На Луну отправят новый отражатель для измерения расстояния до Земли с точностью до миллиметров
Европейский космический прибор MPAc отправится на Луну в составе миссии IM-3 компании Intuitive Machines. Его основой станет новый лазерный отражатель MoonLIGHT, который должен повысить точность измерения расстояния между Землёй и Луной с сантиметрового до миллиметрового уровня.
Запуск миссии IM-3 на ракете Falcon 9 ожидается не ранее 2027 года. Посадочный аппарат Nova-C должен доставить оборудование в район Рейнер Гамма — необычной светлой структуры на видимой стороне Луны, связанной с локальной магнитной аномалией.
MPAc состоит из крупного уголкового отражателя MoonLIGHT и специального механизма наведения. Сам отражатель разработан итальянским Национальным институтом ядерной физики совместно с Мэрилендским университетом, а создание системы точного наведения финансировало Европейское космическое агентство.
Принцип измерения основан на лунной лазерной дальнометрии. Наземная обсерватория посылает к Луне короткий лазерный импульс. Отражатель возвращает часть света обратно на Землю, после чего по времени прохождения сигнала туда и обратно можно определить расстояние до Луны.
Подобные эксперименты проводятся уже более полувека. Первые лазерные отражатели были оставлены на поверхности Луны экипажами программы Apollo. Они представляют собой панели, состоящие из множества небольших уголковых отражателей.
У такой конструкции есть ограничение. Из-за либрации — небольшого видимого покачивания Луны — панель может быть наклонена относительно земной станции. Тогда отдельные отражатели находятся на немного разном расстоянии от телескопа, и фотоны одного лазерного импульса возвращаются в разные моменты времени.
MoonLIGHT использует другой подход. Вместо массива небольших элементов применяется один крупный уголковый отражатель диаметром около 100 миллиметров. Это должно значительно уменьшить временное размытие возвращаемого лазерного импульса.
У крупного одиночного отражателя при этом меньше поле зрения, поэтому его необходимо достаточно точно направить на Землю. Эту задачу и выполняет привод MPAc.
После посадки механизм должен повернуть MoonLIGHT в нужном направлении с помощью двух независимых осей вращения. Система рассчитана на работу в вакууме и при больших перепадах температуры на поверхности Луны.
Ожидается, что новая конструкция позволит проводить измерения расстояния Земля — Луна с точностью порядка миллиметров. Это даст возможность значительно точнее отслеживать движение и вращение естественного спутника Земли.
Такие данные нужны не только для определения лунной орбиты. Небольшие изменения вращения Луны несут информацию о её внутреннем строении, поэтому долговременные измерения позволяют уточнять модели ядра, мантии и других внутренних слоёв.
Лазерная дальнометрия также используется для проверки фундаментальных теорий гравитации. Более точные измерения позволят повысить чувствительность экспериментов, проверяющих принцип эквивалентности, возможное изменение гравитационной постоянной и другие предсказания общей теории относительности.
После установки MoonLIGHT с ним смогут работать несколько существующих наземных лазерных станций. В их число должны войти обсерватории в итальянской Матере, французском Грассе, немецком Ветццелле и американская станция APOLLO.
Сам комплекс MoonLIGHT/MPAc уже прошёл квалификацию для полёта. Теперь оборудование ожидает интеграции с посадочным аппаратом Nova-C перед запуском IM-3.
Помимо европейского отражателя миссия доставит в Рейнер Гамма несколько научных и технологических экспериментов. Среди них — приборы для исследования местной магнитной аномалии и группа небольших автономных луноходов.
Если посадка пройдёт успешно, MoonLIGHT станет новым поколением лунных лазерных отражателей спустя более чем полвека после установки первых подобных приборов экипажами Apollo.