ГЛАВНАЯ » 2013 » Июль » 21 » Новая лазерная система позволит измерить расстояние до Марса и других планет с необычайно высокой точностью
19:00
Новая лазерная система позволит измерить расстояние до Марса и других планет с необычайно высокой точностью
В настоящее время
технология лазерного измерения дистанции ограничена расстоянием от Земли
до Луны. Это связано с тем, что пассивные лазерные системы имеют
уровень ухудшения качества сигнала, равный 1/4R, где R - измеряемое
расстояние. Но группа ученых-физиков спроектировала новую активную
лазерную систему, которая может работать на расстояниях, в тысячи раз
превышающие максимальное допустимое для существующих систем расстояние. В
случае использования активной системы коэффициент затухания сигнала
равен 1/2R, что, помимо увеличения измеряемого расстояния, дает
возможность измерять эти расстояния с точность менее одного миллиметра и
что более чем на три порядка превышает возможности существующих систем и
технологий.
Ученые Ииджиэнг Чен (Yijiang Chen), Кевин М.
Бирнбаум (Kevin M. Birnbaum) и Хамид Еммати (Hamid Hemmati) из
Калифорнийского технологического института и Лаборатории НАСА по
изучению реактивного движения опубликовали на страницах онлайн-издания
Applied Physics Letters описание созданной ими активной лазерной системы
измерения расстояний с субмиллиметровой точностью. Согласно
опубликованной информации в новой системе используются два
приемопередающих устройства, установленные в точках, между которыми
измеряется расстояние. Каждое из этих устройств может принимать и
передавать импульсы лазерного света. В информации, возвращаемой ответным
импульсом, содержится время передачи и время получения приемником
исходного "измерительного" импульса, что позволяет с высочайшей
точностью измерить расстояние от передатчика до приемника.
Ученые
произвели полевые испытания разработанной ими активной высокоточной
лазерной системы измерения расстояний на Земле. Эти испытания показали,
что ошибка измерения расстояний составила порядка 0.14 миллиметра, что
значительно меньше 1-миллиметровой погрешности, являющейся конечной
целью преследуемой учеными. Хотя возмущения, воздушные потоки и другие
атмосферные явления внесут свою лепту в погрешность измерений, ученые
считают, что конечная точность измерения расстояния не выйдет за рамки
требующейся.
Самой большой проблемой, которую удалось успешно
решить ученым, является синхронизация внутреннего времени приемника с
временем передатчика и устранение фонового шума от рассеянного света.
Первая проблема была решена за счет использования новой системы
синхронизации, работающей на счет серий коротких импульсов лазерного
света, следующих друг за другом с разной частотой. По крайней мере, на
Земле такая система синхронизации сработала безупречно и ученые
собираются в недалеком будущем проверить ее работу в более большом
масштабе расстояний.
Помимо высокоточных измерений расстояний в
космосе, которые в некоторых случаях требуются для успешного выполнения
миссий на поверхности других планет, в частности, Марса, новая активная
лазерная система может позволить проведение экспериментов в области
фундаментальной физики, включая эксперименты по подтверждению принципа
эквивалентности, измерению ускорения расширения Вселенной и, возможно,
по подтверждению существования дополнительных измерений.
Также
новая лазерная система может стать частью научных приборов, которые
будут использоваться для изучения гравитации и гравитационных волн, что,
в конечном счете, сможет послужить опровержением или подтверждением
некоторых постулатов Общей теории относительности Эйнштейна. Следует
особо отметить, что область применения новой лазерной системы не
ограничена Землей и ближним космосом. Различные эксперименты, в которых
задействуется эта система, могут быть проведены и на других планетах и
космических телах Солнечной системы, проливая свет на их историю
развития, на их атмосферу, океаны и состав пород.
