Посадочный модуль «Викрам» ISRO (Индийской организации космических исследований) с ретрорефлектором НАСА приземлился на Луне 23 августа 2023 года. Камера на борту LRO (Лунного разведывательного орбитального аппарата) НАСА сделала этот снимок четыре дня спустя. Посадочный модуль находится в центре изображения, его темная тень видна на фоне яркого ореола вокруг него. Гало образовалось после взаимодействия шлейфа ракеты с мелкозернистым реголитом (похожим на почву) на поверхности Луны. На изображении показана территория шириной 1 милю или 1,7 километра. Фото: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/Университет штата Аризона.
Впервые на Луне лазерный луч был передан и отражен между орбитальным космическим кораблем НАСА и устройством размером с Орео на посадочном модуле «Викрам» ISRO (Индийская организация космических исследований) на лунной поверхности. Успешный эксперимент открывает двери для нового способа точного определения местоположения целей на поверхности Луны.
В 15:00 по восточному стандартному времени 12 декабря 2023 года LRO (Лунный разведывательный орбитальный аппарат) НАСА направил свой лазерный высотомер на Викрама. Посадочный модуль находился в 62 милях или 100 километрах от LRO, недалеко от кратера Манзинус в районе южного полюса Луны, когда LRO передал ему лазерные импульсы. После того, как орбитальный аппарат зарегистрировал свет, отраженный от крошечного ретрорефлектора НАСА на борту Викрама, ученые НАСА поняли, что их метод наконец-то сработал.
Отправка лазерных импульсов к объекту и измерение времени, которое требуется свету, чтобы прийти в норму, является широко используемым способом отслеживания местоположения спутников на околоземной орбите с земли. Но использование обратного метода — для отправки лазерных импульсов с движущегося космического корабля на неподвижный для определения его точного местоположения — имеет множество применений на Луне, говорят ученые.
«Мы показали, что можем определить местонахождение нашего ретрорефлектора на поверхности с орбиты Луны», — сказал Сяоли Сан, возглавлявший группу в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, которая разработала ретрорефлектор на Викраме в рамках партнерства. между НАСА и ISRO. «Следующим шагом будет улучшение этой техники, чтобы она могла стать рутиной для миссий, которые хотят использовать эти световозвращатели в будущем».
Крошечный, но мощный ретрорефлектор НАСА шириной всего 2 дюйма или 5 сантиметров, называемый Лазерная ретрорефлекторная матрица, имеет восемь кварцевых угловых кубических призм, установленных в куполообразной алюминиевой раме. По словам ученых, устройство простое и долговечное, не требующее ни питания, ни обслуживания, и может прослужить десятилетия. Его конфигурация позволяет ретрорефлектору отражать свет, поступающий с любого направления, обратно к его источнику.
Ретрорефлекторы могут использоваться для многих применений в науке и исследованиях, и действительно, они использовались на Луне со времен Аполлона. Отражая свет обратно на Землю, ретрорефлекторы размером с чемодан показали, что Луна удаляется от нашей планеты со скоростью 1,5 дюйма (3,8 сантиметра) в год.
Новое поколение крошечных ретрорефлекторов имеет еще больше применений, чем их более крупные предшественники. На Международной космической станции они используются в качестве точных маркеров, которые помогают космическим кораблям для доставки грузов автономно стыковаться.
Лазерная ретрорефлекторная матрица НАСА шириной всего 2 дюйма или 5 сантиметров имеет восемь кварцевых угловых кубических призм, установленных в куполообразной алюминиевой раме. Такая конфигурация позволяет устройству отражать свет, поступающий с любого направления, обратно к его источнику. Фото: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
В будущем они смогут, например, направлять астронавтов «Артемиды» на поверхность в темноте или отмечать расположение космических кораблей, уже находящихся на поверхности, помогая астронавтам или беспилотным космическим кораблям приземлиться рядом с ними.
Но предстоит еще многое сделать, прежде чем ретрорефлекторы смогут осветить Луну. Самым большим препятствием для их немедленного внедрения является то, что высотомер LRO, который проработал 13 лет после завершения своей основной миссии, на данный момент является единственным лазерным инструментом, вращающимся вокруг Луны. Но инструмент не был предназначен для точного определения цели; с 2009 года высотомер под названием LOLA отвечает за картографирование топографии Луны для подготовки к полетам на поверхность.
«Мы бы хотели, чтобы LOLA указывала на эту цель размером с Орео и каждый раз поражала ее, а это сложно», — сказал Дэниел Кремонс, ученый НАСА Годдарда, работающий с Sun. Высотомеру потребовалось восемь попыток, чтобы связаться с ретрорефлектором Викрама.
LOLA работает, направляя пять лазерных лучей на Луну и измеряя, сколько времени потребуется каждому из них, чтобы вернуться обратно (чем быстрее свет возвращается, тем меньше расстояние между LOLA и поверхностью и, следовательно, тем выше высота над уровнем моря в этой области). Каждый лазерный луч покрывает территорию шириной 32 фута или 10 метров на высоте 62 мили или 100 километров. Поскольку между лучами большие зазоры, существует лишь небольшая вероятность того, что лазерный импульс попадет в ретрорефлектор во время каждого прохода лунного орбитального аппарата над посадочным модулем.
Альтиметры отлично подходят для обнаружения кратеров, камней и валунов для создания глобальных карт высот Луны. Но они не идеальны для наведения на ретрорефлектор с точностью до одной сотой градуса, а это то, что необходимо для постоянного достижения сигнала. Будущий лазер, который медленно и непрерывно обрабатывает поверхность без каких-либо пробелов в охвате, поможет крошечным ретрорефлекторам реализовать свой потенциал.
На данный момент команда, создавшая миниатюрные ретрорефлекторы НАСА, продолжит использовать лазерный высотомер LRO, чтобы уточнить положение целей на поверхности, особенно посадочных модулей.
Несколько ретрорефлекторов НАСА планируется использовать на борту государственных и частных лунных кораблей, в том числе один на посадочном модуле SLIM JAXA (Японского агентства аэрокосмических исследований), который должен приземлиться на Луну 19 января 2024 года, и один, построенный частной компанией Intuitive Machines. планирует запустить свой космический корабль на Луну в середине февраля. Intuitive Machines будет нести шесть полезных нагрузок НАСА, включая ретрорефлектор, в рамках инициативы NASA Commercial Lunar Payload Services (CLPS).
