Kutumia mionzi ya laser kwa eneo. Mahali pa macho (laser).

Inaweza kufanywa kwa kutumia ishara zisizo na maana (taa ya utafutaji) na madhubuti (ya laser).

Mahali pa kuangaziwa

Ilitumika wakati wa Vita vya Kwanza na vya Pili vya Dunia. Ishara zinazoonekana zilizingatiwa kwa macho. Taa za utafutaji zilitoa nishati kubwa ya mionzi, lakini kutoshikamana kwake kulipunguza uwezekano wa mkusanyiko wa angular. Viangazio vya infrared (IR) vinatumika katika mifumo ya kisasa ya kuona usiku iliyo na vigeuzi vya picha zilizopokelewa za IR hadi zinazoonekana.

Mgawanyiko wa laser

Ilionekana mapema miaka ya 60 kama matokeo ya uundaji wa vyanzo vya mionzi ya laser ya macho. Laser kuanzia ina idadi ya vipengele muhimu.

Kwanza, mshikamano na urefu mfupi wa mionzi ya laser ilifanya iwezekane kupata mifumo nyembamba ya mionzi (kutoka vitengo hadi makumi ya arcseconds) hata saa. ukubwa mdogo emitters (vitengo vya decimeters). Na tofauti ya mionzi sawa na arcsecond moja (katika kesi hii 1" ~ 5x10 -6 rad), ukubwa wa transverse wa eneo lenye mionzi kwa umbali wa kilomita 200 ni 1 m, ambayo inaruhusu uchunguzi tofauti wa vipengele vya mtu binafsi vya lengo.

Pili, ya muda na mshikamano wa anga mionzi ya laser inahakikisha utulivu wa mzunguko kwa juu wiani wa spectral nguvu zao. Mwisho, pamoja na mtazamo mkali mionzi ya laser kusababisha kinga ya juu ya kelele ya vifaa vya eneo la laser kutokana na athari za vyanzo vya asili vya mionzi.

Tatu, mzunguko wa juu wa oscillation husababisha mabadiliko makubwa ya mzunguko wa Doppler wakati wa harakati za pande zote za lengo na locator. Hii inatoa usahihi wa juu kupima kasi ya radial ya vipengele lengwa, lakini inahitaji kupanua kipimo data cha vifaa vya kupokea.

Nne, uenezi wa mawimbi ya macho katika vyombo vya habari vya gesi na kioevu hufuatana na kutawanyika kwa kiasi kikubwa. Hii inasababisha kuingiliwa kwa backscatter ya anga kwenye pembejeo ya kifaa cha kupokea na ni, kwa kuongeza, sababu ya kufunua.

Zuia mchoro na vipengele vya muundo wa kitambulisho cha leza.

Kipengele kikuu cha kifaa cha kupitisha ni laser. Mstari wa spectral wa mionzi ya maji ya kazi ya laser huamua mzunguko wa carrier wa locator.

Lasers hutumiwa katika eneo la kisasa:
a) kwenye dioksidi kaboni CO 2;
b) kwenye ioni za neodymium;
c) kwenye ruby;
d) kwenye mvuke wa shaba, nk.

Laser za CO 2 za gesi zina nguvu za wastani za pato (hadi makumi ya kilowati), monochromaticity ya juu (upana wa wigo wa kilohertz kadhaa), ufanisi wa juu (hadi 20%), hufanya kazi kwa njia zinazoendelea na za kupigika, na ni compact. Neodymium ya hali ngumu na lasers za ruby ​​​​hutumiwa hasa katika hali ya pulsed (mzunguko wa kurudia 0.1 ... 100 Hz); nishati ya mionzi yao kwa kila pigo ni hadi vitengo vya joules; asilimia ya kitengo cha ufanisi. Laser za mvuke wa shaba hutoa viwango vya juu vya kurudia (hadi makumi ya kilohertz) na nguvu ya wastani ya hadi 100 W.

Usambazaji unaohitajika wa flux ya mionzi ya uchunguzi (laser) katika nafasi hutolewa na mfumo wa macho wa kuunda (FOS). Inaweza kujumuisha mfumo wa vioo visivyo na udhibiti (3), lenses na deflectors kudhibitiwa (D), ambayo inahakikisha harakati ya boriti. Ishara za leza zinazoakisiwa kutoka kwa shabaha hukazizwa na darubini inayopokea (RT) kwenye vitambua picha. Mchanganyiko wa mifumo ya kupitisha na kupokea ya locators za laser, tofauti na rada, haitumiwi mara chache kwa sababu ya upakiaji wa vifaa vya kupokea picha na kuongezeka kwa kiwango cha kuingiliwa. Mifumo ya macho ya kupitisha na kupokea ya vitafutaji leza vinavyoahidi kwa sasa inatekelezwa katika toleo linalofaa ili kufidia upotoshaji wa mawimbi ya mbele ya mawimbi katika angahewa na mazingira ya jenereta za leza.

Tofauti na rada, vitambua picha vya leza kwa vitendo havitumii ukuzaji wa mawimbi katika masafa ya mtoa huduma. Hii inachanganya muundo na inafanya kuwa ngumu kutazama nafasi. Tu amplification ya moja kwa moja ya ishara za video hutumiwa, na kwa mapokezi ya heterodyne - ishara za redio za mzunguko wa kati. Ukuzaji wa mzunguko wa video hutumiwa hasa katika safu zinazoonekana na za ultraviolet (UV). Kwa safu hii, kuna wapokeaji wa kelele ya chini na athari ya nje ya umeme (yaani, na kugonga kwa elektroni kwa quanta ya mionzi ya macho kutoka kwa photocathode). Ukuzaji wa masafa ya redio hutumiwa katika safu ya IR, ambayo athari ya picha ya nje haipatikani kwa sababu ya ukosefu wa nishati ya kiasi cha mionzi, lakini mapokezi ya heterodyne hupunguza umuhimu wa kelele ya athari ya picha ya ndani.

Makala ya mapokezi ya heterodyne. Oscillator ya ndani ya laser na mchanganyiko kwa namna ya kioo cha translucent au prism ya kupasuliwa ya boriti huletwa kwenye kifaa cha photodetector. Katika kesi hiyo, katika kesi ya mshikamano wa pamoja wa mionzi ya oscillator ya ndani ya laser na kifaa cha kupitisha, usindikaji madhubuti wa ishara iliyopokelewa inawezekana. Kwa hiyo, mapokezi ya heterodyne haitumiwi tu kukandamiza kelele ya ndani katika safu ya IR, lakini pia kutoa habari kutoka kwa muundo wa awamu ya uwanja uliopokelewa katika safu inayoonekana na ya UV.

Makala ya mapokezi ya interferometric. Kwa pembejeo ya photodetector, mashamba kutoka kwa pointi mbili au zaidi zilizotengwa kwa anga (mikoa) ya ndege ya kupokea aperture ni muhtasari. Kulingana na matokeo ya kuingiliwa kwa mashamba, mshikamano wao wa pamoja na uhusiano wa awamu huamua.

Kulingana na seti ya vipimo katika nafasi tofauti za pointi za kupokea, usambazaji wa anga wa amplitude na awamu ya uwanja uliopokea unaweza kujengwa upya. Mapokezi ya interferometric hutumiwa kwa kutokuwepo kwa oscillator ya ndani ili kutoa taarifa kutoka kwa muundo wa awamu ya uwanja uliopokea, pamoja na kuongeza azimio la angular na kuunganisha aperture.

Maeneo ya matumizi ya locators laser:

  • kupima anuwai na kuratibu za angular za malengo ya kusonga ya meli, ndege, satelaiti za bandia Ardhi, nk. (vitafuta mbalimbali vya laser, vitafutaji maeneo kama vile MCMS, PAIS, n.k.);
  • vipimo vya usahihi wa juu wa kasi ya harakati ya lengo na mtiririko wa vinywaji na gesi (mita za kasi ya laser Doppler na anemometers);
  • kupata taarifa zisizo za kuratibu kuhusu malengo: vigezo vya uso (ukwaru, mkunjo), vigezo vya mtetemo na harakati kuzunguka katikati ya misa, picha, n.k. (vitafutaji vya laser vyenye kazi nyingi kama vile KA-98, Lotaws, nk.);
  • mwongozo wa usahihi wa juu wa mifumo ya silaha (watafutaji wa laser kwa mwanga wa lengo, ufuatiliaji wa nafasi na usambazaji wa lengo);
  • kuhakikisha docking ya spacecraft, kutua kwa ndege, navigation (laser navigation mifumo); f) vipengele vya maono ya kiufundi katika mifumo ya moja kwa moja na ya robotic (mifumo ya kupima mbalimbali, uundaji wa picha, uteuzi wa lengo na utambuzi, nk);
  • utambuzi wa vigezo na kipimo cha tofauti katika sifa mazingira, ikiwa ni pamoja na angahewa, pamoja na udhibiti wa uchafuzi wake na bidhaa shughuli za kiuchumi binadamu (vifuniko kama vile DIAL, n.k.; Lidar - Utambuzi wa Mwanga na Kuanzia - kutambua mwanga na kuanzia).

Nusu-amili ya macho kuanzia

Hutumia hali ya mionzi ya pili (kuakisi) kwa shabaha za mawimbi ya macho kutoka chanzo cha mionzi mikali ya asili. Mara nyingi chanzo hiki ni Jua. Vifaa vya eneo la nusu-kazi kulingana na kanuni hii huitwa vituo vya macho-elektroniki. Mifumo ya kuona ya kibiolojia pia inaweza kuainishwa kama njia ya eneo la macho nusu amilifu. Kwa kupuuza kipengele cha kutumia mionzi ya pili, vituo vya kielektroniki vya macho mara nyingi huainishwa kama njia za eneo la macho tulivu.

Mwelekeo wa macho wa kupita kiasi

Hutumia mionzi yake ya macho kutoka maeneo yenye joto ya uso unaolengwa au miundo ya ioni karibu nayo. Inajulikana kuwa kiwango cha juu cha mionzi ya mwili mweusi kabisa kwenye joto la T (Kelvin) hutokea kwa urefu wa ~ 2898/T µm. Urefu wa mawimbi ambapo utoaji wa kiwango cha juu kutoka kwa malengo halisi hutokea kwa kawaida katika eneo la infrared la wigo (tu kwa T ~ 4000 K upeo unalingana na eneo nyekundu, na kwa T ~ 5000 K - na eneo la njano. wigo unaoonekana) Kwa hivyo, vifaa vya mahali tulivu vya macho kwa kawaida hufanya kazi katika masafa ya karibu ya infrared. Zana kama hizo ni pamoja na vipataji mwelekeo wa IR, taswira za joto, vichwa vya sauti vya joto, vifaa vya kuona tu usiku, n.k. Hucheza. jukumu muhimu katika onyo la mashambulizi ya makombora na mifumo ya ulinzi ya kombora.

Vipengele vya jumla vya eneo la macho

Imebainishwa na masafa ya masafa yanayotumika. Uelekezi wa juu uchunguzi wa mionzi na maeneo finyu ya mtazamo wa njia za kupokea hupunguza kwa kiasi kikubwa uwezo wa vifaa vya eneo la macho kuchunguza nafasi. Kwa hiyo, utafutaji na ugunduzi wa lengo kwa njia ya eneo la macho hufanywa mara nyingi kwa kutumia uteuzi wa lengo la nje, ambalo linaunganishwa na mifumo ya rada. Katika mchakato wa kupokea ishara dhaifu, asili ya quantum mawimbi ya sumakuumeme. Kelele ya ishara ya quantum hupunguza unyeti wa kipokeaji bora cha macho kwa kukosekana kwa kuingiliwa kwa kiwango cha nishati cha hata fotoni moja. Katika safu ya macho, ni rahisi kupata habari isiyo ya kuratibu kuhusu lengo, ukubwa wake, sura, mwelekeo, nk. Baada ya kupokea, sifa za polarization na photometric ya mionzi iliyotawanyika hutumiwa na picha inayolengwa imeandikwa. Kupata taarifa zisizo za kuratibu mara nyingi ni kazi kuu ya usaidizi wa eneo la macho. Kuunda kuingiliwa kwa makusudi kwa eneo la macho kunawezekana, lakini ni vigumu zaidi kuliko kwa rada.

  • Fizikia,
  • Laser

    • Azimio la angular ni sifa muhimu zaidi ya mfumo wowote wa telescopic. Optics inasema kwamba azimio hili linahusiana kipekee na urefu wa mawimbi ambapo uchunguzi unafanywa na kipenyo cha mlango wa kuingilia wa darubini. Na kipenyo kikubwa, kama inavyojulikana, tatizo kubwa. Haiwezekani kwamba darubini kubwa kuliko hii itawahi kujengwa.
    Mojawapo ya njia za kuongeza azimio kwa kiasi kikubwa ni njia ya kuunganisha vipenyo vikubwa na vya juu zaidi vinavyotumiwa katika unajimu wa redio na rada. Katika safu ya milimita, shimo kubwa zaidi - kilomita 14 - limeahidiwa kuundwa na antena 66 za mradi wa ALMA nchini Chile.

    Uhamisho wa mbinu za awali za aperture kwenye eneo la macho, ambapo urefu wa mawimbi ni maagizo kadhaa ya ukubwa mfupi kuliko yale ya rada, inahusishwa na maendeleo ya teknolojia ya laser heterodyning.

    1.Msingi wa kimwili wa malezi ya picha.

    Haitakuwa kosa kusema kwamba picha katika kifaa chochote cha macho huundwa na diffraction ya mwanga kwenye aperture ya pembejeo, na hakuna chochote zaidi. Hebu tuangalie picha ya kitu kutoka katikati ya aperture. Usambazaji wa mwangaza wa angular wa picha katika infinity chanzo cha uhakika mwanga (kama, kwa kweli, nyingine yoyote) itakuwa sawa kwa lenzi na kamera ya pini ya kipenyo sawa. Tofauti kati ya lenzi na shimo la siri ni kwamba lenzi huhamisha taswira inayoundwa na upenyo wake kutoka kwa ukomo hadi kwenye ndege yake kuu. Au, ili kuiweka kwa njia nyingine, hutoa mabadiliko ya awamu ya mawimbi ya ndege ya pembejeo kuwa ya kuunganika kwa spherically. Kwa chanzo cha uhakika cha mbali na kipenyo cha mduara, picha ni muundo unaojulikana wa pete ya Airy.


    Ukubwa wa angular wa disk Airy unaweza, kwa kanuni, kupunguzwa na azimio linaonekana kuongezeka (kulingana na kigezo cha Rayleigh) ikiwa aperture inafunguliwa kwa njia maalum. Kuna usambazaji wa upitishaji wa radial hivi kwamba diski kuu inaweza kinadharia kufanywa kuwa ndogo kiholela. Hata hivyo, katika kesi hii, nishati ya mwanga inasambazwa tena kati ya pete na tofauti ya picha tata inashuka hadi sifuri.

    Kutoka kwa mtazamo wa hisabati, utaratibu wa kuunda picha ya diffraction hupunguzwa hadi mabadiliko ya nne-dimensional Fourier ya pembejeo. uwanja mwepesi(katika makadirio ya scalar uwanja umeelezewa kazi tata kuratibu na wakati). Picha yoyote iliyorekodiwa na jicho, skrini, tumbo au kipokezi kingine cha quadratic katika kiwango si chochote zaidi ya pande mbili. wigo wa amplitude mdogo kwa upenyo wa uga wa mwanga unaotolewa na kitu. Ni rahisi kupata picha sawa ya Airy ukipiga matrix ya mraba kutoka kwa nambari changamano zinazofanana (kuiga wimbi la wimbi la mbele kutoka sehemu ya mbali), "kata" "tumbo" la mviringo kutoka kwake, ukipunguza kingo, na ufanye mabadiliko ya Fourier ya tumbo zima.

    Kwa kifupi, ikiwa kwa namna fulani utarekodi uwanja (unganisha kitundu) kwa kutosha eneo kubwa bila kupoteza habari ya amplitude na awamu, basi kupata picha unaweza kufanya bila vioo vikubwa vya darubini za kisasa na matrices ya megapixel, kwa kuhesabu tu mabadiliko ya Fourier ya safu ya data inayosababisha.

    2. Mahali pa satelaiti na azimio kubwa.

    Tutachunguza kitu kilichoimarishwa kikipita kwenye mstari wa kuona, kikiangazwa na chanzo thabiti cha leza. Mionzi iliyoonyeshwa kutoka humo imeandikwa na photodetector ya heterodyne yenye aperture ndogo. Kurekodi ishara wakati wa t ni sawa na kutekeleza upenyo wa mwelekeo mmoja wa urefu vt, ambapo v ni kasi ya tangential ya kitu. Ni rahisi kutathmini azimio linalowezekana la njia kama hiyo. Wacha tuangalie satelaiti ya karibu-Earth katika urefu wa juu, ikiruka kwa urefu wa kilomita 500 kwa kasi ya 8 km / s. Katika sekunde 0.1 za kurekodi mawimbi, tunapata "darubini ya mwelekeo mmoja" yenye ukubwa wa mita 800, kinadharia inayoweza kutazama maelezo ya setilaiti katika safu inayoonekana ambayo ni sehemu ya milimita kwa saizi. Sio mbaya kwa umbali kama huo.

    Kwa kweli, ishara iliyoonyeshwa kwa umbali kama huo inadhoofishwa na maagizo mengi ya ukubwa. Hata hivyo, mapokezi ya heterodyne (mchanganyiko madhubuti na mionzi ya kumbukumbu) kwa kiasi kikubwa hulipa fidia kwa upungufu huu. Baada ya yote, kama inavyojulikana, picha ya pato la mpokeaji katika kesi hii ni sawia na bidhaa ya amplitudes ya mionzi ya kumbukumbu na ishara inayoingia. Tutaongeza sehemu ya mionzi ya kumbukumbu na kwa hivyo kukuza ishara nzima.

    Unaweza kuangalia kutoka upande mwingine. Wigo wa ishara iliyorekodiwa kutoka kwa photodetector ni seti ya vipengele vya Doppler, ambayo kila moja ni jumla ya michango kutoka kwa pointi zote za kitu ambacho kina kasi ya radial sawa. Usambazaji wa mwelekeo mmoja wa pointi za kuakisi kwenye kitu huamua usambazaji mistari ya spectral kwa mzunguko. Wigo unaotokana kimsingi ni "picha" ya mwelekeo mmoja wa kitu kando ya uratibu wa "Doppler shift". Pointi mbili za satelaiti yetu, ziko umbali wa mm 1 kutoka kwa kila mmoja katika ndege ya perpendicular kwa mstari wa kuona, zina tofauti katika kasi ya radial ya utaratibu wa 0.01-0.02 mm / sec. (Uwiano wa tofauti hii kwa kasi ya satelaiti ni sawa na uwiano wa umbali kati ya pointi hadi umbali wa satelaiti). Tofauti katika masafa ya Doppler ya pointi hizi kwa urefu unaoonekana wa 0.5 μm itakuwa (f=2V/λ) ya mpangilio wa 100 Hz. Wigo (Picha ya Doppler) kutoka kwa satelaiti nzima, sema 10 cm kwa ukubwa, itaanguka ndani ya safu ya 10 kHz. Kiasi kinachoweza kupimika.

    Unaweza pia kuangalia kutoka upande wa tatu. Teknolojia hii sio zaidi ya kurekodi hologramu, i.e. muundo wa mwingiliano unaotokea wakati sehemu za marejeleo na ishara zinapochanganywa. Ina maelezo ya amplitude na awamu ya kutosha kujenga upya picha kamili kitu.

    Kwa hivyo, kwa kuangazia satelaiti na laser, kurekodi ishara iliyoonyeshwa na kuichanganya na boriti ya kumbukumbu kutoka kwa laser hiyo hiyo, tunapata picha ya picha kwenye photodetector, utegemezi ambao kwa wakati unaonyesha muundo wa uwanja wa mwanga kando ya " tundu lenye sura moja”, urefu wake, kama ilivyotajwa tayari, unaweza kuamuliwa kuwa mkubwa vya kutosha.

    Aperture mbili-dimensional ni, bila shaka, bora zaidi na taarifa zaidi. Wacha tupange vigunduzi kadhaa vya picha kwa usawa katika mwendo wa satelaiti na kwa hivyo tuandike uwanja unaoakisiwa kwenye eneo la vt*L, ambapo L ni umbali kati ya vigundua picha vya nje, ambavyo kimsingi havizuiliwi na chochote. Kwa mfano, mita 800 sawa. Kwa hivyo, tunaunganisha aperture ya "darubini ya pande mbili" yenye urefu wa mita 800 * 800. Azimio kando ya uratibu wa transverse (L) itategemea idadi ya vigunduzi vya picha na umbali kati yao, na kando nyingine, uratibu wa "muda" (vt) - kwenye upelekaji wa mionzi ya laser na mzunguko wa dijiti ya ishara kutoka. kigundua picha.

    Kwa hivyo, tunayo sehemu nyepesi iliyorekodiwa ya sana eneo kubwa na tunaweza kufanya chochote tunachotaka nacho. Kwa mfano, pata picha ya pande mbili ya vitu vidogo sana kwa umbali mkubwa sana bila darubini yoyote. Au unaweza kuunda upya muundo wa kipengee-tatu wa kitu kwa kulenga tena kidijitali kwa umbali.

    Bila shaka, usanidi halisi wa pande tatu wa pointi zinazoakisi kwenye kitu hauwiani kila wakati na usambazaji wao wa kasi ya radial ya "Doppler". Kutakuwa na bahati mbaya ikiwa pointi hizi ziko kwenye ndege moja. Lakini pia katika kesi ya jumla Habari nyingi muhimu zinaweza kutolewa kutoka kwa picha ya Doppler.

    3. Nini kilitokea kabla.

    DARPA ya Marekani wakati fulani uliopita ilifadhili programu, ambayo kiini chake kilikuwa kutekeleza teknolojia hiyo. Ilitakiwa kupata vitu ardhini (mizinga, kwa mfano) kutoka kwa ndege inayoruka yenye azimio la hali ya juu; data fulani ya kutia moyo ilipatikana. Walakini, programu hii ilifungwa au kuainishwa mnamo 2007 na hakuna kitu ambacho kimesikika kuihusu tangu wakati huo. Kitu pia kilifanyika nchini Urusi. Hapa unaweza kuona picha iliyopatikana kwa urefu wa mawimbi ya mikroni 10.6.

    4. Ugumu katika utekelezaji wa kiufundi kwa urefu wa wimbi la microns 1.5.

    Baada ya kutafakari kwa ukomavu, niliamua kutoandika chochote hapa. Matatizo mengi sana.

    5. Baadhi ya matokeo ya msingi.

    Kufikia sasa, imekuwa vigumu "kuona" kutoka umbali wa mita 300 maelezo ya gorofa ya kutafakari kwa kiasi kikubwa. kitu cha chuma kupima 6 kwa 3 mm. Ilikuwa kipande cha aina fulani ya bodi ya mzunguko iliyochapishwa, hapa kuna picha:


    Kitu kilizunguka karibu na mhimili unaoelekea kwenye mstari wa kuona, na ishara iliyoonyeshwa ilirekodiwa takriban wakati wa kutafakari kwa kiwango cha juu (flare). Sehemu ya leza inayoangazia kitu hicho ilikuwa na ukubwa wa takriban sm 2. Vitambua picha 4 pekee vilitumika, vilivyotenganishwa kwa umbali wa mita 0.5. Saizi ya kipenyo kilichounganishwa inakadiriwa kuwa 0.5 m kwa 10 m.
    Kwa kweli, ikiwa tu, ishara zilizorekodiwa zinajionyesha (upande wa kushoto) na mwonekano wao (upande wa kulia) katika vitengo vya jamaa:


    Kutoka kwa picha ya awali ya kitu, Photoshop imechagua tu maeneo yaliyoangaziwa na ya kuakisi ambayo tunataka kuona:


    Picha iliyojengwa upya na 2D Fourier inabadilika kutoka ishara 4 na kuongezwa kwa ulinganifu:


    Picha hii kwa kweli ina safu 4 tu (na takriban safu 300), azimio la wima la picha ni, ipasavyo, karibu 0.5 mm, lakini kona ya giza na mashimo yote mawili yanaonekana kuonekana. Azimio la usawa ni 0.2 mm, hii ni upana wa nyimbo za conductive kwenye ubao, zote tano zinaonekana. (Darubini ya kawaida ingehitaji kuwa na kipenyo cha mita mbili ili kuziona karibu-IR).

    Kwa kweli, azimio lililopatikana bado ni mbali na kikomo cha kinadharia, hivyo itakuwa nzuri kuleta teknolojia hii kwa ufanisi. Ibilisi, kama tunavyojua, yuko katika maelezo, na kuna maelezo mengi hapa.

    Asante kwa umakini wako.

    Kiakisi cha kona cha Apollo 11

    kupima umbali kati ya pointi mbili kwenye nyuso za Dunia hadi Mwezi, kwa mtiririko huo, kwa leza inayoanzia au bila viakisi vya kona vilivyo kwenye uso wa Mwezi. Umuhimu wa kisayansi majaribio hayo ni kufafanua mvuto mara kwa mara na kupima nadharia ya uhusiano; ufafanuzi wa idadi ya vigezo vya harakati mfumo wa nguvu Dunia-Mwezi; kupata data mpya kuhusu mali za kimwili na muundo wa ndani wa Dunia na Mwezi, nk.

    Hadithi

    "Sanduku" lililo wazi upande wa kushoto ni kiakisi cha kona cha Lunokhod-1, iliyoundwa kuamua umbali kutoka kwa Mwezi.

    Majaribio ya leza kuanzia Mwezi, hata bila matumizi ya viakisi vya kona, yamefanywa tangu mwanzoni mwa miaka ya 1960 nchini Marekani na USSR. Huko Merika, kutoka Mei 9 hadi Mei 11, 1962, darubini mbili za mfumo wa MIT Cassegrain zilitumiwa kwa kusudi hili, ya kwanza na kipenyo cha cm 30.5 ilielekeza boriti ya laser ya ruby ​​​​kwa Mwezi, ya pili na kipenyo. ya cm 122 ilipokea ishara iliyoonyeshwa. Mashimo ya Albategnium, Tycho, Copernicus, na Longomontanus yalipatikana. Katika USSR mnamo 1963, mraba ulikuwa ndani ya volkeno ya mwezi wa Albategnium, na darubini moja yenye kipenyo cha cm 260, Crimean, ilitumiwa kutuma boriti ya laser ya ruby ​​​​na kuipokea. Kichunguzi cha Astrophysical, ambayo, baada ya kutuma ishara, kioo maalum kilibadilisha msimamo wake, kikielekeza ishara iliyoonyeshwa kutoka kwenye uso wa Mwezi hadi kwenye photodetector. Kichunguzi hiki kilifanya vipimo vya kwanza vya umbali wa Mwezi kwa kutumia laser kuanzia 1965. usakinishaji mpya, iliyotengenezwa katika Taasisi ya Kimwili ya Lebedev, iliamuliwa kwa usahihi wa mita 200. Zaidi ya hayo, usahihi huo ulipunguzwa na upotovu mkubwa wa boriti ya laser na uso wa mwezi.

    Mnamo Julai 21, 1969, wanaanga wa Apollo 11 waliweka kiakisi cha kona ya kwanza kwenye Mwezi. Baadaye, viakisi sawa viliwekwa na wanaanga wa programu za Apollo 14 na Apollo 15. Kiakisi cha Apollo 15 ndicho kikubwa zaidi, kinachojumuisha paneli ya prismu mia tatu; viakisikisi vingine viwili vya Apollo kila kimoja kilikuwa na prismu 100; insulation ya mafuta ilikuwa sanduku zito la aloi ya alumini. Rovers za Soviet Lunokhod 1, zilizowasilishwa kwa Mwezi kama sehemu ya misheni ya Luna 17, na Lunokhod 2, iliyotolewa kama sehemu ya misheni ya Luna 21, pia ilikuwa na vifaa vya kuakisi kona. Viakisi wenyewe vilitengenezwa nchini Ufaransa, na mfumo wa kuwalinda kutokana na vumbi na mfumo wa mwelekeo ulitengenezwa na wataalam wa Soviet. Kiakisi cha kona cha Lunokhod kilikuwa mfumo wa piramidi za tetrahedral za glasi 14 zilizowekwa kwenye sanduku moja la maboksi ya joto ili kingo zao zilizowekwa wazi kwa boriti ya laser.

    Ishara za kwanza kutoka kwa Lunokhod-1 zilipokelewa mnamo Desemba 5 na 6, 1970 na darubini iliyotajwa hapo juu ya mita 2.6 ya Crimean Astrophysical Observatory, na katika mwezi huo huo walipokelewa na Pic du Midi Observatory. Kiakisi cha Lunokhod-1 kilitoa uchunguzi kama 20 katika mwaka wa kwanza na nusu ya operesheni, lakini basi msimamo wake halisi ulipotea, na haikuwezekana kuipata hadi Aprili 2010. Ilifikiriwa kuwa rover ya mwezi ilikuwa katika nafasi ya kutega, ambayo inadhoofisha ishara iliyoonyeshwa kutoka kwake na inafanya kuwa vigumu kuipata ikiwa data kwenye kuratibu kwenye uso wa mwezi sio sahihi. Kiakisi cha Lunokhod-1 kingeweza kupatikana ikiwa bunny iliyoonyeshwa nayo ilikuwa imeanguka kwenye picha za macho za uso wa mwezi, ambazo zilipangwa kuchukuliwa kwa kutumia satelaiti ya Lunar Reconnaissance Orbiter, au katika uwanja wa mtazamo wa vituo vingine vya mwezi. Mnamo Aprili 22, 2010, Lunokhod 1 ilipatikana kwenye uso wa Mwezi na Tom Murphy na timu ya wanasayansi ambao walituma mapigo ya laser kutoka kwa darubini ya Apache Point Observatory huko New Mexico.

    Pia, kati ya za kwanza kupata Mwezi ilikuwa darubini ya Skol-1. "Skol-1" iliwekwa kwenye eneo la NIP-16 na ilifanya kazi kwenye "Lunokhod-1".

    Hakukuwa na shida katika kuanzisha eneo la viashiria vinne vilivyobaki, pamoja na ile iliyosanikishwa kwenye Lunokhod-2; sauti yao ya mara kwa mara inafanywa ndani. wakati huu karibu na vituo, ikiwa ni pamoja na Maabara msukumo wa ndege NASA, ambayo imekuwa ikitazama safu ya leza ya kiakisi tangu kusakinishwa kwao. Kwenye darubini ya mita 2.6 ya Crimean Astrophysical Observatory, ambapo mnamo 1978 vifaa viliwekwa ambavyo viliwezesha kupima umbali wa Mwezi kwa usahihi wa cm 25, jumla ya maamuzi 1,400 ya thamani hii yalifanywa, mara nyingi zaidi. viakisi vya kona vya Lunokhod-2 na Apollo 15." Walakini, mnamo 1983, kazi huko ilisimamishwa kwa sababu ya kupunguzwa kwa mpango wa mwezi wa Soviet.

    Vituo vikuu vinavyoonyesha leza kuanzia Mwezi

    • JPL NASA, California, Marekani
    • McDonald Observatory, Texas, Marekani
    • OCA, Nice, Ufaransa
    • Haleakala, Hawaii, Marekani
    • Apache Point, New Mexico, Marekani
    • Matera, Matera, Italia
    • Tawi la OCA, Afrika Kusini

    Kanuni ya kipimo

    Mwanga wa laser unaolenga Mwezi

    Laser hutoa ishara kwenye darubini inayolenga kiakisi, na wakati halisi ambao ishara ilitolewa hurekodiwa. Baadhi ya fotoni kutoka kwa mawimbi asili hurejeshwa kwenye kigunduzi ili kunasa mahali pa kuanzia. Eneo la boriti kutoka kwa ishara kwenye uso wa Mwezi ni kilomita 25? Mwangaza unaoakisiwa kutoka kwa kifaa kwenye Mwezi hurudi kwenye darubini ndani ya sekunde moja, kisha hupitia mfumo wa kuchuja ili kupata fotoni kwa urefu unaohitajika na kuchuja kelele.

    Usahihi wa uchunguzi

    Tangu miaka ya 1970, usahihi wa vipimo vya umbali umeongezeka kutoka kwa makumi machache hadi sentimita kadhaa. Kituo kipya Apache Point inaweza kufikia usahihi juu ya utaratibu wa milimita.

    Usahihi wa kipimo cha wakati kwa sasa ni kama sekunde 30.




    Mnamo msimu wa 1965, kikundi cha wanasayansi wa Soviet walifanya jaribio la kipekee: waliamua umbali wa Mwezi kwa usahihi wa 200 m.

    Wanasayansi walitumia laser ya ruby ​​​​ambayo ilizalisha mapigo makubwa kwa muda wa 5 10"8 s. Ili kutuma mipigo ya leza kwa Mwezi na baadaye kupokea mipigo iliyoakisiwa na uso wa mwezi, darubini ya macho kutoka Crimean Observatory yenye kipenyo kikuu cha kioo cha sentimita 260. Mnamo 1969, wanaanga wa Marekani walitua juu ya uso wa Mwezi kutoka Apollo 11. , na mwaka wa 1970 juu ya Soviet kudhibitiwa kutoka duniani ilishuka kwenye uso wa mwezi vyombo vya anga"Lunokhod-1". Wanaanga na lunar rover waliwasilisha viakisi maalum kwa Mwezi. Kiakisi, au, vinginevyo, kiakisi cha kona kimeundwa kurudisha tukio la mwangaza juu yake katika mwelekeo unaolingana kabisa na mwelekeo wa asili wa boriti. Kwa mfano, kona inayoundwa na tatu vioo vya gorofa iliyoelekezwa kwa pembe za kulia kwa kila mmoja. Kwa kutumia kiakisi cha mipigo fupi ya leza iliyotumwa kutoka Duniani kutoka kwa viakisi vya kona vilivyopo uso wa mwezi, wanasayansi waliweza kuamua umbali kutoka kwa Dunia hadi Mwezi (kwa usahihi zaidi, kutoka kwa kioo cha darubini ya kidunia hadi kwenye kiakisi cha mwezi) na kosa lisilozidi makumi kadhaa ya sentimita. Ili kufikiria jinsi usahihi huo ulivyo juu, ni lazima tukumbuke kwamba Mwezi upo umbali wa kilomita 380,000 kutoka.

    Kiakisi cha laser kilichowekwa kwenye uso wa mwezi ni mraba na urefu wa upande wa cm 45, unaojumuisha viashiria 100 vya kona. Inawezekana kubadilisha mwelekeo wa ndege ya mraba - kwa kuzingatia eneo la kutafakari kwenye uso wa mwezi.
    Dunia. Hitilafu ya kipimo cha 40 cm ni mara 109 chini ya umbali maalum!
    Lakini kwa nini kupima umbali wa Mwezi kwa usahihi mkubwa hivyo? Je, kweli hili linafanywa kwa sababu ya "maslahi ya kimichezo"? Bila shaka hapana. Vipimo kama hivyo havifanyiki ili kuamua kwa usahihi zaidi umbali kutoka kwa darubini ya dunia hadi kiakisi cha mwezi, lakini ili kuamua kwa usahihi zaidi mabadiliko katika umbali huu kwa muda fulani, kwa mfano, zaidi ya wiki, mwezi. mwaka. Kwa kusoma grafu zinazoelezea mabadiliko ya umbali kwa wakati, wanasayansi hupata habari kujibu maswali kadhaa ya umuhimu mkubwa wa kisayansi: jinsi misa inasambazwa katika mambo ya ndani ya Mwezi? Je, wanakaribia au kutofautiana kwa kasi gani? mabara ya dunia? Msimamo wa nguzo za sumaku za Dunia hubadilikaje kwa wakati?
    Ndio maana kuna mifumo kadhaa ya eneo la laser kwa madhumuni ya nafasi ulimwenguni.
    usomaji. Wanapata Mwezi, pamoja na satelaiti za Dunia za bandia kwa madhumuni ya kijiografia. Kwa mfano, tutaonyesha mfumo wa eneo la laser wa Taasisi ya Kimwili ya P. N. Lebedev ya Chuo cha Sayansi cha USSR, iliyoundwa kwa ajili ya kupata Mwezi. Laser ya rubi hutoa mipigo mikubwa ya mwanga yenye muda wa 10“8 s na nishati ya mpangilio wa 0.1 J. Mipigo hupitia. amplifier ya quantum, baada ya hapo nishati yao huongezeka hadi 3 J. Kisha mapigo ya mwanga hupiga kioo cha darubini ya 260-cm na kutumwa kwa Mwezi. Hitilafu katika kupima umbali wa Mwezi imeingia kwa kesi hii Sentimita 90. Kwa kupunguza muda wa mpigo hadi *10“ 9 s, hitilafu hupunguzwa hadi sentimita 25. Kama mfano mwingine, tunaona mfumo wa eneo la leza. Kituo cha Nafasi nchini Marekani, iliyokusudiwa kupata satelaiti bandia za Dunia. Inatumia laser ya ruby ​​​​iliyopigwa ambayo hutoa mapigo kwa muda wa 4 * 10 "9 s na nishati ya 0.25 J. Hitilafu ya kipimo cha umbali ni 8 cm.
    Mchoro wa macho uliorahisishwa wa mfumo wa eneo la laser wa Taasisi ya Kimwili ya Chuo cha Sayansi cha USSR: 7 - ruby ​​​​laser, 2 - amplifier ya mwanga wa quantum, 3 - kioo kikuu cha darubini na kipenyo cha cm 260.

    Locators laser ni imewekwa si tu juu uso wa dunia, lakini pia juu Ndege. Hebu fikiria kwamba vyombo viwili vya angani vinakaribiana na vinakaribia kutia nanga kiotomatiki. Inahitajika kudhibiti kwa usahihi msimamo wa jamaa wa meli na kupima kwa usahihi umbali kati yao. Kwa kufanya hivyo, locator laser imewekwa kwenye moja ya meli. Kwa mfano, fikiria kitambulisho kulingana na leza ya CO2, inayozalisha mfuatano wa mara kwa mara wa mipigo ya mwanga na kasi ya kurudia ya 50 kHz. Boriti ya laser inachunguzwa mstari kwa mstari (sawa na boriti ya elektroni katika tube ya televisheni) ndani ya angle imara ya 5 x 5 °; wakati wa kutazama wa boriti kwa sekta hii ya nafasi ni 10 s. Kitafutaji cha leza hutafuta na kutambua gari la kuegesha katika sehemu maalum ya nafasi, hupima viwianishi vyake vya angular na safu, na huhakikisha uendeshaji sahihi - hadi wakati wa kusimamisha. Shughuli zote za locator zinadhibitiwa na kompyuta iliyo kwenye ubao.
    Watazamaji wa laser hutumiwa leo katika astronautics na katika anga. Hasa, wanaweza kutumika kama mita za urefu sahihi. Kumbuka kuwa altimeter ya laser ilitumika vyombo vya anga Apollo kwa kuchora uso wa mwezi.
    Kusudi kuu la locators za laser ni sawa na rada: kugundua na kutambua vitu vilivyo mbali na mwangalizi, kufuatilia harakati za vitu hivi, kupata taarifa kuhusu asili ya vitu na harakati zao. Kama ilivyo katika rada, rangi ya macho hutumia mipigo ya mionzi inayoakisiwa na kitu ili kugundua kitu na kupata taarifa kukihusu. Wakati huo huo, eneo la macho lina faida kadhaa juu ya rada. Locator laser inakuwezesha kuamua kwa usahihi zaidi kuratibu na kasi ya kitu. Zaidi ya hayo, inafanya uwezekano wa kutambua ukubwa wa kitu, umbo lake, na mwelekeo katika nafasi. Picha ya video ya kitu inaweza kuzingatiwa kwenye skrini ya rada ya laser.
    Faida za kuanzia laser zinahusishwa na mwelekeo mkali wa mihimili ya laser, mzunguko wa juu wa mionzi ya macho, na muda mfupi wa kipekee wa mipigo ya mwanga. Kweli, wengine - 66
    Kwa boriti iliyoelekezwa, unaweza "kuhisi" kitu, "tazama" maeneo mbalimbali uso wake. Mzunguko wa juu wa mionzi ya macho inakuwezesha kupima kwa usahihi zaidi kasi ya kitu. Hebu tukumbuke kwamba ikiwa kitu kinakwenda kwa mwangalizi (kutoka kwa mwangalizi), basi pigo la mwanga lililoonyeshwa nalo halitakuwa na mzunguko wa awali, lakini mzunguko wa juu (chini). Hii ni athari ya Doppler, inayojulikana katika optics na acoustics; athari hii ni msingi wa anemometers laser kujadiliwa mapema. Mabadiliko katika mzunguko wa mapigo yaliyojitokeza (kuhama kwa mzunguko wa Doppler) ni sawa na kasi ya kitu (kwa usahihi, makadirio ya kasi ya mwelekeo kutoka kwa mwangalizi hadi kitu) na mzunguko wa mionzi. Kadiri mzunguko wa mionzi unavyoongezeka, ndivyo kasi ya mzunguko wa Doppler inavyopimwa na vifaa vya eneo na, kwa hivyo, kasi ya kitu inaweza kuamua kwa usahihi zaidi. Hatimaye, tunaona umuhimu wa kutumia mipigo ya mionzi mifupi ya kutosha katika eneo. Baada ya yote, umbali wa kitu kilichopimwa kwa kutumia locator ni sawia na muda wa muda kutoka kwa utumaji wa pigo la uchunguzi hadi upokeaji wa mapigo yaliyoakisiwa. Muda mfupi wa pigo yenyewe, kwa usahihi zaidi kipindi hiki cha muda kinaweza kuamua, na kwa hiyo umbali wa kitu. Sio bure kwamba upangaji wa anga za juu hutumia mipigo nyepesi yenye muda wa takriban 10“8 s au chini ya hapo. Hebu tukumbuke kwamba kwa muda wa mapigo ya 10 "8 s hitilafu katika kuuweka Mwezi ilikuwa 90 cm, na kwa muda wa mapigo ya 2 10_9 s hitilafu ilipungua hadi 25 cm.
    Hata hivyo, mifumo ya eneo la macho pia ina hasara. Bila shaka, ni rahisi kabisa "kukagua" kitu kwa kutumia boriti nyembamba, yenye kuzingatia sana. Walakini, si rahisi sana kugundua kitu kwa kutumia boriti kama hiyo; Wakati wa kutazama wa eneo linalodhibitiwa la nafasi unageuka kuwa mrefu katika kesi hii. Kwa hiyo, mifumo ya eneo la macho hutumiwa mara nyingi pamoja na mifumo ya rada. Mwisho hutoa muhtasari wa haraka wa nafasi, utambuzi wa haraka wa lengo, na mifumo ya macho basi vigezo vya lengo lililogunduliwa vinapimwa na lengo linafuatiliwa. Kwa kuongeza, wakati wa kueneza mionzi ya macho
    Wakati wa kusambaza kupitia mazingira ya asili - anga au maji - matatizo hutokea yanayohusiana na ushawishi wa mazingira kwenye mwanga wa mwanga. Kwanza, mwanga huingizwa kwa sehemu ya kati. Pili, mionzi inapoenea kando ya njia, upotovu unaoendelea wa wimbi la mbele la mwangaza hutokea kwa sababu ya msukosuko wa anga, pamoja na kutawanyika kwa mwanga kwenye chembe za kati. Yote hii inapunguza mipaka ya mifumo ya eneo la ardhi na chini ya maji ya macho na hufanya uendeshaji wao kutegemea hali ya mazingira na, hasa, hali ya hewa.

    Kanuni ya laser kuanzia (LL) inategemea ukweli kwamba mwanga huenea katika utupu rectilinearly na kwa kasi ya mara kwa mara. Mpigo mfupi wa leza hutolewa na muda hugunduliwa, boriti ya leza huakisiwa kutoka kwa kitu kinacholengwa na kurudi nyuma, ambapo hunaswa kwa kutumia darubini na vitambua picha nyeti na muda kati ya utoaji wa mapigo na kurudi kwake huamuliwa. Kujua kasi ya mwanga, unaweza kuhesabu umbali wa kitu. Ikiwa pigo ni fupi na muda kati ya utoaji na mapokezi ya ishara iliyoonyeshwa hupimwa kwa usahihi, basi umbali wa kitu unaweza kuhesabiwa kwa usahihi unaofaa. Ushawishi wa anga, ambao hupiga boriti (refraction) na kuanzisha kuchelewa, huzingatiwa tofauti, lakini haya ni maelezo ya hila.

    Mawazo kuhusu eneo la Mwezi yameonyeshwa kwa muda mrefu, nyuma katika miaka ya 20. Karne ya 20, wakati hakukuwa na lasers. Mara tu laser ilipovumbuliwa, wazo liliibuka la kutumia mali ya kipekee mionzi ya laser kwa safu ya laser ya mwezi (LLR). Majaribio ya kwanza ya LLL yalifanywa mnamo 1962-63. huko USA na USSR. Wakati huo hakukuwa na mazungumzo ya vipimo vyovyote; uwezekano wa kutekeleza eneo kama hilo ulikuwa ukijaribiwa. Majaribio yalifanikiwa kabisa, ishara iliyoonyeshwa ilirekodiwa kwa uaminifu, ingawa muda wa mapigo ya 1 ms haukuruhusu kupima umbali kwa usahihi zaidi ya kilomita 150. Mnamo 1965-66, majaribio yalifanywa na mapigo mafupi - usahihi wa mita 180 ulipatikana. Zaidi ya hayo, usahihi haukupunguzwa sana na muda wa mapigo kama vile eneo la ardhi.

    Kisha wazo lilitolewa la kuwasilisha viakisi vya kona (CR) hadi Mwezini ili kuboresha usahihi wa eneo. Viakisi vya kona vinajulikana kwa ukweli kwamba kila wakati hurudisha ishara ndani kabisa mwelekeo wa nyuma, na kwa kuongeza, ishara haina wakati wa kupaka kutokana na ardhi ya eneo.

    Inadaiwa kuwa viashiria 5 vya kona viliwasilishwa kwa Mwezi - mbili kwenye rovers za mwezi wa Soviet na tatu Wanaanga wa Marekani- Apollo 11, Apollo 14 na Apollo 15.

    Hapa ndipo banality boring inaisha, na kisha hadithi za hadithi huanza miujiza ya ajabu na mafumbo ya upelelezi!

    Wacha tuanze na ukweli kwamba kifaa cha kudhibiti kilichowekwa kwenye Lunokhod-1 "kilipotea" ghafla! Aidha, kuna maoni mawili juu ya suala hili. Mtafiti mkuu, mkuu. mwanafunzi wa shahada ya uzamili katika Chuo cha Pulkovo Observatory, Ph.D. E.Yu.Alyoshkina

    katika makala yake anadai kuwa kifaa chake cha kudhibiti hakiko sawa.

    Hii ilitokea wakati wa kuendesha gari ndani sana hali ngumu ndani ya moja ya mashimo. Kwenye ukuta wa crater hii kuna nyingine, sekondari, ndogo. Hiki ndicho kitu kibaya zaidi kwenye mwezi. Ili kutoka nje ya volkeno hii mbovu, mwendeshaji-dereva na wafanyakazi waliamua kurudisha rova ​​ya mwezi nyuma. Na paneli ya jua ilikunjwa nyuma. Na ikawa kwamba kwa kifuniko cha jopo la jua aliendesha ndani ya ukuta wa crater hii isiyoonekana, kwa sababu kamera zilionekana mbele tu. Aliinua udongo wa mwezi kwenye paneli ya jua. Na baada ya kutoka, tuliamua kufunga jopo hili. Lakini vumbi la mwezi ni mbaya sana kwamba huwezi kuitingisha kwa urahisi. Kutokana na vumbi betri ya jua Mkondo wa kuchaji umepungua. na kutokana na ukweli kwamba vumbi lilipiga radiator, utawala wa joto ulivunjwa. Kama matokeo, Lunokhod 2 ilibaki kwenye crater hii mbaya. Majaribio yote ya kuokoa kifaa hayakuisha.

    Hadithi ya pili iligeuka kuwa ya kijinga. Tayari alikuwa kwenye satelaiti ya Dunia kwa muda wa miezi minne. Mnamo Mei 9 nilichukua usukani. Tulitua kwenye crater, mfumo wa urambazaji haukufaulu.

    Jinsi ya kutoka? Tumejikuta katika hali kama hizo zaidi ya mara moja. Kisha walifunika tu paneli za jua na kutoka nje. Na hapa kuna watu wapya katika kikundi cha usimamizi. Wakaamuru kutoifunga na kutoka nje. Wanasema, tunaifunga, na hakutakuwa na kusukuma joto kutoka kwa rover ya mwezi, vyombo vitazidi.

    Hatukusikiliza na tukajaribu kuondoka hivyo. Tunapiga udongo wa mwezi. Na vumbi la mwezi linanata sana. Na kisha wanaamuru kufunga paneli ya jua - wanasema, vumbi litaanguka peke yake. Ilibomoka - kwenye paneli ya ndani, rover ya mwezi iliacha kupokea kuchaji tena nguvu ya jua kwa kiasi kinachohitajika na polepole kupungua. Mnamo Mei 11, hakukuwa na ishara tena kutoka kwa Lunokhod.

    Habari hii imethibitishwa na... LRO! Hapa kuna picha ya Lunokhod 2 na kifuniko wazi, kinachotazama mashariki:

    Kwa ujumla, haina maana kupata rover ya pili ya mwezi sasa.

    Upeo wa uendeshaji wa pembe kwa kitafakari cha kona kilichowekwa kwenye rovers za mwezi ni ± 10 digrii. Ili kuweza kupata kifaa kilichosanikishwa kwenye rover ya mwezi, kwa kuzingatia utoaji wa mwezi wa takriban digrii 7,

    Rover ya mwezi lazima ielekezwe ipasavyo kuelekea Dunia katika azimuth (hadi sehemu ya chini ya ardhi) na mwinuko kwa usahihi wa digrii 2-3.

    UPD kutoka 03.11.2013. Nilimpigia simu V.P. Dolgopolov na kufafanua uwekaji wa violezo vya kona kwenye mwili wa rover ya mwezi - ziko na mwelekeo wa mbele kabisa wa kozi, kama inavyoonyeshwa kwenye picha za mifano ya makumbusho.

    Na sasa tunakumbuka maneno ya Dovgan kwamba Lunokhod 2 inaangalia mashariki, na tunaangalia kwa karibu ramani:


    Mishale ya kijani inaonyesha mwelekeo halisi wa rovers za mwezi, mishale ya njano inaonyesha mwelekeo muhimu kwa eneo la mafanikio la vifaa vya kudhibiti vilivyowekwa kwenye rovers za mwezi. Sehemu ya chini, ambayo iko katikati ya picha, na ambayo Lunokhod-2 inapaswa kuelekezwa kwa azimuth, iko kusini magharibi mwa Lunokhod-2, na Lunokhod-2 imegeuzwa mashariki (kwa maoni yangu, azimuth ni takriban digrii 100-110) - katika nafasi hii, angle ya matukio ya boriti ya mahali kwenye kifaa ni takriban digrii 70, angle ambayo ni marufuku kabisa kwa kifaa cha quartz, i.e. Kiakisi cha kona cha Lunokhod-2 hakifanyi kazi kabisa. Na wanaastronomia wamefanikiwa kuipata kwa takriban miaka 40??? Ninafunga macho yangu na kufikiria jinsi fotoni zilizo na pirouette ya haraka zinavyoingia kwenye kiakisi cha kona cha Lunokhod-2 kilichogeuzwa nyuma, ili kuakisiwa hapo na, baada ya kupiga pirouette ya kinyume, kuelekea Duniani... Scheherazade anavuta kando kwa woga. ! Alikuwa na hadithi za kutosha kwa usiku 1001 tu.

    Swali la asili linazuka - (wanaastronomia) walipata nini wakati huo?

    Maelezo ya jaribio la Marekani yamefafanuliwa kwa undani zaidi au kidogo katika hati ya Ripoti ya Awali ya Sayansi ya Apollo 11. Maelezo ya majaribio ya Soviet juu ya laser kuanzia Mwezi, yaliyofanywa katika Crimean Astrophysical Observatory (CrAO) yametolewa katika juzuu ya pili ya mkusanyiko "Maabara ya Simu kwenye Mwezi LUNOKHOD-1". Pia kuna formula ya kuhesabu ukubwa wa ishara ya majibu

    na matokeo ya hesabu yanaonyeshwa - photoelectrons 0.5 kutoka kwa pigo moja, i.e. takriban photoelectron 1 inapaswa kurekodiwa kutoka kwa mipigo miwili ya leza.

    Idadi ya fotoni ambayo itafikia Mwezi ni sawa na nambari iliyotolewa kutoka kwa leza iliyozidishwa na mgawo huu wa uwazi N M = K λ N t . Kwa mfano, kwa KrAO imeonyeshwa kwa wastani kama 0.73. Kwa uchunguzi wa urefu wa juu, angahewa ni wazi zaidi. Kizuizi katika mfumo wa angahewa kitakutana kwenye njia ya fotoni tena wakati fotoni zilizoakisiwa zitakaporudi Duniani - matokeo italazimika kuzidishwa tena na mgawo wa uwazi wa angahewa K λ.

    boriti fired kutoka diverges laser. Kuna sababu mbili za msingi za hii. Ya kwanza ni upanuzi wa boriti ya diffraction. Inafafanuliwa kama uwiano wa urefu wa wimbi la mwanga kwa kipenyo cha boriti. Kwa hiyo, ili kuipunguza, ni muhimu kuongeza kipenyo cha boriti. Ili kufanya hivyo, boriti ya laser inapanuliwa na kupitishwa kupitia darubini sawa, ambayo itachukua picha za majibu. Kubadilisha hufanywa na kioo kinachoweza kubadilishwa - ikizingatiwa kuwa picha za majibu zitafika tu baada ya sekunde 2.5, hii sio ngumu kabisa kuhakikisha. Kwa darubini yenye kipenyo cha pato la mita 3, upanuzi wa diffraction wa boriti ni 0.05 tu "(arcsecond). Sababu ya pili ni nguvu zaidi - turbulence katika anga. Inahakikisha tofauti ya boriti kwa kiwango cha takriban 1 ". Sababu hii kimsingi haiwezi kuondolewa. njia pekee Njia ya kupambana nayo ni kuchukua darubini nje ya angahewa.

    Kwa hivyo, boriti kwenye njia ya kutoka kwenye angahewa ina tofauti θ. Kwa pembe ndogo θ, mtu anaweza kutumia ukadiriaji θ = tan(θ) = dhambi(θ). Kwa hiyo, boriti itaangazia doa na kipenyo cha D = Rθ, ambapo R ni umbali wa Mwezi (wastani wa kilomita 384,000, upeo wa kilomita 405,696, chini ya kilomita 363,104). Boriti yenye tofauti ya 1" itaangazia doa kwenye Mwezi na kipenyo cha takriban kilomita 1.9. Eneo la doa, kama inavyojulikana kutoka kwa kozi ya jiometri, ni sawa na .

    Kiasi cha mwanga kinachoingia kwenye darubini kama matokeo ya kutafakari kutoka kwa EO au udongo wa mwezi ni sawa na eneo la darubini. Kwa darubini yenye kipenyo d, eneo ni .

    Katika kesi ya kutafakari kutoka kwa CR, sio picha zote zinazopiga Mwezi zitapiga CR na kuonyeshwa. Idadi ya fotoni iliyoonyeshwa kutoka kwa kifaa inalingana na eneo la kiakisi S 0 na mgawo wake wa kuakisi K 0 . (Hii inatolewa kuwa kifaa kimeguswa kabisa na angalau ukingo wa doa.) Kwa viakisi vilivyotengenezwa na Kifaransa. jumla ya eneo sawa na 640 cm 2 na mgawo wa kutafakari wa 0.9, lakini ni lazima tukumbuke kwamba kwa prisms yenye uso wa mbele wa triangular eneo la kazi ni 2/3 ya jumla. Za Amerika zilitengenezwa kwa prismu za quartz zisizo na metali na zilikuwa na mgawo wa kuakisi mara tatu chini, lakini eneo kubwa- Wasifu unaodaiwa kuwasilishwa na msafara wa Apollo 11 na Apollo 14 ni 0.1134 m2, Apollo 15 - 0.34 m2 (NASA-CR-113609). Kwa hivyo, idadi ya fotoni ambazo zitaonyeshwa kutoka kwa CR itakuwa .

    Kwa kweli, usambazaji wa fotoni juu ya eneo la doa haufanani sana:

    Hata hivyo, wakati wa muhtasari wa matokeo juu ya "shots" kadhaa za laser ili kutenganisha ishara muhimu kutoka kwa kelele ya chinichini, usawa huu utarekebishwa.

    Sio fotoni zote zinazoonyeshwa kutoka kwa EO zitaishia kwenye darubini. Boriti iliyoakisiwa ina mseto θ" na itaangazia doa kwenye Dunia na kipenyo cha L=Rθ". Eneo la doa kwenye Dunia ambalo boriti iliyoakisiwa itasambazwa ni sawa na . Kutoka mahali hapa, idadi ya fotoni itaanguka kwenye darubini (ikiwa inafanya, ambayo pia inahitaji kuchunguzwa). Kwa IO za Ufaransa zilizowekwa kwenye rovers za mwezi, tofauti ya boriti iliyoakisiwa inaonyeshwa kama 6" (kwa urefu wa laser ya ruby ​​​​694.3 nm), ambayo inatoa kipenyo cha eneo lililoonyeshwa kwenye Dunia kilomita 11; zile za Amerika zilikuwa. iliyotengenezwa na prism ndogo tatu, na kwa hivyo ilikuwa na tofauti kubwa ya 8.6" (pia kwa urefu wa laser ya ruby ​​​​ya 694.3 nm), kipenyo cha doa Duniani kitakuwa kama kilomita 16. Kwa hakika, tofauti ya boriti iliyojitokeza imedhamiriwa na diffraction, i.e. uwiano wa urefu wa wimbi la laser kwa upenyo wa kipengele kimoja cha leza θ" = 2.44 λ/D RR. Kwa hiyo, matumizi laser ya kijani na urefu wa wimbi la 532 nm inaweza kuhesabiwa haki - licha ya kunyonya zaidi na kutawanyika. mwanga wa kijani V angahewa ya dunia ikilinganishwa na nyekundu na infrared.

    Kama tunavyoona, tulipata fomula ile ile ambayo ilionyeshwa katika kazi ya Kokurin et al., ni katika kazi hiyo tu migawo ya upitishaji katika njia za kupitisha na kupokea na ufanisi wa ubadilishaji wa quantum wa kigundua picha ziliongezwa (ni ngapi picha kutoka kwa nambari iliyogonga darubini itarekodiwa kwa njia ya ishara ya umeme). Nini bado haipo ni utegemezi wa eneo la kutafakari kwa ufanisi kwenye angle ya matukio, i.e. fomula zinatokana na dhana kwamba angle ya matukio ya boriti ya kupata kwenye lengo ni karibu na kawaida. Kwa kweli, utegemezi ni kama hii:

    Katika kesi ya kutafakari kutoka ardhini wengi wa ya mwanga itafyonzwa, na iliyobaki itatawanyika kulingana na sheria iliyo karibu na Lambertian (sawa katika pande zote), katika pembe thabiti ya 2π steradians. Kwa kweli, kutafakari kutoka kwa Mwezi ni ngumu zaidi - udongo wa mwandamo umetamka athari za kurudi nyuma na za kupinga, ambayo husababisha ukweli kwamba udongo wa mwandamo unaonyesha mara 2-3 zaidi kwa upande mwingine kuliko uso wa kawaida wa Lambertian (matte). . Kwa kusema, uso mzima wa Mwezi hufanya kama kiakisi cha kona, ingawa sio nzuri sana.

    Albedo ya Mwezi kwa wastani inachukuliwa kuwa sawa na 0.07, ingawa in maeneo mbalimbali Albedo ya uso unaoonekana wa Mwezi ni kati ya 0.05 hadi 0.16. (UPD: Kulingana na data ya hivi punde iliyopatikana na altimita ya leza ya LOLA, inapoakisiwa nyuma kabisa, albedo inaweza kufikia hadi 0.33, na katika kreta zenye giza kabisa kwa pole ya kusini hata 0.35!)

    Tunaangalia ni sehemu gani ya doa iliyoangaziwa itaanguka kwenye darubini. Sehemu ya mtazamo wa darubini imedhamiriwa na ukuzaji wake wa juu, ambao umedhamiriwa na kipenyo chake. Hesabu ya darubini ya CrAO yenye kipenyo cha 2.64 m inatoa uwanja wa mtazamo wa 22", kazi inatoa thamani ya 15" - maadili ni karibu. Ukubwa wa doa iliyoangaziwa kawaida ni ndogo, ili doa nzima inaonekana kwenye uwanja wa mtazamo wa darubini.

    Idadi ya fotoni zinazoakisiwa kutoka kwenye udongo wa mwezi na kuingia kwenye darubini ni sawa na .

    Kuanzia hapa tunapata fomula ya kutathmini ufanisi wa kutumia kiakisi cha kona kama uwiano wa mwangaza wa IR na mwangaza wa udongo wa mwezi. Mtazamo wa haraka wa fomula hii ni wa kutosha kuona kwamba ili kuongeza kiwango cha ishara ya majibu kutoka kwa kifaa ikilinganishwa na kutafakari kutoka chini, ni muhimu kupunguza pembe ya tofauti ya boriti ya laser ya kupata - utegemezi ni quadratic.

    (UPD: Ingawa Lunokhod-1 imewekwa vibaya, bado inaonekana. Pembe iliyohesabiwa ya matukio katika EO yake ni digrii 31.5 kutoka kwa kawaida (bila kuzingatia uwasilishaji), kwa pembe hii EPR inapungua kwa mpangilio wa ukubwa na kuenea kwa mwitikio wa msukumo kutoka -kutokana na kutokuwa na uelekevu wa paneli ya CR hadi kwenye boriti inayopatikana.Lakini kwa Lunokhod-2, pembe iliyohesabiwa ya matukio ni takriban digrii 70 kutoka kwa kawaida - pembe ambayo ni marufuku kabisa CR ya quartz. Kuakisi kutoka kwa CR yake haiwezekani. Hakuna uwasilishaji utasaidia.)

    Fotoni mia moja na hamsini zinapaswa kuanguka kwenye darubini kutoka kwa kifaa, karibu 5 kutoka ardhini, na Aleshkina anaandika kuhusu "fotoni 1 kwa kila risasi 10-20." Hii ina maana gani? Hata fotoni chache zimerekodiwa kuliko zilivyopaswa kuwa kutoka chini!

    Na hivyo ndivyo inavyopaswa kuwa! Tunakumbuka kuwa ikiwa iko mbali na sehemu ya chini ya ardhi, uso wa Mwezi sio wa kawaida kwa boriti, kwa hivyo, ishara iliyoakisiwa hutiwa kwa wakati.

    na kichujio cha muda hukata kutoka humo tu fotoni zinazolingana na matokeo yanayotarajiwa.


    Ikiwa tunakumbuka kuwa uso wa Mwezi sio laini kabisa, na kuna milima na mashimo juu yake, basi uwepo wa ukuta wa crater au mteremko wa mlima unaoelekea Dunia, ambayo boriti ya kupata laser huanguka kwa usawa, itatoa mawimbi ya muda sawa na kuonyeshwa kutoka Marekani, lakini ya kiwango cha chini.

    Ikiwa tutadhoofisha ishara iliyohesabiwa kutoka ardhini kama uwiano wa eneo la uso wa mwezi unaoelekea kwa boriti inayopatikana kwa eneo la sehemu ya msalaba ya boriti inayopatikana, tutapata utii kamili. matokeo ya majaribio hesabu ya dhana kwa kutafakari kutoka ardhini. Kwa kuzingatia kwamba kipenyo cha boriti inayopatikana kwenye Mwezi ni kilomita 2-7, basi milima au kuta za crater urefu wa kilomita 2-3 tayari zinatosha, na kuna milima mingi na mashimo kwenye Mwezi. Kwa kuongeza, uso wa gorofa kabisa hauhitajiki hata. Kama ifuatavyo kutoka kwa hesabu, yenye albedo ya 0.16 (na milima kwenye Mwezi ni nyepesi kuliko bahari), idadi inayokadiriwa ya fotoni kutoka ardhini inazidi maadili ya majaribio takriban mara 3, i.e. Ili sanjari na hesabu, ni ya kutosha kwamba theluthi moja tu ya doa iliyoangaziwa huanguka kwenye uso ulio kwenye ndege inayotarajiwa. 2/3 iliyobaki inaweza kuwa na unafuu wowote.


    Mstari mwekundu unaashiria uso wa masharti, ishara iliyoonyeshwa ambayo itapita kupitia chujio cha wakati. Kwa kweli, hii inaweza kuwa kipande cha tufe yenye radius ya kilomita 380,000 na inayozingatia takriban katikati ya Dunia. Sehemu kama hiyo ya tufe hutofautiana kidogo na ndege.

    Dhana na onyesho la ishara kutoka kwa kifaa cha kudhibiti haijathibitishwa na data iliyochapishwa ya majaribio - kosa sio kwa asilimia, hata kwa nyakati, lakini kwa maagizo ya ukubwa.

    Kwa ujumla, kila kitu ni wazi kwangu na unajimu wetu uliotumika -