Исследователи Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали концепцию навигационной системы для Луны на основе ультрастабильных лазеров. Результаты исследования опубликованы 8 мая в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
По замыслу учёных, лазеры следует разместить в постоянно затененных кратерах вблизи южного полюса Луны. Эти участки никогда не освещаются солнечным светом из-за незначительного наклона лунной оси. Температура там опускается до минус 223 градусов Цельсия — ниже, чем на поверхности Плутона. Суровая природная среда подходит не только для хранения замерзшей воды, которую рассматривают как ресурс для будущих лунных поселений. Как выяснилось, она пригодна и для работы прецизионных лазерных устройств.
Ультрастабильный лазер излучает свет с практически идеально постоянной частотой, что позволяет точно измерять расстояния между объектами. Для достижения такой стабильности на Земле требуются криогенное охлаждение и защита от вибраций. В затененных кратерах эту роль берет на себя природа — экстремальный холод, сверхвысокий вакуум и практически полное отсутствие сейсмических возмущений сводят тепловое расширение материалов к минимуму. «Как только я понял, что могут предложить постоянно затененные участки, почувствовал, что это самая идеальная среда для сверхстабильного лазера», — отметил ведущий автор исследования Цзюнь Е (Jun Ye).
Авторы предлагают использовать кремниевый оптический резонатор. Это устройство, в котором лазерный луч многократно отражается между двумя зеркалами, установленными на строго фиксированном расстоянии. Именно такая конструкция обеспечивает стабильность частоты, необходимую для точного хронометража.
Подписывайтесь на Mediasat в Telegram: здесь самые интересные новости из мира технологий
Идея лунной навигационной системы становится всё более актуальной на фоне подготовки NASA к длительным миссиям в рамках программы Artemis. Ранее учёные предлагали навигационные спутники на лунной орбите, радиомаяки и атомные часы — аналоги земной глобальной системы позиционирования (GPS). Новая концепция дополняет этот арсенал необычным элементом. Принцип GPS прост: спутники передают временные сигналы бортовых атомных часов, а приемники вычисляют свое положение по разнице времени поступления сигналов. На Луне такой инфраструктуры нет. С ростом активности исследований зависимость от наземного слежения может стать слабым звеном — особенно вблизи южного полюса с его сложными условиями освещения.
По замыслу NIST, лазеры в затененных кратерах будут выполнять роль эталонных хронометров для лунных спутников и сетей связи. Вместе со спутниковыми атомными часами они станут основой первых оптических атомных часов на внеземной поверхности.
Лунная инфраструктура связи создается не только в научных лабораториях. Недавно американская компания Intuitive Machines приобрела британскую станцию космической связи Goonhilly Earth Station вместе с её американским подразделением Comsat — с целью расширения собственной сети лунной связи.
