Satellite Laser Ranging (SLR; deutsch etwa: Satelliten-Laserentfernungsmessung) ist eine hochpräzise Methode der Satellitengeodäsie, bei der mit Hilfe der Laufzeit eines Laserimpulses die Entfernung zwischen einer Bodenstation und einem Satelliten gemessen wird. Hierbei handelt es sich um ein Zweiwegemessverfahren.
Satellite Laser Ranging dient einerseits zur genauen Bahnbestimmung der Umlaufbahn von geodätischen Satelliten, andererseits zur Punktbestimmung in der Erdmessung und Geodynamik. Daraus können Veränderungen des Erdkörpers und der Erdrotation abgeleitet werden – zusammen mit anderen Verfahren der höheren Geodäsie.
In der Sendeeinrichtung der Bodenstation wird ein kurzer Laserimpuls erzeugt und über ein optisches System zum Satelliten gesendet. Gleichzeitig wird ein elektronischer Zeitintervall-Zähler gestartet. Der vom Satelliten reflektierte Impuls wird über eine Empfangsoptik in der Empfangseinrichtung der Bodenstation registriert, verstärkt, analysiert und dem Zähler als Stoppimpuls zugeführt.
Aus der gemessenen Laufzeit Δt des Laserimpulses für den Weg zum Satelliten und zurück ergibt sich mit Hilfe der Ausbreitungsgeschwindigkeit
{\displaystyle d={\frac {\Delta t}{2}}\cdot c}
Wesentliche Komponenten des Entfernungsmesssystems am Boden sind dementsprechend:
Generator und Sender der Laserimpulse einschließlich optischem System und Montierung
Detektor und Analysator für zurückkehrende Impulse einschließlich des Empfangssystems
Zeitmesseinrichtung für die Laufzeitbestimmung
Zur Steuerung und Überwachung des Systems sowie zur Festlegung der Beobachtungsepochen sind noch weitere Sub-Systeme erforderlich (Rechner, Atomuhren).
Als Weltraumsegment werden Satelliten mit geeigneten Reflektoren benötigt.
Die Entwicklung von gepulsten Lasern für die Bahnverfolgung von Satelliten begann in den USA bereits um 1961/62 innerhalb des amerikanischen Explorer-Programms. 1964 wurde ein erster Satellit mit Laserreflektoren ausgestattet (BEACON – Explorer – B (BE–B) = Explorer 22). Dieser wurde am 9. Oktober 1964 in eine Umlaufbahn von 1000 km Höhe und 80° Bahnneigung gebracht. Die ersten Laserentfernungsmessungen gelangen 1965 mit einer Genauigkeit von wenigen Metern. Auch Explorer 27 (= BE-C) sowie die beiden GEOS-Satelliten Explorer 29 und Explorer 36 waren mit Laserreflektoren ausgestattet.
Erst die GEOS-Satelliten konnten für die Satellitengeodäsie genutzt werden: einerseits konnte man vorher die Satellitenbahnen nur unzureichend vorherberechnen, andererseits waren die Intervallzähler für die Zeitmessung noch nicht präzise genug und die Zahl der reflektierten Lichtquanten für hohe Satelliten zu gering. Niedrigere Bahnen wiederum bedeuten, dass der Satellit zu rasch über den Himmel läuft (Durchgänge von nur wenigen Minuten) und seine Bahn für eine verlässliche Ephemeride nicht stabil genug ist. Den Durchbruch brachte erst eine verbesserte Steuerungs- und Lasertechnik, kombiniert mit einer genau eingegrenzten und programmierten Torzeit des Empfänger-Teleskops.
In den nachfolgenden Jahren wurden sehr rasche Fortschritte gemacht.
Die Genauigkeit erreichte Mitte der 1970er Jahre etwa einen Meter, heute (2015) ist sie im Millimeter-Bereich angelangt, so dass die Form des Satelliten bereits eine große Rolle spielt. Wenn das Laserecho stark genug ist, misst die Apparatur nur die ersten der zurückkommenden Photonen. Bei Tagbeobachtungen – die seit etwa 1995 möglich sind – wird auch eine größere Zahl der Reflexe analysiert.
An vielen Orten der Welt wurden Laserentfernungsmesssysteme zu Satelliten entwickelt und installiert. Oft handelte es sich dabei um Eigenentwicklungen in Arbeitsgruppen von Observatorien. 1986 waren weltweit etwa 50 leistungsfähige Systeme im Einsatz.
Die erzielbare Entfernungsmessgenauigkeit hängt eng mit der zeitlichen Dauer und Auflösung der Laserimpulse zusammen.
Dabei gilt: 1 Nanosekunde (ns) entspricht bei Ausbreitung des Laserimpulses mit Vakuum-Lichtgeschwindigkeit einer Entfernung von 15 cm.