Obsah > Pilotované lety > Apollo > Apollo 11 > Apollo 11 v L+K - Země - Měsíc s přesností pěti metrů

ZEMĚ - MĚSÍC s přesností pěti metrů

Přístroje na Měsíci

Pro časopis Letectví + kosmonautika zpracovali Marcel Grün, Pavel Koubský, Astronautický klub SPACE
(L+K č. 3/1970)

Edwin Aldrin před instalací laserového reflektoru a pasivního seismometru Jedním z úkolů obou pozemšťanů - Armstronga a Aldrina - na základně Tranquillity bylo instalování laserového reflektoru asi deset metrů od měsíční sekce (viz. L+K č. 13 a 24/1969). K jeho ustavení na Měsíci došlo po sběru vzorků hornin, několik minut před umístěním pasivního seismometru. Technici v Houstonu odpočítávali právě 111. hodinu 04. minutu letu a 99. minutu Armstrongovy procházky.

LRRR - nebo jak říkají kosmonauti LR3 - při pozemních zkouškáchReflektor, složený ze stovky koutových odrážečů od firem Perkin-Elmer a Boxton-Beal, má umožnit pozorovat odrazy laserových impulsů, vysílaných ze Země v příštích asi deseti létech. Jednotlivé hranolky jsou vyrobeny z vysoce homogenního umělého křemene Suprasil 1. Autoři projektu předpokládají, že se pomocí laserového reflektoru mj. podaří určit velmi přesně vzdálenost Země - Měsíc (měření prostřednictvím dlouhovlnného rádiového záření nedovoluje snížit nepřesnost pod 100 m). Již dříve získaných laserových odrazů od povrchu Měsíce rovněž nemohlo být využito k přesnému měření vzdálenosti. Při starém způsobu měření totiž laserový paprsek osvětlil na Měsíci plochu o průměru několika kilometrů, a protože je Měsíc značně zakřiven, vracel se k Zemi puls delší, než byl původně vyslán. A právě prodloužení pulsu způsobovalo při určování vzdálenosti Měsíce jistou nepřesnost. Proto se pracovníci Marylandské university pod vedením dr. C. O. Alleye rozhodil umístit na povrchu Měsíce systém koutových odrážečů, u nichž dochází k odrazu prakticky v jednom bodě a které impuls neprodlužují. Odrazivost laserového reflektoru je navíc větší než odrazivost Měsíce a odraz pozorovaný na Zemi je intenzivnější. (Připomeňme, že právě dr. Alley řídil již experiment, při němž byl laserový signál vyslán ze Země k Surveyoru 7, jehož televizní kamera vyslaný záblesk zachytila. Experiment z Apolla 11 je ovšem nesrovnatelně náročnější na přesnost pozemního vybavení a metodiku práce.)

Počáteční fáze pokusu se zúčastnili pracovníci tří amerických hvězdáren: Lickovy observatoře v Kalifornii, McDonaldovy observatoře v Texasu a observatoře USAF v Arizoně. Lickova hvězdárna, ležící na vrcholku Mt. Hamiltonu (nadmořská výška 1400 m), nabídla pro tento pokus třímetrový zrcadlový dalekohled, v současné době druhý největší na světě. Přístroj používaný McDonaldovou observatoří ve Ft. Davis má průměr zrcadla 272 cm, je třetím největším a současně nejmodernějším astronomickým dalekohledem na světě. V provozu je od listopadu 1968. Na jeho výstavbu finančně značně přispěl NASA, protože přístroj má mj. sloužit ke studiu planet. Hvězdárna výzkumného ústavu USAF v Tucsonu, vybudovaná speciálně pro sledování laserových odrazů od Měsíce, má zrcadlový dalekohled o průměru 150 cm.

Znázornění odrazu laserového paprsku v koutovém odrážeči Kromě dalekohledů je ke zmíněnému pokusu každá ze zúčastněných observatoří vybavena ještě rubínovým laserem, vysílajícím intenzívní pulsy o vlnové délce 6943 A. Poedstavu o citlivosti zařízení snad přiblíží následující údaj: ze Země k Měsíci se vydá asi 1019 fotonů (deset miliard miliard) ale zpět do dalekohledu se vrátí pouze 0,5 až 10 fotonů (v závislosti na použité aparatuře). Puls odražený od Měsíce se registruje zařízením, dodaným pracovníky Goddardova střediska pro kosmické lety - dvěma fotonásobiči s osciloskopy a kamerami. Celé zařízení je napojeno na velmi přesné hodiny, jejichž přesnost je při stanovení vzdálenosti Země - Měsíc rozhodující. (Abychom změřili vzdálenost na kilometry, musí být doba mezi vysláním a zachycením paprsku změřena na stotisícinu vteřiny. Autoři experimentu však požadují přesnost v určení vzdálenosti na několik centimetrů až decimetr, tedy přesnost desetitisíckrát až stotisíckrát větší!)

Dalo se vcelku očekávat, že navázání kontaktu s reflektorem o velikosti 0,5 x 0,5 m bude velmi obtížné. Skutečnost však předčila očekávání. Experiment dokonce začal velmi dramaticky, neboť již v průběhu měsíční vycházky oznámily tiskové agentury, že se podařilo zachytit první odraz. Dr. Wampler z Lickovy observatoře však prohlásil, že americké observatoře kontakt nenavázaly a že jediným možným vysvětlením by mohla být sovětská účast, která se neoficiálně očekávala. K prvnímu plánovanému pokusu mělo dojít 25. července, ale pro poruchu na laserovém vysílači byl termín posunut o čtyři dny. Počáteční neúspěchy daly podnět k úvahám o možném porušení odrážeče při startu Orla z Měsíce, např. pokrytím zvířeného prachu. Dr. Kraft, ředitel Lickovy hvězdárny, však vzápětí prohlásil, že podobné obavy jsou neopodstatněné - a tak se čekalo dál.

Poprvé zachytili odraz od reflektoru, který umístili Armstrong s Aldrinem na Měsíci, 1. srpna pracovníci Lickovy observatoře. Laserový vysílač byl v tzv. coudé - ohnisku a zvláštní péče byla věnována pointaci dalekohledu. Laserem ozářená plocha na Měsíci má průměr asi 3,2 km, ale laserový odrážeč ani LM nejsou ze Země pozorovatelné, a proto také nebyla řada prvních pokusů úspěšná. Když byl konečně odraz získán, usnadnilo to poněkud další práci, protože bylo možno vypočítat přesné zaměření dalekohledu pro následující pokusy. Velmi často - když počítač určil špatné zaměření - se však signál ztratil. Uvážíme-li, že řadu k výpočtu potřebných údajů známe jen nepřesně - tvar Měsíce, přesný pohyb Měsíce kolem Země aj. - může k tomu dojít velmi snadno. Neméně důležitá je i znalost přesné polohy observatoře (pracovníci Lickovy hvězdárny neuspěli při prvních pokusech proto, že do počítače vložili špatnou polohu observatoře, lišící se od správné o 500 m) a nadmořské výšky.

Třetí největší a současně nejmodernější astronomický dalekohled McDonaldovy observatoře má průměr zrcadla 272 cm Ve dnech 19. - 21. 8. 1969 účast Lickovy hvězdárny na experimentu skončila poslední sérií pozorování. Dr. Wampler k tomu poznamenal, že třímetrového dalekohledu musí být využíváno i v jiných oblastech astronomie a že není únosné nadále nad observatoří omezovat letecký provoz. Mt. Hamilton totiž leží právě na spojnici mezinárodních letišť San José a San Francisko, a v době měření - aby astronomové nebyli ničím rušeni - musel Americký federální úřad pro letectví každou noc odklonit linky téměř tisíce letadel. Předchozí série pozorování skončila 3. srpna a pracovníci observatoře museli vyčkat, až bude Tranquillity Base opět na slunečním světle. Při následující sérii však podmínky pro sledování nebyly příliš příznivé, a navíc byl Měsíc poměrně nízko nad obzorem.

Při prvním úspěšném pokusu bylo vysláno k Měsíci 112 pulsů, z nichž bylo registrováno 88 odražených, tj. asi 80 %. Laser produkoval v intervalu tří vteřin pulsy 10 ns dlouhé (10 nanosekund = 10-8 s). Podle publikovaných výsledků byla vzdálenost Země - Měsíc stanovena s přesností na 5 metrů. Původním cílem bylo zjistit vzdálenost s chybou pouhých 15 až 20 cm - k tomu však bude nutno ještě přesněji určit rychlost světla!

Druhou stanicí, která navázala kontakt (19. 8.), byla McDonaldova observatoř. I ona použila sice podobného pulsního rubínového laseru, ale po prvních zkouškách se jejím pracovníkům podařilo snížit dobu trvání pulsu na pouhé 2 ns (2.10-9 vteřiny); výsledky měření vzdálenosti však dosud nebyly publikovány.

Jeden ze spoluautorů experimentu - dr. Faller z Wesleyan University - prohlásil, že v příštích létech bude k podobným pokusům využíváno spíše než velkých astronomických dalekohledů speciálních stanic USAF a NASA. Upozornil také, že bude velmi vítána spolupráce jiných států (zájem už projevili vědci z Francie, Sovětského svazu a Československa).


Fotografie k článku “ZEMĚ - MĚSÍC s přesností pěti metrů”: (Snímky: NASA, archiv)
    1. LRRR - nebo jak říkají kosmonauti LR3 - při pozemních zkouškách
    2. Znázornění odrazu laserového paprsku v koutovém odrážeči
    3. Třetí největší a současně nejmodernější astronomický dalekohled McDonaldovy observatoře má průměr zrcadla 272 cm
    4. Edwin Aldrin před instalací laserového reflektoru a pasivního seismometru

Přepis textu: M.Filip, 7.4.2003

Aktualizováno : 21.04.2003

[ Obsah | Pilotované lety | Apollo | Apollo 11 ]

Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.