激光测距—精准测量地月距离的标尺

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  • 科普中国
  • 2019-10-28 15:28

激光测距试验是通过激光对星地距离进行科学测量。其原理是将高度同向性脉冲激光束射向放置在卫星表面的角反射镜,通过发送、接收时间差计算出星地距离。目前人类历史上最远距离的激光测距试验,是月球激光测距。大家可以想象,一道光从地面观测站从地球射出,又从月球飞回,通过一来一回的时间,换算地月距离。这是一项综合技术,它涵盖激光、光电探测、自动控制、空间轨道等多个学科领域,是目前地月距离测量精度最高的技术手段,其观测资料对天文地球动力学、地月系动力学、月球物理学以及引力理论验证等诸多学科的研究有着重要价值。

月球激光测距听上去很简单,构思也没有新奇之处,但是,真正想要用技术表现出来,可就困难多了。中国科学院云南天文台应用天文研究团组副组长、副研究员李语强曾介绍过其三个难点。

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一是从传统技术看来,月球激光测距的主要难点在于共光路系统中激光发射和激光接收转换,需要保证系统能正常发射激光,并接受回波信号。

二是望远镜跟踪指向精度,当望远镜指向精度为3秒时,指向月球时激光束的中心与月面反射器的间距最大可达6千米,而最大的月面反射器——阿波罗15号有效反射面积仅是3402平方厘米,这将直接影响到激光测月的成功。

三是激光光束质量及光学系统效率,影响激光实际发射能量和质量。这要求激光发射装置的制作技术也要很高超。

我国华中科技大学罗俊院士团队,早在2015年便开始布局研制了激光角反射器。而在2018年5月,嫦娥四号中继卫星“鹊桥”发射升空,“鹊桥”便携带了激光角反射器,为我国地月激光测距试验提供基础,也为未来在空间探测引力波的“天琴计划”做了先导性研究工作。

来源:科普中国

作者:赵苗苗

编辑:jiyang

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