 27–51.
Статья поступила в редакцию: 11.06.2024 г.
Статья прошла рецензирование: 23.09.2024 г.
Статья принята в работу: 03.10.2024 г.
Полные тексты статей доступны в печатных номерах журнала по подписке и при покупке отдельных номеров у издателя.
Также полные тексты статей размещаются в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.