О лазерной локации Луны.

Эксперименты по лазерной локации Луны, ещё без использования уголковых отражателей, велись уже с начала 1960-х годов в США и СССР. Были произведены первые измерения расстояния до Луны, в 1965 году, с помощью новой установки, изготовленной в ФИАН, оно было определено с точностью 200 метров. Точность тогда была ограничена сильным искажением лазерного луча лунной поверхностью.

С 21 июля 1969 года астронавтами программы «Аполлон» на Луне установлены 3 уголковых отражателя. Отражатель Аполлона-15 является наиболее крупным, представляет собой панель из трёхсот призм.

Советские аппараты «Луноход-1» и «Луноход-2» также были оснащены уголковыми отражателями. Сами отражатели были изготовлены во Франции, а система защиты их от пыли и система ориентации разработана советскими специалистами.

Уголковый отражатель «Лунохода» представлял собой систему из 14 стеклянных четырёхгранных пирамид. Первые сигналы от «Лунохода-1» были получены 5 и 6 декабря 1970 года 2,6-метровым телескопом Крымской астрофизической обсерватории, в том же месяце приняты и обсерваторией в Пик-дю-Миди. Отражатель «Лунохода-1» в первые полтора года работы обеспечил порядка 20 наблюдений.

Постоянное зондирование отражателей ведётся в данный момент рядом станций, в том числе Лабораторией реактивного движения НАСА (Jet Propulsion Laboratory), которая вела наблюдения по лазерной локации отражателей с самого момента их установки. На 2,6-метровом телескопе Крымской астрофизической обсерватории, где в 1978 году была установлена аппаратура, позволяющая измерять расстояние до Луны с точностью 25 см, в общей сложности проведено 1400 определений этой величины, чаще всего — до уголковых отражателей «Лунохода-2» и «Аполлона-15».

В январе 2018 года китайское агентство «Синьхуа» сообщило о первом в этой стране опыте лазерной локации Луны с использованием отражателя, установленного американской миссией «Аполлон-15».

Принцип измерения

Лазер излучает сигнал в телескоп, направленный на отражатель, при этом точно фиксируется время, когда сигнал был излучён. Часть фотонов от первоначального сигнала возвращается обратно на детектор с целью зафиксировать начальную точку данных. Площадь пучка от сигнала на поверхности Луны составляет 25 км² (площадь уголковых отражателей при этом — примерно 1 м на 1 м). Отражённый от прибора на Луне свет в течение примерно одной секунды возвращается в телескоп, далее проходит через систему фильтрации для получения фотонов на нужной длине волны и для отсева шумов.

Точность наблюдений

С 1970-х годов точность измерения расстояния увеличилась с нескольких десятков (порядка 40) до нескольких (порядка 2-3) сантиметров. Новая станция Apache Point может достигнуть точности порядка миллиметров.

Точность измерения времени в настоящем — порядка 30 пикосекунд (что и соответствует примерно двум сантиметрам точности измерения расстояния).

Существует мнение, что из-за небольших размеров уголковых отражателей, сигнал, отраженный ими настолько слаб, что может быть не отличим от суммарного отражения всей площадью поверхности освещённой лазером.

Действительно, пятно света, производимое лазерным лучом на поверхности Луны, занимает площадь примерно 5х5 км. Однако это не противоречит общему принципу лазерной локации. А отражательная способность уголкового отражателя многократно превосходит отражательную способность лунной поверхности, с учётом ландшафта и кратеров особенно. Поэтому думаю, что математики могут достаточно точно рассчитать разницу, и подтвердить эффективность и успешность эксперимента с лазерной локацией Луны.

Текст: по материалам, представленным в википедии.