Apollo 11 reflektor qoshe

matjen e distancave ndërmjet dy pikave të sipërfaqeve të Tokës deri në Hënë, përkatësisht, me anë të laserit me ose pa reflektorë këndorë të vendosur në sipërfaqen e Hënës. Rëndësia shkencore e eksperimenteve të tilla është të qartësojnë konstantën e gravitetit dhe të testojnë teorinë e relativitetit; sqarimi i një numri parametrash të lëvizjes së sistemit dinamik Tokë-Hënë; marrja e të dhënave të reja për vetitë fizike dhe strukturën e brendshme të Tokës dhe Hënës etj.

Histori

"Kutia" e hapur në të majtë është reflektori i këndit të Lunokhod-1, i krijuar për të përcaktuar distancën nga Hëna

Eksperimentet mbi rrezen lazer të Hënës, edhe pa përdorimin e reflektorëve të qosheve, janë kryer që nga fillimi i viteve 1960 në SHBA dhe BRSS. Në SHBA, nga 9 maji deri më 11 maj 1962, për këtë qëllim u përdorën dy teleskopë të sistemit MIT Cassegrain, i pari me një diametër prej 30,5 cm drejtoi një rreze lazer rubin në Hënë, i dyti me një diametër. prej 122 cm mori sinjalin e reflektuar. U gjetën krateret Albategnium, Tycho, Copernicus dhe Longomontanus. Në BRSS në 1963, një shesh ishte vendosur brenda kraterit hënor Albategnium, dhe si për të dërguar një rreze lazer rubin ashtu edhe për ta marrë atë, u përdor një teleskop me një diametër prej 260 cm të Observatorit Astrofizik të Krimesë, në të cilin, Pas dërgimit të një sinjali, një pasqyrë speciale ndryshoi pozicionin e saj, duke e drejtuar atë të reflektuar nga sinjali i sipërfaqes së Hënës në fotodetektor. Në këtë observator, matjet e para të distancës deri në Hënë u bënë duke përdorur rreze lazer, kur në vitin 1965 u përcaktua me një saktësi prej 200 metrash duke përdorur një instalim të ri të prodhuar në Institutin Fizik Lebedev. Për më tepër, saktësia u kufizua më pas nga shtrembërimi i fortë i rrezes lazer nga sipërfaqja hënore.

Më 21 korrik 1969, astronautët e Apollo 11 instaluan reflektorin e parë të këndit në Hënë. Më vonë, reflektorë të ngjashëm u instaluan nga astronautët e programeve Apollo 14 dhe Apollo 15. Reflektori Apollo 15 është më i madhi, i përbërë nga një panel prej treqind prizmash; Roverët hënorë sovjetikë Lunokhod 1, të dorëzuara në Hënë si pjesë e misionit Luna 17, dhe Lunokhod 2, të dorëzuar si pjesë e misionit Luna 21, ishin gjithashtu të pajisur me reflektues qoshe. Vetë reflektorët u bënë në Francë, dhe sistemi për mbrojtjen e tyre nga pluhuri dhe sistemi i orientimit u zhvilluan nga specialistë sovjetikë. Reflektori i këndit të Lunokhod ishte një sistem prej 14 piramidash tetraedrale xhami të vendosura në një kuti të izoluar termikisht në mënyrë që skajet e tyre të pjerrëta të ishin të hapura ndaj rrezes lazer.

Sinjalet e para nga Lunokhod-1 u morën më 5 dhe 6 dhjetor 1970 nga teleskopi i lartpërmendur 2.6 metra i Observatorit Astrofizik të Krimesë, dhe në të njëjtin muaj ato u morën nga Observatori Pic du Midi. Reflektori Lunokhod-1 siguroi rreth 20 vëzhgime në vitin e parë e gjysmë të funksionimit, por më pas pozicioni i tij i saktë humbi dhe nuk ishte e mundur të gjendej deri në prill 2010. Supozohej se roveri hënor ishte në një pozicion të prirur, gjë që dobëson sinjalin e reflektuar prej tij dhe e bën të vështirë gjetjen e tij nëse të dhënat për koordinatat në sipërfaqen hënore janë të pasakta. Reflektori i Lunokhod-1 mund të ishte gjetur nëse lepurushi i reflektuar prej tij do të kishte rënë në fotografi optike të sipërfaqes hënore, të cilat ishin planifikuar të bëheshin duke përdorur satelitin Lunar Reconnaissance Orbiter, ose në fushën e shikimit të stacioneve të tjera hënore. Më 22 prill 2010, Lunokhod 1 u gjet në sipërfaqen e Hënës nga Tom Murphy dhe një ekip shkencëtarësh që dërguan impulse lazer nga teleskopi Apache Point Observatory në New Mexico.

Gjithashtu, ndër të parët që gjeti Hënën ishte teleskopi Skol-1. "Skol-1" u instalua në territorin e NIP-16 dhe punoi në "Lunokhod-1".

Nuk kishte probleme me përcaktimin e vendndodhjes së katër reflektorëve të mbetur, duke përfshirë atë të instaluar në Lunokhod-2, tingulli i tyre i vazhdueshëm po kryhet aktualisht nga një numër stacionesh, duke përfshirë Laboratorin Jet Propulsion të NASA-s, i cili ka vëzhguar rrezen e lazerit; të reflektorëve që në momentin e instalimit të tyre. Në teleskopin 2.6 metra të Observatorit Astrofizik të Krimesë, ku në vitin 1978 u instaluan pajisje që bënë të mundur matjen e distancës deri në Hënë me një saktësi prej 25 cm, u bënë gjithsej 1400 përcaktime të kësaj vlere, më së shpeshti për reflektorët e qosheve të Lunokhod-2 dhe Apollo 15." Sidoqoftë, në 1983, puna atje u ndërpre për shkak të shkurtimit të programit hënor Sovjetik.

Stacionet kryesore që kryejnë rangun me lazer të Hënës

• JPL NASA, Kaliforni, SHBA
• Observatori McDonald, Teksas, SHBA
• OCA, Nice, Francë
• Haleakala, Hawaii, Shtetet e Bashkuara
• Apache Point, Nju Meksiko, SHBA
• Matera, Matera, Itali
• Dega e OCA, Afrika e Jugut

Parimi i matjes

Rreze lazer drejt Hënës

Lazeri lëshon një sinjal në një teleskop që synon një reflektor dhe regjistrohet koha e saktë në të cilën sinjali u emetua. Disa nga fotonet nga sinjali origjinal kthehen në detektor për të kapur pikën fillestare të të dhënave. Sipërfaqja e rrezes nga sinjali në sipërfaqen e Hënës është 25 km?. Drita e reflektuar nga pajisja në Hënë kthehet në teleskop brenda rreth një sekonde, më pas kalon përmes një sistemi filtrimi për të marrë fotone në gjatësinë e dëshiruar të valës dhe për të filtruar zhurmën.

Saktësia e vëzhgimeve

Që nga vitet 1970, saktësia e matjeve të distancës është rritur nga disa dhjetëra në disa centimetra. Stacioni i ri Apache Point mund të arrijë saktësi në rendin e milimetrave.

Saktësia e matjes së kohës në të tashmen është rreth 30 pikosekonda.

Gama me lazer

Gama e lazerit në shtypin e huaj i referohet fushës së optoelektronikës, e cila merret me zbulimin dhe përcaktimin e vendndodhjes së objekteve të ndryshme duke përdorur valë elektromagnetike të diapazonit optik të emetuar nga lazerët. Objektet e rrezes lazer mund të jenë tanke, anije, raketa, satelitë, struktura industriale dhe ushtarake. Në parim, rangimi me lazer kryhet duke përdorur metodën aktive.

Gama e lazerit, si dhe radari, bazohet në tre vetitë kryesore të valëve elektromagnetike:

1. Aftësia për t'u reflektuar nga objektet. Objektivi dhe sfondi në të cilin ndodhet pasqyrojnë ndryshe incidentin e rrezatimit mbi to. Rrezatimi lazer reflektohet nga të gjitha objektet: metalike dhe jometalike, nga pyjet, toka e punueshme dhe uji. Për më tepër, ai reflektohet nga çdo objekt, dimensionet e të cilit janë më të vogla se gjatësia e valës, më mirë se valët e radios. Kjo dihet mirë nga parimi bazë i reflektimit, i cili thotë se sa më e shkurtër të jetë gjatësia e valës, aq më mirë reflektohet. Fuqia e rrezatimit të reflektuar në këtë rast është në përpjesëtim të zhdrejtë me gjatësinë e valës me fuqinë e katërt. Një lokalizues lazer në thelb ka një aftësi më të madhe zbulimi sesa një radar - sa më e shkurtër të jetë vala, aq më e lartë është. Kjo është arsyeja pse, ndërsa radari u zhvillua, pati një tendencë për të lëvizur nga valët e gjata në ato më të shkurtra. Sidoqoftë, prodhimi i gjeneratorëve të radiofrekuencave që lëshonin valë radio ultra të shkurtra u bë gjithnjë e më i vështirë dhe më pas arriti plotësisht në një qorrsokak. Krijimi i lazerëve hapi perspektiva të reja në teknologjinë e vendndodhjes.

2. Aftësia për t'u përhapur në vijë të drejtë. Përdorimi i një rreze lazer me drejtim të ngushtë, e cila skanon hapësirën, ju lejon të përcaktoni drejtimin drejt objektit (qëndrimi i synuar) Ky drejtim gjendet nga vendndodhja e boshtit të sistemit optik që gjeneron rrezatimin lazer. Sa më i ngushtë të jetë rreze, aq më saktë mund të përcaktohet kushinetja.

Llogaritjet e thjeshta tregojnë se për të marrë një koeficient drejtimi prej rreth 1.5, kur përdorni valët e radios në intervalin centimetrik, duhet të keni një antenë me një diametër prej rreth 10 m. Është e vështirë të instalosh një antenë të tillë në një rezervuar, aq më pak në një avion. Është i rëndë dhe jo i transportueshëm. Ju duhet të përdorni valë më të shkurtra.

Këndi këndor i një rreze lazer të prodhuar duke përdorur një substancë aktive në gjendje të ngurtë dihet se është vetëm 1.0 ... 1.5 gradë dhe pa sisteme optike shtesë. Rrjedhimisht, dimensionet e një lokalizuesi lazer mund të jenë dukshëm më të vogla se një radar i ngjashëm. Përdorimi i sistemeve optike me përmasa të vogla do të bëjë të mundur ngushtimin e rrezes lazer në disa minuta me hark, nëse lind nevoja.

3. Aftësia e rrezatimit lazer për t'u përhapur me një shpejtësi konstante bën të mundur përcaktimin e distancës nga një objekt. Kështu, me metodën e rangut të pulsit, përdoret marrëdhënia e mëposhtme:

Ku L është distanca nga objekti, c është shpejtësia e përhapjes së rrezatimit, t është koha që i duhet pulsit për të udhëtuar drejt objektivit dhe mbrapa.

Shqyrtimi i kësaj marrëdhënieje tregon se saktësia potenciale e matjes së diapazonit përcaktohet nga saktësia e matjes së kohës që i duhet pulsit të energjisë për të udhëtuar drejt objektit dhe mbrapa. Është mjaft e qartë se sa më i shkurtër të jetë impulsi, aq më mirë.

Cilat parametra përdoren për të karakterizuar një lokalizues? Cilat janë të dhënat e pasaportës së tij? Le të shohim disa prej tyre.

Para së gjithash, zona e mbulimit. Kuptohet si rajoni i hapësirës në të cilin kryhet vëzhgimi. Kufijtë e tij përcaktohen nga diapazoni maksimal dhe minimal i funksionimit dhe kufijtë e shikimit në lartësi dhe azimut. Këto dimensione përcaktohen nga qëllimi i lokatorit me lazer ushtarak.

Një tjetër parametër është koha e rishikimit. Ai i referohet kohës gjatë së cilës rrezja lazer prodhon një vëzhgim të vetëm të një vëllimi të caktuar hapësire.

Parametri tjetër i lokalizimit janë koordinatat e përcaktuara. Ato varen nga qëllimi i lokalizuesit. Nëse synohet të përcaktohet vendndodhja e objekteve tokësore dhe nënujore, atëherë mjafton të maten dy koordinata: diapazoni dhe azimuti. Gjatë vëzhgimit të objekteve ajrore, nevojiten tre koordinata. Këto koordinata duhet të përcaktohen me një saktësi të caktuar, e cila varet nga gabimet sistematike dhe të rastësishme. Ne do të përdorim një koncept të tillë si rezolutë. Rezolucioni nënkupton aftësinë për të përcaktuar veçmas koordinatat e objektivave të vendosura afër. Çdo koordinatë ka rezolucionin e vet. Përveç kësaj, përdoret një karakteristikë e tillë si imuniteti ndaj zhurmës. Kjo është aftësia e një lokalizuesi lazer për të funksionuar në kushte të ndërhyrjes natyrore dhe artificiale. Dhe një karakteristikë shumë e rëndësishme e një lokalizuesi është besueshmëria. Kjo është pronë e një lokalizuesi për të ruajtur karakteristikat e tij brenda kufijve të përcaktuar në kushte të caktuara funksionimi.

Parimi i rangut lazer (LL) bazohet në faktin se drita përhapet në vakum në mënyrë drejtvizore dhe me një shpejtësi konstante. Një impuls i shkurtër lazer lëshohet dhe koha zbulohet, rrezja lazer reflektohet nga objekti i synuar dhe kthehet prapa, ku kapet duke përdorur një teleskop dhe fotodetektorë të ndjeshëm dhe përcaktohet koha midis emetimit të pulsit dhe kthimit të tij. Duke ditur shpejtësinë e dritës, mund të llogarisni distancën nga një objekt. Nëse pulsi është i shkurtër dhe koha ndërmjet emetimit dhe marrjes së sinjalit të reflektuar matet me saktësi, atëherë distanca nga objekti mund të llogaritet me saktësinë e duhur. Ndikimi i atmosferës, i cili përkul rrezen (përthyerjen) dhe sjell një vonesë, merret parasysh veçmas, por këto janë detaje delikate.

Idetë për vendndodhjen e Hënës janë shprehur për një kohë të gjatë, në vitet 20. Shekulli i 20-të, kur nuk kishte lazer. Sapo u shpik lazeri, menjëherë lindi ideja për të përdorur vetitë unike të rrezatimit lazer për shtrirjen e lazerit hënor (LLR). Eksperimentet e para mbi LLL u kryen në 1962-63. në SHBA dhe BRSS. Në atë kohë nuk flitej për ndonjë matje. Eksperimentet rezultuan mjaft të suksesshme, sinjali i reflektuar u regjistrua në mënyrë të besueshme, megjithëse kohëzgjatja e pulsit prej 1 ms nuk lejonte matjen e një distance më të saktë se 150 km. Në vitet 1965-66, u kryen eksperimente me impulse më të shkurtra - u arrit një saktësi prej rreth 180 m, për më tepër, saktësia ishte e kufizuar jo aq nga kohëzgjatja e pulsit sa nga terreni.

Më pas u parashtrua ideja për të dërguar reflektorë qoshe (CR) në Hënë për të përmirësuar saktësinë e vendndodhjes. Reflektorët e këndit dallohen për faktin se ata gjithmonë e kthejnë sinjalin në mënyrë rigoroze në drejtim të kundërt, dhe përveç kësaj, sinjali nuk ka kohë për t'u njollosur për shkak të terrenit.

Pretendohet se 5 reflektorë qoshe u dorëzuan në Hënë - dy në roverët hënorë sovjetikë dhe tre nga astronautët amerikanë - Apollo 11, Apollo 14 dhe Apollo 15.

Këtu përfundon banaliteti i lodhshëm dhe më pas fillojnë përrallat magjike me mrekulli të pabesueshme dhe mistere detektivësh!

Le të fillojmë me faktin se pajisja e kontrollit të instaluar në Lunokhod-1 u "humbi" papritmas! Për më tepër, ka dy mendime për këtë çështje. Studiuesi kryesor, kreu. student pasuniversitar në Observatorin Pulkovo, Ph.D. E.Yu.Alyoshkina

në artikullin e tij ai pretendon se pajisja e tij e kontrollit është jashtë funksionit.

Kjo ndodhi teksa lëvizte në kushte shumë të vështira brenda një prej kratereve. Në murin e këtij krateri ka një tjetër, dytësor, të vogël. Kjo është gjëja më e keqe në hënë. Për të dalë nga ky krater i mrekullueshëm, drejtuesi i operatorit dhe ekuipazhi vendosën ta kthenin rroverin hënor prapa. Dhe paneli diellor u palos mbrapa. Dhe doli që me mbulesën e panelit diellor ai u fut në murin e këtij krateri të padukshëm, sepse kamerat shikonin vetëm përpara. Ai grumbulloi pak tokë hënore në panelin diellor. Dhe pasi dolëm, vendosëm ta mbyllnim këtë panel. Por pluhuri i hënës është aq i keq sa nuk mund ta shkundësh aq lehtë. Për shkak të pluhurit në baterinë diellore, rryma e karikimit ra. dhe për faktin se pluhuri ka goditur radiatorin është prishur regjimi termik. Si rezultat, Lunokhod 2 mbeti në këtë krater fatkeq. Të gjitha përpjekjet për të shpëtuar pajisjen përfunduan me asgjë.

Historia e dytë doli të jetë budalla. Ai kishte qenë tashmë në satelitin e Tokës për katër muaj. Më 9 maj mora timonin. Ne zbritëm në një krater, sistemi i navigimit dështoi.

Si të dilni jashtë? Ne e kemi gjetur veten në situata të ngjashme më shumë se një herë. Pastaj ata thjesht mbuluan panelet diellore dhe dolën jashtë. Dhe këtu ka njerëz të rinj në grupin e menaxhimit. Ata urdhëruan të mos e mbyllnin dhe të dilnin. Ata thonë, ne e mbyllim atë dhe nuk do të ketë pompim të nxehtësisë nga roveri hënor, instrumentet do të mbinxehen.

Ne nuk dëgjuam dhe u përpoqëm të largoheshim ashtu. Ne goditëm tokën hënore. Dhe pluhuri i hënës është kaq ngjitës. Dhe pastaj ata urdhërojnë të mbyllin panelin diellor - thonë ata, pluhuri do të bjerë vetë. Ai u shkatërrua - në panelin e brendshëm, roveri hënor ndaloi të merrte rimbushje me energji diellore në vëllimin e kërkuar dhe gradualisht humbi fuqinë. Më 11 maj, nuk kishte më një sinjal nga Lunokhod.

Ky informacion konfirmohet nga... LRO! Këtu është një imazh i Lunokhod 2 me kapakun e hapur, me pamje nga lindja:

Në përgjithësi, është e kotë të lokalizohet roveri i dytë hënor tani.

Gama e funksionimit të këndeve për reflektorin e këndit të instaluar në roverët hënor është ±10 gradë. Për të qenë në gjendje të lokalizoni pajisjen e instaluar në roverin hënor, duke marrë parasysh uljen hënore prej afërsisht 7 gradë,

Roveri hënor duhet të jetë i orientuar drejt Tokës në azimut (në pikën nëntokësore) dhe lartësi me një saktësi prej 2-3 gradë.

UPD nga 03.11.2013. Unë thirra V.P Dolgopolov dhe sqarova vendosjen e reflektorëve të qosheve në trupin e roverit hënor - ato janë të vendosura me një prirje rreptësisht përpara përgjatë rrjedhës, saktësisht siç tregohet në fotografitë e modeleve të muzeut.

Dhe tani ne kujtojmë fjalët e Dovgan se Lunokhod 2 po shikon në lindje, dhe ne shikojmë nga afër hartën:


Shigjetat jeshile tregojnë orientimin aktual të roverëve hënor, shigjetat e verdha tregojnë orientimin e nevojshëm për vendndodhjen e suksesshme të pajisjeve të kontrollit të instaluara në roverët hënor. Pika nëntokësore, e cila ndodhet në qendër të figurës, dhe në të cilën Lunokhod-2 duhet të orientohet në azimut, ndodhet në jugperëndim të Lunokhod-2, dhe Lunokhod-2 është kthyer në lindje (për mendimin tim, azimuti është afërsisht 100-110 gradë) - në këtë pozicion, këndi i rënies së rrezes së vendndodhjes në pajisje është afërsisht 70 gradë, një kënd që është plotësisht i ndaluar për një pajisje kuarci, d.m.th. Reflektori i qosheve të Lunokhod-2 është absolutisht jofunksional. Dhe astronomët e kanë gjetur me sukses atë për gati 40 vjet??? Mbyll sytë dhe imagjinoj sesi fotonet me një piruetë të shpejtë zhyten në reflektorin e këndit të Lunokhod-2 të kthyer mbrapsht, për t'u reflektuar atje dhe, pasi bëj një piruetë të kundërt, drejtohem drejt Tokës... Scheherazade pi duhan me nervozizëm anash ! Ajo kishte mjaft përralla për 1001 netë.

Shtrohet një pyetje e natyrshme - çfarë gjetën ata (astronomët) atëherë?

Detajet e eksperimentit amerikan përshkruhen pak a shumë në detaje në dokumentin Apollo 11 Preliminary Science Report. Detajet e eksperimenteve sovjetike mbi rrezen lazer të Hënës, të kryera në Observatorin Astrofizik të Krimesë (CrAO) janë dhënë në vëllimin e dytë të koleksionit "Laboratori celular në Hënë LUNOKHOD-1". Ekziston gjithashtu një formulë për llogaritjen e madhësisë së sinjalit të përgjigjes

dhe rezultati i llogaritjes tregohet - 0,5 fotoelektrone nga një puls, d.m.th. afërsisht 1 fotoelektron duhet të regjistrohet nga dy impulse lazer.

Numri i fotoneve që do të arrijnë në Hënë është i barabartë me numrin e lëshuar nga lazeri shumëzuar me këtë koeficient transparence N M = K λ N t . Për shembull, për KrAO tregohet mesatarisht si 0.73. Për observatorët në lartësi më të larta, atmosfera është më transparente. Një pengesë në formën e atmosferës do të takohet përsëri në rrugën e fotoneve kur fotonet e reflektuara të kthehen në Tokë - rezultati do të duhet të shumëzohet edhe një herë me koeficientin e transparencës së atmosferës K λ.

Rrezja e shkrepur nga lazeri ndryshon. Ka dy arsye themelore për këtë. E para është zgjerimi i rrezes së difraksionit. Përkufizohet si raporti i gjatësisë së valës së dritës me diametrin e rrezes. Prandaj, për ta zvogëluar atë, është e nevojshme të rritet diametri i rrezes. Për ta bërë këtë, rrezja lazer zgjerohet dhe kalon përmes të njëjtit teleskop, i cili më pas do të kapë fotonet e përgjigjes. Ndërrimi kryhet nga një pasqyrë e kthyeshme - duke qenë se fotonet e përgjigjes do të arrijnë vetëm pas 2.5 sekondash, kjo nuk është aspak e vështirë të sigurohet. Për një teleskop me një diametër dalës prej 3 metrash, zgjerimi i difraksionit të rrezes është vetëm 0,05" (sekondë hark). Arsyeja e dytë është shumë më e fortë - turbulenca në atmosferë. Siguron divergjencën e rrezes në një nivel afërsisht 1". Kjo arsye është thelbësisht e pazgjidhshme. Mënyra e vetme për ta luftuar atë është nxjerrja e teleskopit jashtë atmosferës.

Pra, rrezja në dalje nga atmosfera ka një divergjencë θ. Për kënde të vogla θ, mund të përdoret përafrimi θ = tan(θ) = sin(θ). Rrjedhimisht, rrezja do të ndriçojë një pikë me diametër D = Rθ, ku R është distanca me Hënën (mesatarisht 384,000 km, maksimumi 405,696 km, minimumi 363,104 km). Një rreze me një divergjencë prej 1" do të ndriçojë një pikë në Hënë me një diametër prej afërsisht 1.9 km. Sipërfaqja e pikës, siç dihet nga kursi i gjeometrisë, është e barabartë me .

Sasia e dritës që hyn në teleskop si rezultat i reflektimit nga EO ose toka hënore është proporcionale me sipërfaqen e teleskopit. Për një teleskop me diametër d, zona është .

Në rastin e reflektimit nga CR, jo të gjithë fotonet që godasin Hënën do të godasin CR dhe do të reflektohen. Numri i fotoneve të reflektuara nga pajisja është në proporcion me sipërfaqen e reflektorit S 0 dhe koeficientin e tij të reflektimit K 0. (Kjo me kusht që ta keni prekur pajisjen me të paktën skajin e pikës.) Për reflektorët e prodhimit francez, sipërfaqja totale është 640 cm 2 me një koeficient reflektimi 0,9, por duhet të kujtojmë se për prizmat me një trekëndësh faqja e përparme, sipërfaqja e punës është 2/3 e totalit. Ato amerikane ishin bërë nga prizma kuarci jo të metalizuar dhe kishin një koeficient reflektimi tre herë më pak, por një zonë më të madhe - IR që supozohet të jetë dorëzuar nga ekspeditat Apollo 11 dhe Apollo 14 është 0.1134 m 2, Apollo 15 - 0.34 m 2 ( NASA -CR-113609). Si rezultat, numri i fotoneve që do të reflektohen nga CR do të jetë .

Në fakt, shpërndarja e fotoneve në zonën e pikës është dukshëm e pabarabartë:

Megjithatë, kur përmblidhen rezultatet në disa "të shtëna" lazer për të izoluar sinjalin e dobishëm nga zhurma e sfondit, kjo pabarazi do të zbutet.

Jo të gjithë fotonet e reflektuara nga EO do të përfundojnë në teleskop. Rrezja e reflektuar ka një divergjencë θ" dhe do të ndriçojë një pikë në Tokë me diametër L=Rθ". Sipërfaqja e pikës në Tokë mbi të cilën do të shpërndahet rrezja e reflektuar është e barabartë me . Nga ky vend, numri i fotoneve do të bjerë në teleskop (nëse bie, i cili gjithashtu duhet të kontrollohet). Për IO-të francezë të instaluar në roverët hënorë, divergjenca e rrezes së reflektuar tregohet si 6" (për gjatësinë e valës së një lazeri rubin 694.3 nm), i cili jep diametrin e pikës së reflektuar në Tokë 11 km; ato amerikane ishin bërë nga prizma më të vegjël të trefishtë, dhe për këtë arsye kishte një divergjencë paksa të madhe prej 8.6" (gjithashtu për gjatësinë e valës së një lazeri rubin prej 694.3 nm), diametri i pikës në Tokë do të jetë rreth 16 km. Në fakt, divergjenca e rrezes së reflektuar përcaktohet nga difraksioni, d.m.th. raporti i gjatësisë së valës së lazerit me hapjen e një elementi UO θ" = 2,44 λ/D RR. Prandaj, përdorimi i një lazeri jeshil me një gjatësi vale prej 532 nm mund të justifikohet - pavarësisht nga thithja dhe shpërndarja më e madhe e dritës jeshile në atmosferën e tokës në krahasim me të kuqe dhe infra të kuqe.

Siç mund ta shohim, kemi marrë praktikisht të njëjtën formulë që u tregua në veprën e Kokurin et al., vetëm në atë punë u shtuan koeficientët e transmetimit në rrugët e transmetimit dhe marrësit dhe efikasiteti i shndërrimit kuantik të fotodetektorit (sa fotonet nga numri që goditi teleskopin do të regjistrohen në formën e sinjalit elektrik). Ajo që mungon ende është varësia e zonës së reflektimit efektiv nga këndi i rënies, d.m.th. formulat janë nxjerrë nga supozimi se këndi i rënies së rrezes së vendndodhjes në objektiv është afër normales. Në fakt, varësia është si kjo:

Në rastin e reflektimit nga toka, pjesa më e madhe e dritës do të përthithet dhe pjesa e mbetur do të shpërndahet sipas një ligji të afërt me Lambertian (në mënyrë të njëtrajtshme në të gjitha drejtimet), në një kënd të fortë prej 2π steradianësh. Në fakt, reflektimi nga hëna është disi më i ndërlikuar - toka hënore ka efekte të theksuara prapashpërndarëse dhe të kundërta, të cilat çojnë në faktin se toka hënore reflekton 2-3 herë më rreptësisht në drejtim të kundërt sesa një sipërfaqe konvencionale Lambertiane (mat). . Përafërsisht, e gjithë sipërfaqja e Hënës vepron si një reflektor qoshe, megjithëse jo shumë i mirë.

Mesatarja e albedos së Hënës konsiderohet të jetë 0.07, megjithëse në vende të ndryshme në sipërfaqen e dukshme të Hënës albedo varion nga 0.05 në 0.16. (UPD: Sipas të dhënave më të fundit të marra nga altimetri lazer LOLA, kur reflektohet rreptësisht mbrapa, albedo mund të arrijë deri në 0,33, dhe në disa kratere përgjithmonë të errët në polin jugor edhe 0,35!)

Ne kontrollojmë se cila pjesë e pikës së ndriçuar do të bjerë në teleskop. Fusha e shikimit të një teleskopi përcaktohet nga zmadhimi maksimal i tij, i cili përcaktohet nga diametri i tij. Llogaritja për teleskopin CrAO me diametër 2.64 m jep një fushë shikimi prej 22", puna jep një vlerë prej 15" - vlerat janë afër. Madhësia e pikës së ndriçuar është zakonisht më e vogël, kështu që e gjithë pika shfaqet në fushën e shikimit të teleskopit.

Numri i fotoneve të reflektuara nga toka hënore dhe që hyjnë në teleskop është i barabartë me .

Nga këtu ne nxjerrim një formulë për vlerësimin e efektivitetit të përdorimit të një reflektori qoshe si raporti i shkëlqimit të objektivit me shkëlqimin e tokës hënore. Mjafton një vështrim i shpejtë në këtë formulë për të parë se për të rritur nivelin e sinjalit të përgjigjes nga pajisja në krahasim me reflektimin nga toka, është e nevojshme të zvogëlohet këndi i divergjencës së vendndodhjes së rrezes lazer - varësia është kuadratike.

(UPD: "Lunokhod-1", megjithëse është i pozicionuar keq, është ende i dukshëm. Këndi i llogaritur i incidencës në EO të tij është 31,5 gradë nga normalja (pa marrë parasysh libacionin), në këtë kënd EPR zvogëlohet me një urdhër të madhësisë dhe përhapjes së përgjigjes së impulsit nga -për shkak të mosperpendikularitetit të rrezes së synuar ndaj rrezes së vendndodhjes Por për Lunokhod-2, këndi i llogaritur i incidencës është afërsisht 70 gradë nga normalja - këndi është plotësisht i ndaluar. edhe për një rreze kuarci.

Njëqind e pesëdhjetë fotone duhet të bien në teleskop nga pajisja, rreth 5 nga toka, dhe Aleshkina shkruan rreth "1 foton për 10-20 goditje". Çfarë do të thotë kjo? Janë regjistruar edhe më pak fotone sesa duhet të ishin nga toka!

Dhe kështu duhet të jetë! Kujtojmë se kur ndodhet larg nga pika nëntokësore, sipërfaqja e Hënës është dukshëm jo pingule me rrezen, prandaj, sinjali i reflektuar lyhet në kohë,

dhe filtri i përkohshëm heq prej tij vetëm ato fotone që korrespondojnë me rezultatin e pritur.


Nëse kujtojmë se sipërfaqja e Hënës nuk është idealisht e lëmuar dhe në të ka male dhe kratere, atëherë prania e një muri krateri ose shpati mali përballë Tokës, mbi të cilin rrezja e vendndodhjes lazer bie pingul, do të japë saktësisht i njëjti sinjal kohor kompakt si dhe i reflektuar nga SHBA, por me intensitet më të ulët.

Nëse e dobësojmë sinjalin e llogaritur nga toka si raport i sipërfaqes së sipërfaqes hënore pingul me rrezen e vendndodhjes me zonën e prerjes tërthore të rrezes së vendndodhjes, do të marrim pajtim të plotë të rezultateve eksperimentale me llogaritja për hipotezën me reflektim nga toka. Duke marrë parasysh që diametri i rrezes së vendndodhjes në Hënë është 2-7 km, atëherë malet ose muret e kraterit 2-3 km të larta janë tashmë të mjaftueshme, dhe ka shumë male dhe kratere të tilla në Hënë. Për më tepër, një sipërfaqe krejtësisht e sheshtë nuk kërkohet as. Siç vijon nga llogaritja, me një albedo prej 0,16 (dhe malet në Hënë janë më të lehta se detet), numri i llogaritur i fotoneve nga toka tejkalon vlerat eksperimentale përafërsisht 3 herë, d.m.th. Për të përkuar me llogaritjen, mjafton që vetëm një e treta e pikës së ndriçuar të bjerë në një sipërfaqe të shtrirë në rrafshin e pritur. 2/3 e mbetura mund të kenë ndonjë lehtësim.


Vija e kuqe shënon një sipërfaqe të kushtëzuar, sinjali i reflektuar nga i cili do të kalojë nëpër filtrin e kohës. Idealisht, ky do të ishte një fragment i një sfere me një rreze prej 380,000 km dhe me qendër afërsisht në qendër të Tokës. Një fragment i tillë i një sfere ndryshon pak nga një aeroplan.

Hipoteza me pasqyrimin e sinjalit nga pajisja e kontrollit nuk konfirmohet nga të dhënat eksperimentale të publikuara - gabimi nuk është me përqindje, as me kohë, por me urdhër të madhësisë.

Në përgjithësi, gjithçka është e qartë për mua me astronominë tonë të aplikuar -

Në vjeshtën e vitit 1965, një grup shkencëtarësh sovjetikë kryen një eksperiment unik: ata përcaktuan distancën deri në Hënë me një saktësi prej 200 m.

Shkencëtarët përdorën një lazer rubin që gjeneronte impulse gjigante me një kohëzgjatje prej 5 10”8 s. Për të dërguar impulse lazer në Hënë dhe më pas për të marrë impulse të reflektuara nga sipërfaqja hënore, u përdor një teleskop optik nga Observatori i Krimesë me një diametër të pasqyrës kryesore prej 260 cm Në vitin 1969, astronautët amerikanë u ulën në sipërfaqen e Hënës nga Apollo 11 , dhe në vitin 1970 në anijen kozmike Sovjetike Lunokhod-1, e kontrolluar nga Toka, zbriti në sipërfaqen hënore. Astronautët dhe roveri hënor dërguan reflektorë të veçantë reflektues në Hënë. Një reflektor, ose, përndryshe, një reflektor qoshe është projektuar për të kthyer rrezen e dritës që ka rënë mbi të në një drejtim rreptësisht paralel me drejtimin origjinal të rrezes. Kjo aftësi zotërohet, për shembull, nga një kënd i formuar nga tre pasqyra të sheshta të orientuara në kënde të drejta me njëra-tjetrën. Duke përdorur reflektimin e pulseve të shkurtra lazer të dërguara nga Toka nga reflektorët qoshe të vendosur në sipërfaqen hënore, shkencëtarët ishin në gjendje të përcaktojnë distancën nga Toka në Hënë (më saktë, nga pasqyra e një teleskopi të Tokës në reflektorin hënor) me një gabim që nuk kalon disa dhjetëra centimetra. Për të imagjinuar se sa e lartë është një saktësi e tillë, duhet të kujtojmë se Hëna ndodhet në një distancë prej 380,000 km nga

Reflektori lazer i instaluar në sipërfaqen hënore është një katror me gjatësi anësore 45 cm, i përbërë nga 100 reflektorë qoshe individualë. Është e mundur të ndryshohet orientimi i rrafshit katror - duke marrë parasysh vendndodhjen e reflektorit në sipërfaqen hënore
Toka. Gabimi i matjes së diapazonit prej 40 cm është 109 herë më i vogël se distanca e specifikuar!
Por pse të matni distancën deri në Hënë me një saktësi kaq të madhe? A po bëhet vërtet kjo vetëm për "interes sportiv"? Sigurisht që jo. Matjet e tilla kryhen jo për të përcaktuar më saktë distancën nga teleskopi i tokës në reflektorin hënor, por për të përcaktuar më saktë ndryshimet në këtë distancë gjatë një periudhe të caktuar kohore, për shembull, gjatë një jave, një muaji, një vit. Duke studiuar grafikët që përshkruajnë ndryshimet në distancë me kalimin e kohës, shkencëtarët marrin informacion për t'iu përgjigjur një numri pyetjesh me rëndësi të madhe shkencore: si shpërndahet masa në brendësi të Hënës? Me çfarë shpejtësie po afrohen apo largohen kontinentet e Tokës? Si ndryshon pozicioni i poleve magnetike të Tokës me kalimin e kohës?
Kjo është arsyeja pse ekzistojnë disa dhjetëra sisteme të vendndodhjes me lazer për qëllime hapësinore në botë.
lexime. Ata lokalizojnë Hënën, si dhe satelitët artificialë të Tokës për qëllime gjeodezike. Si shembull, ne do të tregojmë sistemin e vendndodhjes lazer të Institutit Fizik P. N. Lebedev të Akademisë së Shkencave të BRSS, i krijuar për vendndodhjen e Hënës. Lazeri rubin gjeneron impulse gjigante drite me një kohëzgjatje prej 10”8 s dhe një energji prej rreth 0,1 J. Pulset kalojnë përmes një amplifikuesi kuantik, pas së cilës energjia e tyre rritet në 3 J. Më pas pulset e dritës godasin 260- cm pasqyrë teleskopi dhe janë dërguar në Hënë. Gabimi në matjen e distancës nga Hëna në këtë rast është 90 cm Qendra në SHBA, e projektuar për gjetjen e satelitëve artificialë të Tokës. Përdor një lazer rubin pulsues që gjeneron pulse me kohëzgjatje 4 * 10 "9 s dhe energji 0.25 J. Gabimi i matjes së distancës është 8 cm.
Diagrami optik i thjeshtuar i sistemit të vendndodhjes lazer të Institutit Fizik të Akademisë së Shkencave të BRSS: 7 - lazer rubin, 2 - përforcues i dritës kuantike, 3 - pasqyrë kryesore e teleskopit me një diametër prej 260 cm

Lokatorët me lazer janë instaluar jo vetëm në sipërfaqen e tokës, por edhe në avionë. Le të imagjinojmë se dy anije kozmike po i afrohen njëra-tjetrës dhe janë gati të ankorohen automatikisht. Shtë e nevojshme të kontrolloni me saktësi pozicionin relativ të anijeve dhe të matni me saktësi distancën midis tyre. Për ta bërë këtë, një lokalizues lazer është instaluar në njërën nga anijet. Si shembull, merrni parasysh një lokalizues të bazuar në një lazer CO2, që gjeneron një sekuencë të rregullt pulsesh drite me një shpejtësi përsëritjeje prej 50 kHz. Rrezja lazer skanohet rresht pas rreshti (i ngjashëm me një rreze elektronike në një tub televiziv) brenda një këndi të fortë prej 5 x 5°; koha e shikimit të rrezes për këtë sektor të hapësirës është 10 s. Lokatori me lazer kërkon dhe identifikon mjetin e ankorimit në një sektor të caktuar të hapësirës, ​​mat vazhdimisht koordinatat këndore dhe diapazonin e tij dhe siguron manovrim të saktë - deri në momentin e ankorimit. Të gjitha operacionet e lokalizuesit kontrollohen nga kompjuteri në bord.
Lokatorët me laser përdoren sot si në astronautikë ashtu edhe në aviacion. Në veçanti, ato mund të shërbejnë si matës të saktë të lartësisë. Vini re se lartësimatësi lazer u përdor në anijen kozmike Apollo për të hartuar sipërfaqen e Hënës.
Qëllimi kryesor i lokalizuesve lazer është i njëjtë me radarët: zbulimi dhe identifikimi i objekteve të largëta nga vëzhguesi, gjurmimi i lëvizjes së këtyre objekteve, marrja e informacionit për natyrën e objekteve dhe lëvizjen e tyre. Ashtu si në radar, shtrirja optike përdor pulset e rrezatimit të reflektuara nga objekti për të zbuluar një objekt dhe për të marrë informacion rreth tij. Në të njëjtën kohë, vendndodhja optike ka një sërë avantazhesh ndaj radarit. Një lokalizues lazer ju lejon të përcaktoni më saktë koordinatat dhe shpejtësinë e një objekti. Për më tepër, bën të mundur identifikimin e madhësisë së një objekti, formës dhe orientimit të tij në hapësirë. Një imazh video i objektit mund të vërehet në ekranin e radarit lazer.
Përparësitë e rangut të lazerit lidhen me drejtimin e mprehtë të rrezeve lazer, frekuencën e lartë të rrezatimit optik dhe kohëzgjatjen jashtëzakonisht të shkurtër të pulseve të dritës. Në të vërtetë, pjesa tjetër - 66
Me një rreze të drejtuar, ju mund të "ndjeni" fjalë për fjalë një objekt, "të shikoni" pjesë të ndryshme të sipërfaqes së tij. Frekuenca e lartë e rrezatimit optik ju lejon të matni më saktë shpejtësinë e një objekti. Le të kujtojmë se nëse një objekt lëviz drejt vëzhguesit (nga vëzhguesi), atëherë pulsi i dritës i reflektuar prej tij nuk do të ketë më frekuencën origjinale, por një frekuencë më të lartë (më të ulët). Ky është efekti Doppler, i njohur si në optikë ashtu edhe në akustikë; ky efekt është baza e anemometrit lazer të diskutuar më parë. Ndryshimi në frekuencën e pulsit të reflektuar (zhvendosja e frekuencës Doppler) është në proporcion me shpejtësinë e objektit (më saktë, projeksionin e shpejtësisë në drejtimin nga vëzhguesi në objekt) dhe frekuencën e rrezatimit. Sa më e lartë të jetë frekuenca e rrezatimit, aq më i madh është zhvendosja e frekuencës Doppler e matur nga pajisjet e vendndodhjes dhe, për rrjedhojë, aq më saktë mund të përcaktohet shpejtësia e objektit. Së fundi, ne vërejmë rëndësinë e përdorimit të impulseve mjaft të shkurtër të rrezatimit në vendndodhje. Në fund të fundit, distanca në një objekt të matur duke përdorur një lokalizues është proporcionale me intervalin kohor nga dërgimi i pulsit të provës deri në marrjen e pulsit të reflektuar. Sa më i shkurtër të jetë vetë pulsi, aq më saktë mund të përcaktohet kjo periudhë kohore, dhe për rrjedhojë distanca nga objekti. Nuk është më kot që diapazoni i lazerit hapësinor përdor impulse drite me një kohëzgjatje prej rreth 10”8 s ose më pak. Kujtojmë se me një kohëzgjatje pulsi prej 10"8 s gabimi në gjetjen e Hënës ishte 90 cm, dhe me një kohëzgjatje pulsi prej 2 10_9 s gabimi u ul në 25 cm.
Megjithatë, sistemet e vendndodhjes optike kanë gjithashtu disavantazhe. Sigurisht, është mjaft e përshtatshme të "inspektosh" një objekt duke përdorur një rreze lazer të ngushtë dhe shumë të fokusuar. Sidoqoftë, nuk është aq e lehtë të zbulosh një objekt duke përdorur një rreze të tillë; Koha e shikimit të zonës së kontrolluar të hapësirës rezulton të jetë relativisht e gjatë në këtë rast. Prandaj, sistemet e vendndodhjes optike shpesh përdoren në kombinim me sistemet e radarëve. Këto të fundit ofrojnë një pasqyrë të shpejtë të hapësirës, ​​zbulimin e shpejtë të objektivit dhe sistemet optike më pas matin parametrat e objektivit të zbuluar dhe gjurmojnë objektivin. Përveç kësaj, kur përhapet rrezatimi optik
Kur transmetohet përmes mjedisit natyror - atmosferës ose ujit - lindin probleme që lidhen me ndikimin e mjedisit në rrezen e dritës. Së pari, drita absorbohet pjesërisht në medium. Së dyti, ndërsa rrezatimi përhapet përgjatë rrugës, një shtrembërim vazhdimisht në rritje i frontit të valës së rrezes së dritës ndodh për shkak të turbulencës atmosferike, si dhe shpërndarjes së dritës në grimcat e mediumit. E gjithë kjo kufizon gamën e veprimit të sistemeve të vendndodhjes optike me bazë tokësore dhe nënujore dhe e bën funksionimin e tyre të varur nga gjendja e mjedisit dhe, në veçanti, nga kushtet e motit.

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Lëkundjet harmonike Formula e fizikës së frekuencës së lëkundjeve