NASA realiserar ännu ett genombrott inom högprecisionsmånlandning

I ett nyligen genomfört experiment reflekterade NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter framgångsrikt en laserstråle från en "Oreo"-kakastorlek på Indiens månlandare Vikram och returnerade den till den kretsande rymdfarkost som lanserade den.
Den framgångsrika demonstrationen öppnar dörren till en ny metod för att exakt lokalisera mål på månens yta, vilket förhoppningsvis kommer att bidra till att uppnå högprecisionslandningar på framtida månuppdrag.
I augusti 2023 satte Indiens Moon Ship III-uppdrag ut Vikram Lunar Lander nära Manzinus-kratern i månens södra polarområde, vilket gjorde det till det fjärde landet som landade en rymdfarkost på jordens största satellit. Landaren bar också den pragiska rover, som tillbringade veckor med att samla in data om månen - inklusive värdefulla bevis på månbävningar - men i september gick den enligt schemat och misslyckades med att "vakna" efter ett strömavbrott. men lyckades inte "vakna" efter ett planerat strömavbrott i september. Men den övergivna landaren väckte fortfarande NASA:s intresse.
Innan uppdraget började ordnade byrån att landaren försågs med en liten, mångfacetterad spegel som kallas en laserreflektor array (LRA) eller retroreflektor. Den 2-tum breda (5-centimeter) enheten, gjord av åtta kubiska prismor med kvartshörn i en kupolformad aluminiumram, designades för att möjliggöra reflektion av laserljus från praktiskt taget alla vinklar till den kretsande rymdfarkosten.
En framgångsrik utveckling
Sedan landaren gick offline har NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) gjort flera misslyckade försök att reflektera lasrar från retroreflektorn. Men den 12 december 2023, efter åtta misslyckade försök, träffade LRO äntligen arrayen från 62 miles (100 kilometer) och fick en laserpingsignal.
Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) är den enda rymdfarkost som för närvarande kretsar runt månen som är utrustad med ett laservapen. Denna framgång är ett viktigt proof of concept för NASA, som planerar att använda fler reflektorer på framtida månuppdrag, inklusive det kommande Artemis-uppdraget.
Xiaoli Sun, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center och uppdragets ledare, sa i ett uttalande: "Vi har visat att vi kan lokalisera bakåtriktade reflektorer på månens yta från månens bana. Nästa steg är att förbättra denna teknik så att det blir ett rutinuppdrag för framtida uppdrag som vill använda dessa reflexer."
Det är inte första gången forskare har avfyrat lasrar på månen. Tidigare har NASA framgångsrikt reflekterat lasrar som avfyrats från jorden på reflektorer kvar på månens yta under Apollo-uppdragen. Det experimentet visade att månen långsamt rörde sig bort från jorden med en hastighet av cirka 1,5 tum (3,8 centimeter) per år.
Den nya retroreflektorn designades dock med en mer praktisk användning i åtanke: National Aeronautics and Space Administration planerar att använda enheten för att hjälpa obemannade rymdfarkoster att landa bredvid befintliga objekt på månen, genom att kunna mäta exakt hur långt de är från månens yta (baserat på hur lång tid det tar för lasrarna att reflektera tillbaka till rymdfarkosten).
Detta kan vara viktigt för att bygga framtida månbaser, och kan till och med tillåta astronauter att landa på baksidan av månen i totalt mörker. Liknande "precisionsmärkning" kan hjälpa den kommande dockningen av astronautkapseln och lastmodulen till luftslussen på ISS.
Vilka förbättringar har gjorts?
Det tog flera försök för LRO att framgångsrikt reflektera lasern från Vikram-landaren, eftersom orbitern inte var designad för så exakta manövrar. Rymdfarkosten har nu varit i drift i 13 år, och överskridit parametrarna för dess ursprungliga uppdrag, som utformades för att kartlägga månens yta.
För att göra detta skjuter den fina laserlinjer mot månen och mäter den tid det tar för dem att studsa tillbaka till rymdfarkosten. Men eftersom linjerna är så långt ifrån varandra är det svårt att exakt träffa ett så litet mål.
I framtiden kommer rymdfarkoster som riktar sig mot bakåtriktade reflektorer att ha mer exakta lasrar och kan avfyra dem från mycket närmare avstånd. Så, enligt NASA, borde de teoretiskt sett kunna träffa sina små mål varje gång.
NASA planerar att placera fler reflektorer på månen för liknande experiment i framtiden. De senaste försöken gick dock inte bra.
En av deras föreslagna reflexer var monterad på den privatägda månlandaren Peregrine, som drabbades av en katastrofal drivmedelsläcka kort efter lanseringen den 8 januari och nyligen brann upp i jordens atmosfär. Den andra var fäst vid Japans SLIM (Smart Lander for Investigating the Moon) landare, som framgångsrikt landade på månen den 19 januari, men kan ha "dött" på grund av strömproblem.
Dessa problem kan ha hindrat NASA:s forskning om reflektorn. Men med det första bemannade Artemis-uppdraget försenat till 2026, kan de ha några fler chanser innan dessa uppdrag anländer.