W połowie grudnia po raz pierwszy w historii doszło do wysłania wiązki laserowej z orbity okołoksiężycowej do urządzenia wielkości ciastka Oreo na powierzchni Księżyca, odbicia jej i przechwycenia z powrotem przez sondę kosmiczną. Uczestnikami tego wydarzenia były sonda kosmiczna Lunar Reconnaissance Orbiter oraz lądownik Vikram, który w ramach misji Chandrayaan-3 dostarczył na powierzchnię Księżyca łazik Pragyaan. Eksperyment ten otwiera drzwi do opracowania nowego rodzaju precyzyjnego lokalizowania obiektów na powierzchni Srebrnego Globu.
Do realizacji eksperymentu doszło 12 grudnia 2023 roku. To wtedy sonda LRO skierowała swój laserowy wysokościomierz w stronę Vikrama znajdującego się około 100 kilometrów niżej, w pobliżu krateru Manzinus w rejonie bieguna południowego Księżyca. Wiązka laserowa chwilę później odbiła się od małego retroreflektora znajdującego się na pokładzie lądownika i wróciła na pokład sondy.
Wysyłanie impulsów laserowych w stronę obiektu i mierzenie czasu potrzebnego na odbicie światła to powszechnie stosowany sposób śledzenia lokalizacji satelitów krążących wokół Ziemi z powierzchni ziemi. Naukowcy twierdzą jednak, że zastosowanie tej techniki w odwrotnej kolejności – wysyłanie impulsów laserowych z poruszającej się sondy kosmicznej do nieruchomego celu na powierzchni w celu ustalenia jego dokładnej lokalizacji może mieć wiele zastosowań na Księżycu.
„Pokazaliśmy, że potrafimy zlokalizować nasz retroreflektor na powierzchni z orbity Księżyca” – powiedziała Xiaoli Sun, która kierowała zespołem w należącym do NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland, który w ramach partnerstwa opracował retroreflektor zainstalowany na pokładzie Vikrama w ramach współpracy NASA i ISRO. „Następnym krokiem jest udoskonalenie tej techniki, tak aby mogła stać się rutyną w misjach, które w przyszłości będą chciały używać tych retroreflektorów”.
Mały retroreflektor Laser Retroreflector Array wyposażony jest w osiem kwarcowych pryzmatów w narożnikach sześcianów osadzonych w aluminiowej ramie w kształcie kopuły. Twórcy tego urządzenia przekonują, że jest ono proste i trwałe, ale przede wszystkim nie wymaga ani zasilania, ani konserwacji, dzięki czemu może przetrwać dziesięciolecia. Jego konfiguracja pozwala mu odbijać światło wpadające z dowolnego kierunku z powrotem do źródła.
Retroreflektory mogą mieć wiele zastosowań w nauce i eksploracji i rzeczywiście są używane na Księżycu od ery misji Apollo. Odbijając światło z powrotem na Ziemię, retroreflektory wielkości walizki pozwoliły nam już ustalić, że Księżyc oddala się od naszej planety z prędkością 3,8 centymetra rocznie.
Nowa generacja małych retroreflektorów ma jeszcze więcej zastosowań niż ich więksi poprzednicy. Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej służą jako precyzyjne znaczniki, które pomagają statkom kosmicznym autonomicznie cumować.
W przyszłości takie same urządzenia mogłyby pomagać w sprowadzaniu załogowych statków kosmicznych realizujących kolejne misje programu Artemis na powierzchnię Księżyca. Retroreflektory zainstalowane na pokładzie statku, który już wylądował na Księżycu, mogłyby wspomagać kolejne statki w lądowaniu w ich bezpośrednim otoczeniu.
Warto tutaj zwrócić jednak uwagę na fakt, że wysokościomierz laserowy zainstalowany na pokładzie sondy LRO jest jedynym instrumentem laserowym na orbicie wokół Księżyca. Co więcej, nie jest on przystosowany do nawigacji, a jedynie do tworzenia map topograficznych Księżyca. Z tego też powodu potrzeba było ośmiu prób, aby w końcu LRO trafił swoją wiązką w retroreflektor na pokładzie Vikrama.
LOLA działa poprzez wysyłanie pięciu wiązek lasera w stronę Księżyca i mierzenie czasu potrzebnego na odbicie się każdej z nich (im szybciej światło powraca, tym mniejsza odległość między LOLA a powierzchnią, a tym samym większa wysokość w tym obszarze). Każda wiązka lasera pokrywa obszar o szerokości 10 metrów z wysokości 100 km. Ponieważ pomiędzy wiązkami występują duże odstępy, prawdopodobieństwo, że impuls lasera zetknie się z retroreflektorem podczas każdego przelotu orbitera nad lądownikiem jest niewielkie.
Wysokościomierze doskonale nadają się do wykrywania kraterów, skał i głazów w celu tworzenia globalnych map wysokości Księżyca. Nie nadają się jednak idealnie do wskazywania z dokładnością do jednej setnej stopnia retroreflektora, co jest wymagane do stałego odbijania sygnałów. Przyszły laser, który powoli i stale przeczesuje powierzchnię bez żadnych przerw w zasięgu, pomógłby w pełni wykorzystać potencjał małych retroreflektorów.
Warto tutaj zwrócić uwagę, że zaledwie kilka dni temu na powierzchni Księżyca wylądował pierwszy w historii japoński lądownik SLIM. Na jego pokładzie także znajduje się opracowany w NASA retroreflektor. Sonda LRO zyskała zatem właśnie nowy cel.