Vůbec poprvé se u Měsíce podařilo vyslat z americké sondy laserový puls, který zasáhl zařízení o velikosti sušenky na indickém landeru Vikram, který pobývá na povrchu Měsíce. Tento úspěšný experiment otevírá dveře k novému stylu přesné lokalizace cílů na povrchu Měsíce. 12. prosince 2023 ve 21:00 SEČ zamířila americká sonda LRO svůj laserový výškoměr směrem k landeru Vikram, který pobývá u kráteru Manzinus v širším okolí jižního pólu Měsíce. Obě tělesa v okamžiku vyslání signálu dělilo zhruba 100 kilometrů. Poté, co sonda LRO zachytila světlo, které se odrazilo od amerického koutového odražeče na Vikramu, odborníci z NASA věděli, že jejich metoda konečně funguje.
Vysílání laserových pulsů k nějakému objektu a měření, jak dlouho potrvá, než se světlo vrátí zpět, je běžně používaná metoda ke sledování pozice družic, které obíhají Zemi. Ovšem použití této metody v obráceném režimu, tedy posílat laserové pulsy z pohybující se družice na stacionární objekt k určení jeho přesné pozice, má podle vědců mnoho možností uplatnění na Měsíci.
„Ukázali jsme, že dokážeme z oběžné dráhy Měsíce zaměřit náš koutový odražeč umístěný na povrchu Měsíce,“ říká Xiaoli Sun, který vedl tým z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu, který v rámci spolupráce agentur ISRO a NASA vyvinul koutový odražeč pro lander Vikram a dodává: „Dalším krokem je vylepšení této metody, aby se mohla stát rutinní záležitostí pro mise, které budou v budoucnu používat koutové odražeče.“
Zdroj: https://science.nasa.gov/
Zmíněné americké pole koutových odražečů Laser Retroreflector Array je široké sotva 5 centimetrů, ale i přes malé rozměry toho dokáže docela dost. Jedná se o hliníkový rám s osmi otvory, kde v každém je koutový odražeč. Podle vědců se jedná o jednoduché a trvanlivé zařízení, které nevyžaduje ani elektrickou energii ani údržbu a může vydržet i desítky let. Díky své konfiguraci dokáže odrážet světlo zpět k jeho zdroji, ať už přiletělo z jakéhokoliv směru. Koutové odražeče mají mnoho využití ve vědě a průzkumu a na Měsíci se používají už od éry programu Apollo. Koutové odražeče o velikosti kufříků odrážely světlo zpět na Zemi a díky těmto měřením se podařilo odhalit, že se Měsíc vzdaluje od naší planety rychlostí 3,8 cm/rok.
Zdroj: https://science.nasa.gov/
Nová generace drobných koutových odražečů (retroreflektorů) má ještě více možností uplatnění než jejich větší předchůdci. Na Mezinárodní kosmické stanici se používají pro přesné navádění nákladních kosmických lodí při autonomním dokování. V budoucnu se s nimi počítá při navádění astronautů z programu Artemis při jejich pohybu po povrchu měsíce ve tmě. Mohou se využít i pro označení místa přistání nějaké sondy či kosmické lodi, což pomůže astronautům, či bezpilotní sondě přistát v blízkosti tohoto místa. Než se však koutové odražeče takto uplatní na Měsíci, bude potřeba udělat ještě hodně práce.
Největší překážkou, která zatím brání jejich okamžitému rozšíření, se týká laserového výškoměru sondy LRO, který přesluhuje 13 let oproti své primární misi. Jedná se navíc o jediný laserový přístroj, který momentálně krouží okolo Měsíce. A aby toho nebylo málo, tak tento přístroj nebyl původně navržen k tomu, aby hledal cíle na povrchu. Od roku 2009 je výškoměr LOLA zodpovědný za mapování topografie Měsíce, což je součástí přípravy na budoucí mise, které mají přistát na povrchu. „Rádi bychom přístroj LOLA zamířili na cíl o velikosti sušenky a pokaždé jej zasáhli, ale to je hodně těžké,“ přiznává Daniel Cremons z Goddardova střediska. Výškoměr tak potřeboval osm pokusů, než zasáhl koutový odražeč landeru Vikram.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
LOLA funguje tak, že k Měsíci vyšle pětici laserových svazků a měří dobu, kterou každý z nich potřebuje, než se odrazí od povrchu a dorazí zpět. Čím kratší čas od vyslání do přijetí uplyne, tím menší je vzdálenost mezi přístrojem LOLA a povrchem Měsíce a tudíž tím vyšší je „nadmořská“ výška terénu v dané lokalitě. Každý laserový svazek pokryje z výšky 100 kilometrům přibližně desetimetrovou oblast. Jelikož jsou mezi jednotlivými svazky vcelku velké mezery, existuje při každém přeletu orbiteru nad landerem jen relativně malá šance, že laserový puls zasáhne koutový odražeč.
Výškoměry jsou skvělé pro detekci kráterů, balvanů i skal. Jejich měření se skvěle hodí pro vytvoření globální výškové mapy Měsíce. Ovšem ani zdaleka nejsou ideální pro zaměření koutového odražeče s přesností na setinu stupně, která je vyžadována pro konzistentní dosažení kontaktu. Budoucí lasery, které pomalu a nepřetržitě „pročesávají“ povrch, aniž by vynechaly nějakou mezeru, by pomohly dosáhnout plného potenciálu malých koutových odražečů. Prozatím bude tým zodpovědný za miniaturní retroreflektory stále používat laserový výškoměr sondy LRO, aby pomohl zpřesnit pozici cílů – především landerů. Hned několik koutových odražečů má v blízké době letět na Měsíc. To se týká také landeru Nova-C od firmy Intuitive Machines, který by mohl odstartovat v polovině února. Tento lander ponese v rámci programu CLPS šest nákladů od NASA včetně koutového odražeče. Retroreflektorem je vybaven také japonský lander SLIM, který 19. ledna dosedl na Měsíc.
Přeloženo z:
https://science.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
http://www.nasa.gov/images/content/682920main_LRO-concept-lg2.jpg
https://pbs.twimg.com/media/F5QzTY2aAAAXDdm?format=jpg&name=large
https://science.nasa.gov/….str01.1100px1100p.anot-.png.jpeg
https://science.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/01/lra-gsfc.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/LRO_spacecraft_instrument_LOLA.jpg
Koutové odražeče mají samozřejmě mnoho využití na Zemi, z tisíců plastových o velikosti milimetrů jsou vyráběny odrazky na kola či auta. Běžně se používají v geodézii pro měření vzdáleností pomocí laserů.
Z článku je patrné, že Dušan úplně přesně neví, jak to funguje, i když je to lepší než kdysi. Koutový odražeč není zrcadlo ale hranol. Vznikne tak, že se vezme skleněná krychle a uřízne se jí jeden vrchol. A když pak paprsek do hranolu vnikne kolmo na řez, odrazí se stejným směrem odkud přišel.
Z fotky je patrné, že na tom zařízení je 8 koutovych odrazečů. Tak do polokoule se to dělá proto, že každý odražeč má určitý úhel, ze kterého dokáže paprsek vrátit (cca 20 či 30°), umístění několika odrazečů do polokoule vykryje větší rozsah úhlů, či zajistí, že se paprsek vrátí ať je zařízení v jakékoliv poloze pokud je viditelné ze Země.
Na Apollu měli odražeče v jedné rovině, protože správné natočení vůči Zemi dokázali zajistit kosmonauti
Každopádně díky za upřesnění. Není to tak, že bych to nevěděl, ale přišlo mi to srozumitelnější. Ale mohu to samozřejmě změnit.
V principu je jedno, jestli jde o zrcadla nebo hranol. Funguje to stejně, jen zrcadlo využívá samotnou odrazivost materiálu a hranol princip totálního odrazu na rozhraní dvou prostředí. Zrcadla díky tomu mají větší úhel, ze kterého paprsek vrátí a jsou použitelná pro větší rozsah vlnových délek. Oproti tomu hranolem je možné dosáhnout vyšší přesnosti a je trvanlivější.
Mikrovlnný koutový odražeč ze tří „zrcadel“ sloužící jako pozemní pomůcka pro družici Sentinel-1 https://home.czu.cz/dmoravec/koutovy-odrazec?editmode=0
Vzhledem k tomu, že obě zařízení (zrcadlo, hranol) odrážejí paprsky na úplně jiných principech, tak to v principu jedno opravdu není. Možná tak ve výsledku.
Kamil to tu velmi srozumitelně vysvětlil. Nemaťme proto zejména laiky nepřesnými zpresňujícími komentáři.
Ne, opravdu není jedno, jestli je koutový odražeč hranol nebo zrcadlo.
Pokud se píše o koutovém odražeči, je to jednoznačně hranol. Možná že zrcadla mohou v nějaké konfiguraci udělat co samé, ale to zařízení se jistě jmenuje úplně jinak
Ad Kamil: Pokud půjdete do obchodu s geodetickými pomůckami pro koutový odražeč, tak samozřejmě dostanete hranolový a ty na Měsíci jsou taky hranolové. Je to snazší na výrobu, přesnější a hlavně to víc vydrží (tři slepená zrcátka jsou rozhodně méně stabilní řešení než jednolitý kus broušeného skla). Pokud však potřebujete odrazit mikrovlny jako na tom odkazu, který jsem posílal, hranol nepomůže a je nutné použít přímo odrazné plochy. V případě mikrovln ani nemusí být leštěné jako zrcadlo, stačí kovová síť. Pořád jde o koutový odražeč.
Tak pánové, tak jednoduchou věc jste zvrtali úplně všichni! Přitom si stačí vzpomenout ze ZŠ, že úhle odrazu se rovná úhlu dopadu. Platí to pro rovinné zrcadlo i koutový odražeč, který není ničím jiným než třemi zrcadly kolmo na sebe. A platí to bez ohledu na vlnovou délku, což popírá Vojta. A už vůbec nejde o odraz na rozhraní dvou dvou prostředí od téhož autora. Paprsek se tam i zpět pohybuje ve stejném prostředí. Aby se paprsek odrazil zpět ke zdroj, tak by rovinné zrcadlo musel ozářit přesně kolmo a to ve vesmíru téměř nejde zaručit. Výhoda odražeče je právě ta, že toto nemusí být zaručeno a paprsek může přijít i ze směru v rozpětí asi 30 prostorových stupňů a nemusí to tedy být ani kolmo ze směru pomyslného řezu koutu jak tvrdí Kamil ve svém prvním příspěvku.
Shrnutí – jde o stupidní soustavu 3 malých zrcadel využívající prostou geometrii trojúhelníků, kdy dvoj až trojnásobným odrazem uvnitř koutu vyjde rovnoběžka se vstupní přímkou viz odkaz níže.
https://www.jandur.cz/optics/zrcadlo/odrazec.htm
– Pro mikrovlny nebo rentgenové záření nejde použít hranol, ale zrcadlo ze správného materiálu fungovat bude. To jsem myslel tím větším rozsahem vlnových délek.
– Odraz na rozhraní dvou prostředí v hranolu samozřejmě probíhá. Paprsek narazí na rozhraní sklo-vzduch (na Měsíci spíš sklo-vakuum) a pokud je pod správným úhlem, odrazí se, jinak se zlomí. Pokud ten samý hranol ponoříte do vody, budou možné úhly pro totální odraz úplně jiné, protože půjde o rozhraní sklo-voda. Ano, někdy se vyrábějí hranoly s některými stěnami pokovenými, aby se v nich paprsky odrážely i pod menšími než limitními úhly, ale pak už nejde o odraz na rozhraní prostředí, ale o odrazivost materiálu (kovu). Možná je to i případ toho na indickém landeru, nevím.
– Limitní úhly pro hranolový koutový odražeč samozřejmě existují. A to přesně proto, že existují limitní úhly pro odraz na rozhraní prostředí. Paprsek pod moc velkým úhlem se může odrazit od vstupní stěny hranolu rovnou nebo může projít zadní stěnou hranolu bez odrazu.
Uvědomte si konečně, že nejde o žádný hranol, ale prostě 3 malá zrcátka sestavená do koutu a mezi není nic nebo na Zemi vzduch.
Mezi těmi zrcátky (pokud je to pokovené, pokud ne, tak zadními stěnami hranolu) je na měsíčním roveru pravděpodobně nějaké kvalitní sklo a na odrazkách na kole je to plast. Snáz a s vyšší přesností se to vyrábí. Je to vidět i na té fotce, když se zaměříte na hranu toho vstupního otvoru. Vstupní plocha je samozřejmě tak dobře vyleštěná, že vypadá, jako by tam ani nebyla.
Ne, ta na fotce rozhodně nejsou zrcátka, ale hranoly. Jsem geodet, je to můj denní chleba, mám jich v kanceláři hromadu
Retroreflektory na Apollu byly hranolové.
Zdroj, který dávám níže, explicitně zmiňuje, že pokovit zadní stěny hranolů nebylo možné, a že princip byl založen na totálním odrazu (jak píše Vojta).
(Jak je to u landeru Vikram, jsem nehledal.)
https://an.rsl.wustl.edu/apollo/data/a11/stationLM/lrr/docs/lrr_psr.pdf
vilous: Ještě tedy k té debatě hranol vs. zrcátka:
Princip koutového odražeče spočívá ve 3 odrazných plochách umístěných vzájemně kolmo na sobě ( = něco jako kout místnosti, proto „koutový odražeč“). Na každé z těchto ploch platí, že úhel dopadu = úhel odrazu (ano, to je látka ZŠ), a kombinací třech odrazů na těchto třech plochách se dojde k tomu, že paprsek, který do takového „kouta“ vstoupí, tak z něj vystoupí ve stejném směru jako přišel. (Ten princip jste popsal správně a ani jej nerozporuji).
Celá debata je o tom, že tyto tři odrazné plochy lze REALIZOVAT dvěma způsoby:
– buď třemi zrcátky
– nebo hranolem, čili kusem skla, jehož zadní tři stěny mají zmiňovaný tvar „koutu“. Tyto stěny mohou být pokovené (pak nejde vlastně o nic jiného, než o 3 zrcátka), ale taky pokovené být nemusí. V případě nepokovení se využívá faktu, že za určitých okolností (správném úhlu) dochází na této stěně (rozhraní sklo-vzduch, případně sklo-vakuum) k tzv. totálnímu odrazu (to už není látka ZŠ, ale SŠ), jinak řečeno, že i bez pokovení se ta stěna chová jako zrcadlo. Samozřejmě, i při totálním odrazu na té jedné stěně platí, že úhel dopadu = úhel odrazu, takže samotný princip koutového odražeče, popsaný výše, je pořád tentýž.
U koutového odrážeče vytvořeného hranolem vstupuje do hry i tvar vstupní plochy řezu toho hranolu. To proto, že i při vstupu z vakua do hmoty hranolu se uplatňuje lom dráhy paprsku.
Protože sice dráha odraženého paprsku z odrážeče musí být ve stejném úhlu, směru, není to dráha totožná ale většinou posunutá.
Takže tvar celku s odrážeči sice vypadá jako část koule – ale jeden každý odrážeč (hranol) musí mít logicky řez rovinný.