Dálkoměrná stanice Helwan

Obr. 1: Stanice laserového družicového dálkoměru v Helwanu, v levé části vysílací a přijímací teleskop pod odsuvnou střechou, v pravé části pracoviště operátora a přístrojová sekce. Stanice laserového družicového dálkoměru nedaleko Helwanu, předměstí Káhiry v Egyptě, je společným pracovištěm astronomického oddělení egyptského Národního výzkumného ústavu astronomie a geofyziky (NRIAG) a katedry fyzikální elektroniky ČVUT FJFI. Slouží, stejně jako řada dalších obdobných stanic na světě, k velmi přesnému měření vzdáleností mezi referenčním bodem stanice a některými družicemi. Měření probíhá na principu optického radaru. Umístění stanice je tedy podmíněno jak vědecky zajímavou polohou z pohledu věd o Zemi, tak dostatečným počtem bezoblačných nocí a průzračností atmosféry. Právě ta za víc jak 30 let fungování stanice značně utrpěla v důsledky rozrůstajícího se průmyslu blízké aglomerace, stanice je však i dnes schopna poskytovat cenná data a díky novějším technologiím a stále kvalifikovanějšímu místnímu personálu i data kvalitnější. Stanice se postupně přeorientovala na družice na nižších oběžných drahách a nadále zhodnocuje svou vědecky cennou polohu na africkém kontinentě.

Vznik a rozvoj stanice

Stanice byla založena v rámci programu Interkosmos v roce 1974. Stanice první generace (bod 2 na obr. 2) byl speciálně uzpůsobený kontejner (výrobce Oslavan, Choceň, dodnes funkční) jehož vniřní vybavení tvořil rubínový laser vlastní konstrukce, astronomická montáž, řídící elektronika a sériově vyráběný počítač HP9830A, césiové hodiny HP 5360 a fotonásobič RCA 8852. Stanice umožňovala pouze vizuální navádění na měřenou družici. V roce 1978 byla časová základna převedena na systém LORAN C a bylo zavedeno dálnopisné spojení. Obě tato vylepšení byla financována grantem Smithsonian Astronomical Observatory, USA. Stanice v této formě fungovala do konce roku 1980.

V únoru 1982 dokončena a zprovozněna stanice druhé generace v nově postavené budově (viz obr. 1 a bod 1 na obr. 2). V ní byla umístěna atronomická montáž vlastní konstrukce, Nd:YAG laser vlastní konstrukce, řídící elektronika a sériově vyráběný počítač HP 2100S s naším programovým vybavením. Byla to světově první zcela naslepo naváděná stanice. V roce 1987 byl vylepšen laserový systém na Nd:YAG v režimu módové synchronizace a bylo doplněno coudé. V roce 1989 byla kompletně vylepšena řídící elektronika a stanice larového dálkoměru v Helwanu se tak stala světově první plně osobním počítačem řízenou stanicí. Od roku 1990 využívá časová základna signál GPS. Od roku 1991 je pro komunikaci a přenos dat využívána počítačová síť EARN/Bitnet, později internet. Počínaje rokem 1992 je stanice součástí sítě Eurolas (od roku 1998 ILRS, číslo stanice 7831). Od roku 1997 je provozována i místním operátory. V roce 2004 bylo realizována kabelová internetová přípojka na stanici.

Aktuální vybavení stanice tvoří Nd:YAG laser vlastní konstrukce (20 ps FWHM, 80 mJ na 532 nm) s coudé do vlastní astronomické montáže Keplerovského typu s vysílacím a přijímacím teleskopem, fotonásobič Hamamatsu 6533, měřič časových intervalů Stanford 620, řídící elektronika, časová základna HP 58503B, meteorologické čidlo Paroscientific Digiquart Met3 a programové vybavení pro řízení z zpracování dat pracující s formátem předpovědí CPF.

V současné době (2020) jsou naše spolúčast a tím i zhodnocení stávajících hmotných i nehmotných investic omezena na vzdálenou pomoc egyptským kolegům s tím, že sledujeme vývoj bezpečnostní situace v oblasti. Nejnedávnější podporu přímé spolupráce představovaly finanční prostředky poskytované Grantovou agenturou ČR v rámci programu GA205/05/0110, jehož odpovědným řešitelem byl doc. Ing. A. Novotný, DrSc.

Vědecký přínos stanice

Měření helwanské stanice pomáhají dotvářet celkový rámec údajů pro určení tektonických pohybů a zpřesnění základních modelů používaných pro modelování deformací zemských ker na místě střetu kry africké s evropskou a arabskou. To pomáhá při monitorování deformací v oblastech Jaderského, Egejského, Levantského a Rudého moře. A dává tak naději na vývoj modelů pro odhad nebezpečí zemětřesení v zemích jižní Evropy a severní Afriky. Spolu s měřeními laserového dálkoměru v Jihoafrické republice a spolu s ostatními geodetickými technikami jako je permanentní GPS na různých místech kontinentu také usnadňuje měření vlastních deformací africké zemské kry. Tyto deformace pak dovolují určit oblasti potenciálního zemětřesného nebezpečí v celé Africe.

Data z helwanské stanice jsou východiskem (spolu s měřeními zbytku sítě ILRS) pro zlepšení rozlišení pohybu zemských pólů, což vede k postupnému odlišování sil, které tyto pohyby způsobují. Takovými silami mohou být jak procesy hluboko v zemském jádře, tak i změny klimatu nebo velká zemětřesení. Přesné měření zemské rotace pomáhá poznat vliv změn v atmosféře, které jsou dnes jak se všeobecně soudí narušeny efektem El Nino, na samotnou rotaci Země.

Celkové změny klimatu také hýbou těžištěm Země, jednak změnou rozložení atmosférického tlaku, jednak silami vytvářenými oceánskými proudy a změnami globálního rozložení vody včetně odtávání ledu na pólech. Zahrnování dat z co možná největšího počtu stanic do výpočtů takovýchto typů zvětšuje šanci na rozpoznání jednotlivých příspěvků atmosféry, oceánů a zbytku hydrosféry na celkové chování planety.

Data z laserového dálkoměru o drahách speciálních družic s radarovým výškoměrem měřená helwanskou stanicí jsou také užitečná při přímém pozorování oceánského proudění a změn výšky mořské hladiny. Protože topografická data výšky mořské hladiny z radarového výškoměru na těchto družicích závisí na přesné znalosti výšky samotné družice nad zemským těžištěm. Helwanská stanice přímo podporuje měření nad Středozemním mořem a částí Indického oceánu. A navíc díky výhodné dohlednosti na mnoho oběžných drah podporuje prakticky všechna měření. V současné době je na orbitu několik těchto družic s radarovým výškoměrem aktivních a starty dalších jsou plánovány v letech 2005 - 2008.

Obr. 2: Satelitní snímek objektů NRIAG v poušti poblíž Helwanu. 1 - současná stanice laserového dálkoměru, 2 - předcházející stanice v převozném kontejneru, 3 - ochranná zeď, 4 - solární observatoř, 5 - vedení NRIAG (na budově je umístěn kalibrační terč dálkoměru), 6 - garáže, 7 - muzeum, bývalá budova koloniální správy se zahradou, 8 - budova astronomického oddělení, 9 - dílna, 10 - administrativní budova, 11 - zenitový teleskop, 12 - mešita