На Луне появится собственная система GPS с сантиметровой точностью

Команда физиков из Национального института стандартов и технологий США, института JILA и Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) предложила необычное решение для использования навигации на Луне. Ученые разработали концепцию сверхстабильного лазера внутри одного из постоянно затененных кратеров на полюсах спутника, который считается к тому же одним из самых холодных мест в Солнечной системе. Навигационное устройство, использующее естественный холод небесного тела, сможет служить эталоном времени и частоты, обеспечивая посадочным модулям и луноходам сантиметровую точность позиционирования.

Принцип работы сверхстабильных лазеров основан на отражении светового пучка между двумя зеркалами в замкнутой полости. Точность прибора напрямую зависит от стабильности длины этой полости, которую необходимо поддерживать при чрезвычайно низких температурах в вакуумной среде, изолированной от внешних вибраций. Лунные полярные кратеры, никогда не получающие прямого солнечного света из-за минимального осевого наклона Луны (1,5°), создают именно такие условия.

Важно отметить, что главная проблема современных атомных часов и лазеров на Земле — это тепловые флуктуации, которые вызывают микроскопические изменения в размере резонаторов, тем самым снижая точность приборов. Для борьбы с этим на Земле требуются громоздкие и энергоемкие криогенные установки. На Луне же природа создала идеальные условия: в кратерах, куда миллиарды лет не заглядывало Солнце (так называемые «ловушки холода»), температура держится на стабильном уровне ниже 50 кельвинов (-223°C).

Согласно концепции ученых под руководством известного физика Джуна Йе, в такой кратер можно поместить полость из монокристаллического кремния длиной 21 см. В условиях лунной «вечной мерзлоты» и вакуума кремниевое ядро достигнет температурного равновесия без активного охлаждения. Это позволит лазерному лучу сохранять когерентность (стабильность фазы) более одной секунды, что на порядки превосходит возможности наземных систем.

Фактически, такой лазер станет «сердцем» лунной системы GPS. Сигнал от него позволит аппаратам синхронизировать бортовые часы и определять свое положение независимо от земных станций слежения, сигнал от которых идет с задержкой. Кроме того, сеть из нескольких таких устройств может превратить Луну в гигантский детектор гравитационных волн, способный фиксировать малейшие искажения пространства-времени, недоступные для наземных обсерваторий.

Источник: newscientist.com