Приветствую вас!
Во второй части статьи "Лунный лазерный рефлектор", которая вышла в американском научно-популярном журнале Scientific American в марте 1970 года, речь пойдет об оборудовании которое использовалось при первых экспериментах по лазерной дальнометрии Луны.
Первую часть читайте тут👇
Пока разрабатывался лазерный ретрорефлектор, наша научная группа не была уверена, какая из миссий программы «Аполлон» доставит его на Луну. К нашей радости, чуть больше года назад Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства сообщило нам, что наш лазерный рефлектор должен отправится на Луну в первом полете миссии «Аполлон-11».
20 июля миллионы людей наблюдали по телевидению, как Эдвин Олдрин вытащил наш лазерный отражатель из багажного отсека «Орла», отнес его на расстояние около 60 футов (18 метров) от лунного модуля, и установил его на лунной поверхности. В этот момент Нил Армстронг, используя рукоятку наклона, установил отражатель так, что его лицевая сторона была примерно перпендикулярна воображаемой линии до Земли. Наконец, он выровнял отражатель с точностью до одного или двух градусов по направлению восток-запад, используя тень, отбрасываемую гномоном, расположенным на корпусе лазерного отражателя. На все ушло около пяти минут.
Во время высадки «Аполлона-11» несколько обсерваторий в США были готовы послать лазерные импульсы на отражатель и попытаться обнаружить отраженный свет. В настоящее время две исследовательские группы все еще проводят свои эксперименты. Одна из них использует 107-дюймовый телескоп обсерватории Макдональда в Форт-Дэвисе, штат Техас, где наблюдения проводятся сотрудниками обсерватории в сотрудничестве с исследовательской группой LURE. Другая исследовательская группа лаборатории ВВС Кэмбридж, использует 60-дюймовый телескоп с металлическим зеркалом, расположенный в горах Каталина недалеко от Тусона, штат Аризона.
Первые отклики от ретрорефлекторной решетки были зарегистрированы третьей исследовательской группой, в которую входили сотрудники Уэслианского университета, Центра космических полетов имени Годдарда и Калифорнийского университета в Санта-Круз. Она использовала 120-дюймовый (305 см) телескоп Ликской обсерватории расположенной на горе Гамильтон в Калифорнии, который был специально оборудован для проведения эксперимента по обнаружению отраженных сигналов от лазерного отражателя, оставленного на Луне.
Несмотря на то, что эксперимент был разработан таким образом, чтобы телескопы среднего размера могли принимать возвращенный сигнал, НАСА обратилось к Ликской обсерватории, с ее превосходным оборудованием, с просьбой принять участие в первоначальных попытках обнаружить ретрорефлектор на поверхности Луны. Используя 120-дюймовый телескоп, второй по величине в США, НАСА надеялось увеличить шансы на раннее обнаружение ответных сигналов от ретрорефлектора на Луне.
Вероятно и очевидно, что чем больше апертура телескопа, тем большее количество слабого отраженного света он сможет собрать. Но гораздо менее очевидным является то, что чем больше телескоп, тем больше света от лазера, он может сконцентрировать на отражателе на Луне, чтобы он мог отразиться обратно.
Без какого-либо телескопа расходящийся луч лазера к тому времени, когда он достигнет Луны, распространится на площади диаметром около 300 миль (482 км). Точно так же, как телескоп обычно работает, принимая свет от далекого объекта, он может работать в обратном направлении, чтобы уменьшить расходимость луча света, проходящего через него. Величина, на которую расхождение луча уменьшается с помощью телескопа, — это простое отношение апертуры телескопа к диаметру лазера. Хотя в принципе размер лазерного пятна на Луне продолжит уменьшаться по мере увеличения апертуры телескопа, на практике турбулентность земной атмосферы устанавливает нижний предел расхождения луча диаметром в одну милю (1,6 км).
Даже для самого качественного и мощного рубинового лазера, необходим телескоп с апертурой 100 дюймов или более, чтобы уменьшить расхождение лазерного луча, чтобы соответствовать пределу, установленному атмосферой при хороших условиях видимости. В Ликской обсерватории использовались две отдельные дальномерные системы. Каждая из них имела свой собственный мощный рубиновый лазер и электронику обнаружения. Одна из лазерных систем могла посылать импульсы 20 раз в минуту. Другая могла посылать импульсы только два раза в минуту, но имела несколько меньшее расхождение луча.
Небольшой телескоп Галилея был подключен к выходу каждого лазера и служил для увеличения диаметра луча, примерно с трех четвертей дюйма до двух дюймов. Двухдюймовый лазерный луч может быть обработан с помощью обычной оптики без серьезного риска повреждения оптических элементов, которое было бы вызвано более сильным лучом меньшего диаметра. После выхода из двухдюймового телескопа Галилея, установленного перед лазером, луч отклонялся вверх к светоделителю с помощью призмы.
Призма выполняла двойную функцию: направляла свет на светоделитель и действовала как переключатель между двумя лазерными системами. Прежде чем достичь светоделителя, этот параллельный двухдюймовый луч был вынужден расходиться с помощью вогнутой линзы, которая была нужна для того, чтобы свет лазера просто заполнял апертуру 120-дюймового телескопа. Когда луч покидал телескоп, он имел диаметр 10 футов (3 метра) и имел расхождение всего на один фут на 50 миль (30 см на 80 км).
Светоделитель на 99 процентов отражал свет на длине волны лазера и был прозрачен для света более коротких длин волн. В результате обычный синий и зеленый свет от Луны мог свободно проходить через расщепленный луч и отражаться зеркалом в систему точного обзора, которая использовалась для установки и наведения телескопа.
Свет отраженный от лазерного отражателя на Луне следовал в обратном направлении по траектории, пройденной лазерным импульсом, и в конечном итоге проходил через выходную линзу двухдюймового телескопа Галлилея. Позади этой линзы было установлено небольшое зеркало, которое можно было отклонять в нужное положение после импульса лазера, тем самым отклоняя отраженный свет в детектор. Детектор был расположен за отверстием, которое уменьшало количество фонового света, отраженного от областей, удаленных от места посадки. Кроме того, детектор был закрыт фильтром, который предотвращал попадание на него света, отличного от излучения на длине волны лазера.
В системе наведения использовался сине-зеленый лунный свет, который проходил через делитель для обеспечения обзора необходимого для наведения телескопа на место посадки. Изображение луны накладывалось на свет от трех проекционных сеток, а затем фокусировалось на смотровой телевизионной камере. Установив положение кратеров в соответствии с известными лунными кратерами, а затем переместив телескоп таким образом, чтобы изображения кратеров накладывались на изображение прицельной сетки, телескоп можно было точно направить на место посадки, которое находилось на плоской и почти безликой поверхности Луны.
Несколько небольших уголковых призм были установлены перед 120-дюймовым зеркалом телескопа таким образом, чтобы перехватывать часть лазерного луча, который выходит из телескопа, и возвращать его по траектории, точно параллельной уходящему лучу света. При импульсе лазера чуть менее 1 процента света проходило через светоделитель и попадало в систему наведения. Этот свет на мгновение создавал яркое пятно на телевизионном мониторе и точно показывал точку на Луне, на которую был направлен телескоп при импульсе лазера. Отслеживая расположение вспышек, можно было навести телескоп на Луну с погрешностью менее мили. Увеличение лунного контраста также послужило использованию телевизионной системы, которая обеспечивала отсутствие опасности от обратного рассеяния лазерного света для глаз наблюдателя, корректирующего движения телескопа с целью удержания места посадки "Аполлона" в поле луча.
Продолжение следует...