Predicting Ajisai satellite reflected sunlight flashes through modelization in the context of time transfer by means of laser link

The ability to share a precise reference time or frequency between multiple sites plays a key role in today's and more and more in the next frontier of metrology in the broadest sectors. In geodesy, in order to achieve new advancement and move from centimeter to millimeter metrology level an higher and higher accuracy and synchronization is needed in geodetic satellite laser ranging activities. The need to compare time scales between laser stations is an ongoing requirement and new ideas have recently emerged to exploit passive laser retroreflectors for ground-to-ground time transfer. The German Wettzell station recently demonstrated the use of space debris laser ranging for realizing time transfer at the nanosecond level via the realization of a bi-static link between two laser stations. In the context of a project which aims to demonstrate a ground-to-ground time transfer at a metrological level of the order of a few hundred picoseconds exploiting the laser ranging on a passive satellite with a very high longevity, the Ajisai satellite, combining cube corner reflectors and spherical mirrors, we want to characterize the rotation of the satellite through photometry. More precisely, we wants to reconstruct a model that simulates solar reflection with the aim of producing a light curve of the satellite as similar as possible to that obtained from real observations, with, in perspective, the possibility of exploiting the model itself not only in retrospect but also for the purpose of producing satellite attitude predictions. The characterization of the parameters in the form of predictions could even allow to subsequently easily reconstruct the main parameters in real time, during future paths of the satellite. In order to obtain the desired metrological level, it is, in fact, required to constrain well the attitude of the satellite to determine the surface which allowed the reflection of the pulses. The purpose of this thesis is to take advantage of published knowledge on the Ajisai satellite and of in-situ measurements (light curves) carried out with the MéO telescope (Métrologie Optique/Metrology and Optics), the Satellites and Lunar Laser Ranging dedicated telescope of Observatoire de la Côte d'Azur (France), to move towards the modelization of Ajisai reflected sunlight flashes in the time scale of the station. A decisive novelty is added to the published state of art. First the effect of the mirrors curvature is introduced and second, comparing this complex model to the observations, the efficiency of a procedure to finely improve the determination of the rotation parameters is proved.

La possibilità di condividere un preciso orario o frequenza di riferimento tra più siti gioca un ruolo chiave nell'odierna e sempre più nella prossima frontiera della metrologia nei settori più vasti. In geodesia, al fine di ottenere nuovi progressi e passare dal livello metrologico centimetrico a quello millimetrico, è necessaria una precisione e una sincronizzazione sempre più elevate nelle attività di rilevamento laser satellitare geodetico. La necessità di confrontare le scale temporali tra le stazioni laser è un requisito costante e recentemente sono emerse nuove idee per sfruttare i retroriflettori laser passivi per il trasferimento temporale terra-terra. La stazione tedesca di Wettzell ha recentemente dimostrato l'uso del laser ranging sui detriti spaziali per realizzare il trasferimento del tempo a livello di nanosecondi attraverso la realizzazione di un collegamento bistatico tra due stazioni laser. Nell'ambito di un progetto che mira a dimostrare un trasferimento temporale terra-terra a livello metrologico dell'ordine di poche centinaia di picosecondi sfruttando il raggio laser su un satellite passivo ad altissima longevità, il satellite Ajisai, che combina un cubo riflettori angolari e specchi sferici, si vuole caratterizzare la rotazione del satellite attraverso la fotometria. Più precisamente si vuole ricostruire un modello che simuli la riflessione solare con lo scopo di produrre una curva di luce del satellite il più possibile simile a quella ottenuta da osservazioni reali, con, in prospettiva, la possibilità di sfruttare il modello stesso non solo in retrospettiva ma anche allo scopo di produrre previsioni di assetto satellitare. La caratterizzazione dei parametri sotto forma di predizioni potrebbe anche consentire di ricostruire facilmente, in un tempo successivo, i parametri principali, in tempo reale, durante i futuri percorsi del satellite. Per ottenere il livello metrologico desiderato è infatti necessario vincolare bene l'assetto del satellite per determinare la superficie che consenta la riflessione degli impulsi. Lo scopo di questa tesi è sfruttare le conoscenze pubblicate sul satellite Ajisai e le misurazioni in-situ (curve di luce) effettuate con il telescopio MéO (Métrologie Optique/Metrology and Optics), il telescopio dedicato al Satellite e al Lunar Laser Ranging dell'Observatoire de la Côte d'Azur (Francia), per andare verso la modellizzazione dei lampi di luce solare riflessa di Ajisai nella scala temporale della stazione. Allo stato dell'arte pubblicato si aggiunge una novità decisiva. In primo luogo viene introdotto l'effetto della curvatura degli specchi e in secondo luogo, confrontando questo complesso modello con le osservazioni, viene dimostrata l'efficacia di una procedura per migliorare in modo decisivo la determinazione dei parametri di rotazione.