NASA的LRO激光仪器成功“发出信号”接触印度月球着陆器

2023年12月12日美国东部时间下午3点，美国宇航局（NASA）的月球勘测轨道飞行器（LRO）首次在月球上，将激光束在轨道上的NASA航天器和位于月球表面的印度空间研究组织（ISRO）的维克拉姆（Vikram）着陆器上一个奥利奥大小的装置之间传输并反射。这一成功实验为在月球表面精确定位目标开辟了一种新方式。

LRO将其激光测高仪器指向Vikram。当LRO向它发送激光脉冲时，着陆器距离LRO 62英里（约100公里），位于月球南极地区的曼齐努斯环形山附近。在轨道飞行器注册到从Vikram上的一个微小的NASA反射器反弹回来的光线后，NASA的科学家们知道他们的技术终于奏效了。

2023年8月23日，印度空间研究组织（ISRO）的Vikram着陆器，在其上携带了一个NASA的反射器，成功着陆在月球上。四天后，NASA的月球勘测轨道飞行器（LRO）上的相机拍摄了这张图片。图片中心是着陆器，其暗影在周围的明亮光晕中清晰可见。这个光晕是在火箭羽流与月球表面的细粒再生物质（类似于土壤）相互作用后形成的。这张图片显示了一个宽1英里（1.7公里）的区域。

图片来源：NASA戈达德太空飞行中心/亚利桑那州立大学

向物体发送激光脉冲并测量光线反射回来所需的时间，是一种常用的方法，用于从地面跟踪地球轨道卫星的位置。但科学家们表示，反向使用这种技术——从移动的航天器向静止的航天器发送激光脉冲，以确定其精确位置——在月球上有许多应用。

“我们已经展示了我们能够从月球轨道定位月球表面上的反射器，”马里兰州NASA戈达德太空飞行中心的Xiaoli Sun领导的团队开发了Vikram上的反射器，这是NASA与ISRO合作的一部分。“下一步是改进这项技术，使其成为未来希望使用这些反射器的任务的常规操作。”

NASA的这个小而强大的反射器，名为激光反射器阵列，仅宽2英寸（5厘米），由八个石英角立方棱镜设置在一个圆顶形的铝框中。科学家说，这个设备简单耐用，无需电源或维护，并且可以使用数十年。其配置允许反射器将从任何方向进入的光线反射回其来源。

NASA的激光反射器阵列宽度仅为2英寸（5厘米），内置有八个石英角立方体棱镜，安装在一个圆顶形的铝框架内。这种配置使得该设备能够将从任何方向进入的光线反射回其来源。 图片来源：NASA戈达德太空飞行中心

反射器可用于科学和探索的许多应用，并且自阿波罗时代以来一直在月球上使用。通过将光线反射回地球，行李箱大小的反射器揭示了月球正以每年1.5英寸（3.8厘米）的速度远离我们的星球。

这一代新型微型反射器比它的前身有更多的应用。在国际空间站上，它们被用作精确标记，帮助货运飞船自主对接。

未来，它们可以引导阿尔忒弥斯宇航员在黑暗中登陆月球，例如，或者标记月球表面上已有航天器的位置，帮助宇航员或无人驾驶飞行器降落在它们旁边。

但在反射器能够照亮月球之前还有更多的工作要做。它们立即被采用的最大障碍是，目前，LRO的高度计是唯一绕月球轨道运行的激光仪器。但这个仪器并不是为了精确指向目标而设计的；自2009年以来，这个名为LOLA的高度计负责绘制月球的地形图，为登陆任务做准备。

“我们希望LOLA能够指向这个奥利奥大小的目标并每次都击中它，这很难，”与孙工作的NASA戈达德科学家丹尼尔·克里蒙斯（Daniel Cremons）说。高度计接触Vikram的反射器共尝试了八次。

LOLA通过向月球发射五束激光，并测量每一束反弹回来所需的时间（光线返回得越快，LOLA与表面之间的距离就越小，因此该区域的海拔就越高）。每束激光覆盖的面积为32英尺（10米），来自于62英里（100公里）的高度。因为光束之间有很大的间隙，所以每次月球轨道飞行器经过着陆器上方时，激光脉冲接触反射器的机会很小。

高度计非常适合探测环形山、岩石和巨石，以创建月球的全球高程图。但它们并不理想于指向反射器，这需要达到一百分之一度的精确度，才能始终实现ping。未来，缓慢且持续扫描表面、没有任何覆盖间隙的激光器将有助于微型反射器实现其潜力。

目前，NASA微型反射器背后的团队将继续使用LRO的激光高度计来帮助精确地面目标的位置，尤其是着陆器。

几个NASA反射器计划搭载公共和私人月球着陆器飞往月球，包括一个安装在日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的SLIM着陆器上，预计于2024年1月19日登陆月球，以及由私营公司Intuitive Machines制造的一个，该公司计划在2月中旬将其航天器发射到月球。Intuitive Machines将携带六个NASA有效载荷，包括反射器，作为NASA商业月球有效载荷服务（CLPS）计划的一部分。

参考

[1]https://science.nasa.gov/missions/lro/laser-instrument-on-nasas-lro-successfully-pings-indian-moon-lander/

[2]https://science.gsfc.nasa.gov/sci/bio/xiaoli.sun-1