Следите от стъпването на човека на Луната: след 50 години един от приборите на Аполо 11 все още работи

33
4445

Когато преди 50 години, на 20 юли 1969 година Нийл Армстронг направи една малка крачка на повърхността на Луната, това достижение бе триумфът за американските технологии и даде възможност на САЩ да догони Съветския съюз по времето на ожесточената Студена война. Но космическата надпревара създаде и научна надпревара, по време на която трябваше да се реши какви експерименти да бъдат осъществени по време на първата мисия на хората до повърхността на един далечен свят.

Един от победителите при научния подбор е устройство, което дава възможност на учените да измерят разстоянието между нашата планета и нейния естествен спътник с безпрецедентна точност. Това бе един от експериментите, който има решаващо значение не само за проверка на общата теория на относителността на Айнщайн, но и за разбирането природата на малките отклонения на Луната при нейното въртене около оста си. Интересно е, че това е едно съвсем опростено устройство в сравнение с огромната сложност на лунната мисия.

През 1963 година Джеймс Фалър (James Faller) започва работа в Обединения институт по лабораторна астрофизика (JILA) към националното бюро по стандартите в университета на Колорадо в Боудлър. Още като аспирант на Принстън в края на 1950-те години той написва научната работа „Предполагаема лунна пратка: ъглов рефлектор на Луната„, в която съвсем точно описва здрав и лек отражател с тегло едва половин килограм, който може да бъде изпратен и поместен на лунната повърхност. Лъч светлина ще бъде изпратен от Земята към този отражател, ще се отрази и ще се завърне на Земята. Времето, което е необходимо на светлината да извърши пътешествието от Земята до Луната и обратно – пише ученият, ще даде възможност за точно измерване на разстоянието от Земята до Луната.

Той дава своята научна статия на професор Робърт Хенри Дике (Robert Henry Dicke) – физикът, който има голям принос за развитието на астрофизиката, атомната физика и теорията на гравитацията. На гърба на последния лист на своята научна работа Фалър написал най-отгоре: „Професор Дике, бихте ли погледнали дали това има смисъл?„.

След по-малко от 10 години светът ще разбере колко проницателно е било предложението на Фалър. Заедно с колегите си от JILA Ян Хол и Питър Бендър той създава екипа на „лунните далекомери“, които трябва да обсъдят възможността за поставянето на отражателя на Луната. Няма никаква гаранция, че експериментът ще бъде успешен, а и други научни групи разработват конкурентни решения с надеждата да бъдат избрани да участват в историческото пътешествие на Аполо 11 до Луната.

Изискванията на НАСА са строги: размерът и теглото трябва да са минимални, а уредът трябва да е възможно най-опростен. Космическата агенция на САЩ счита, че степента на риск на мисията на Аполо 11 е твърде висока и е възможно тя да бъде спряна преди или по време кацането на Луната. Ето защо НАСА нарежда всеки експериментален прибор да може да се постави и разгърне в рамките на не повече от 10 минути. Фалър си припомня:

„Астронавтите имаха твърде ограничено време за разходки по лунната повърхност и за инсталирането на апаратурата. С други думи, това ограничено време бе от полза за нашия проект“.

Ъгловият отражател, по точно няколкото подобни отражатели предлагат идеалното решение на проблема за връщането на светлината в същата точка, от която е изпратена на Луната. Ако се използва обикновено единично огледало, то трябва да бъде строго перпендикулярно по отношение на светлинния лъч. Но поради завъртането на Луната около оста си и нейното въртене около Земята, подобни идеални условия е твърде трудно да бъдат осигурени, а и съвсем незначителната грешка в насочването би довела към връщането на светлината в друго място.

Предложените от Фалър отражатели са направени от три огледала, поставени под точно прав ъгъл едно към друго, като например, вътрешния ъгъл на картонена кутия за обувки. При тази конструкция входната светлина се отразява от трите повърхности, а законите оптиката гарантират, че тя ще се завърне обратно към източника си.

След като експериментът на Фалър е одобрен, възниква друг важен проблем: трябва да се намери компания, която може да произведе голям брой от тези специализирани огледала, но съответстващи на строгите стандарти за качество на НАСА. Така например, тази компания трябва писмено да зави, че нейните огледала ще издържат минимум 10 години в суровите космически условия.

Наложило се Фалър да избере между две компании – германската Heraeus и американската General Electic. Това е сложен избор, но побеждават германците, чиято оптика и до днес е една от най-добрите в света. Германската компания произвежда най-чистия разтопен кварц, който е устойчив към йонизацията в космоса, където обикновеното огледало потъмнява с течение на времето. Високата чистота минимизира поглъщането на светлината, а и от друга страна не допуска образуването на микро мехурчета и други дефекти, които биха могли да предизвикат неправилно отразяване на светлината.

Остава последния въпрос. Все пак това са 1960-те години, а Heraeus е германска компания. Втората световна война е приключила само преди двадесетина години. Дали това няма да окаже влияние? Фалър лично посещава завода на Heraeus в Ханау през 1968 година. Мениджмънтът на компанията се съгласява да изготви възможно най-качествената продукция за лунната мисия.

В крайна сметка експериментът се оказа изключително успешен. Но не веднага. В първите дни след кацането на луната учените просто нямат късмет. В обсерваторията Лик на Калифорнийския университет, Фалър и неговият екип, включващ учени и студенти, се сблъсква с трудности, понеже Аполо 11 каца на няколко километра от планираното и очакваното място на прилуняване.  По време на кацането се налага да се премине на ръчен режим на управление много по-рано поради претоварване на бордовия компютър. Независимо от възникналия проблем, специалистите от космическия център Хюстън съветват астронавтите да продължат мисията и Армстронг и Олдрин успяват да кацнат на ръчен режим, прелитайки над кратер с размери около 180 метра. Но при първите експерименти с ъгловите отражатели, Луната е била твърде ниско в небето, поради което светлината твърде силно се разсейва в атмосферата и опитите са неуспешни.

Експериментите се възобновяват на 1-ви август, когато положението на Луната спрямо Земята е по-изгодно за учените. Тогава лазерът се включва 162 пъти, преди да бъдат открити сигналите от ъгловите отражатели на Луната. Финалната серия от 120 лазерни импулса след малка корекция на излъчвателите, дава 80 върнати светлинни сигнала.

За разлика от „огромния скок“ на Нийл Армстронг, прогресът на „екипа далекомери“ става на малки и съвсем скромни крачки. На 1-ви август Фалър и неговите колеги достигат точност на измерване на връщане на лъча от около 0,1 микросекунда, което дава възможност за измерване на разстоянието до Луната с точност до 8 метра. За сравнение, радарният метод, използван в края на 1950-те години, осигурява точност около 1200 метра. След два дни учените подобряват точността до 6 метра. В крайна сметка, точността за измерване на разстоянието от Земята до Луната достига 1 милиметър. И това при разстояние над 300 000 километра.

Експериментите, проведени с лунните ъглови отражатели (допълнителни отражатели от същия тип са поставени при мисиите Аполо 14 и 15), остават едни от най-важните научни достижения на тези космически мисии. Мисиите Аполо допълниха нашите познания в различните области на физиката, както и в други области – от общата теория на относителността до вътрешната структура на Луната. Масивът от ъглови отражатели си остана единственият компонент на оборудването, оставено от Аполо 11 на Луната, който все още работи. След цели 50 години.

Джим Фалър обича да казва, че първото кацане на хора на Луната е резултат не само на впечатляващите достижения на науката и техниката, но и на голяма доза късмет. Той заявява:

„Науката също има нужда от късмет. И космическите мисии Аполо имаха нужда от късмет. Провървя ни – както на нас, така и на Аполо“.

0 0 глас
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
33 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари