月球激光反射器指向角度计算及对准精度分析

月球激光测距（LLR）是地月间距测量精度最高的技术。其中,月球激光反射器（LRRR）是实现高精度月球激光测距的关键设备。中国计划在月面放置有人部署的新一代月球激光反射器,为使反射器有效工作,需调节反射器的俯仰角、方位角,使其指向对准平均地球。本文设计了一套算法,用于计算月球激光反射器指向对准所需调节的角度,同时分析了部署时间偏差、位置偏差对指向对准的影响。月球激光反射器指向对准偏差估计值约为2.7°,最大不超过5.0°,可以满足反射器对准精度优于5.5°的需求。设计的算法和开展的分析,可以为未来中国月球激光反射器部署任务提供参考。     

月球激光反射器

1969年7月,阿波罗11号宇宙飞行员在月球表面放置了一个能测量月球与地球之间的距离的、类似棱镜的反射器列阵,其测量精确度近于6吋。使激光器发射的强光束瞄准反射器列阵,测出光脉冲从地球到月球并返回所需的时间,就能测出距离。     

月球激光测距

1969年9月,在靠近美帝亚里桑那州的图森的月球激光观测站和阿波罗11号星际航行员安置在月亮表面的向后反射器靶子之间完成了激光测距。这些距离测量的完成表明,已在月球目标处于黑暗中时记录下了反射回来的激光信号。这一结果是美帝空军剑桥研究实验室打算与国家航空和宇宙航行局的阿波罗月球探索局联合进行的许多精密激光测距工作的前奏。作为美帝国家航空和宇宙航行局的月球表面实验计划的一个完整部分,这些精密距离测量将提供精确确定月球轨道、动力学形状以及明显的振动或无平动所需的数据。     

月球激光测距中的角反射器月面布置指向优化

为了进一步提高地月激光测距精度,新部署单体大孔径的激光角反射器是下一代月球角反射器的主要选择,由于单口径角反射器相比阵列式反射器面积要小,反射器指向要求更高。针对这一问题,本文在不含二面角误差的理想角反射器前提下,通过数值模拟的方法分析了角反射器的有效衍射区域随激光光束入射条件的变化规律。在忽略大气影响的简化条件下模拟了地面3个激光测月台站对新布置角反射器的观测情况,通过LevenbergMarquardt方法优化了角反射器的指向。结果表明,选择合适的指向可以将反射器有效衍射面积提高到80%以上,同时得到低纬度地面台站比高纬度台站更有利于观测的结论,提示我国应当充分利用已建成的两个低纬度激光测月台站,以期在未来地月激光测距和地月科学研究中发挥更大的作用。     

激光以很高的精度测出月球距离

直径四公里、厚三米的巨大的激光“薄饼”已送到月球上阿波罗11号着陆的地点,并从向后反射器上反射回来。这薄饼是一段持续时间为秒的高功,激光脉冲,发射装置是一台测距望远镜,装在美帝亚里桑那州的一座山的顶上。这台测距装置非常精确,能以1.5米或更高的精度测出地球和月球的相对距离。     

用光学定位法测量月球的距离

天体的光学定位可以用来进行天文测量。下面我们就谈一下用光雷达来测量月球表面距离的实验。这一实验完成了现阶段的测量任务,它的最终目的是使用将来在月球上建立的人造光学反射器来研究月球的轨道参数和它的形状,以及一系列其它天文学常数。鉴于这种情况,故除了测量距离的基本任务外,还提出了完成未来的装置和方法的任务。     

美国“发现”留在月球上的法国反射器

麦克唐纳天文台每分钟发送20个5焦耳的红宝石激光脉冲,在1月25日收到了法国空间局制造的、和苏联的飞行器月球车II号一起放在月球Le Monnier环形山上的向后反射器所反射回来的回波。数据表明,在Le Monnier环形山处,月球半径比想象的要小。     

激光地球动力学卫星

一、准备在1976年发射激光地球动力学卫星美国宇航局的激光地球动力学卫星(Lageos)计划在1976年3月18日发射。这项研究计划要求13个国家进行合作,通过斯密森天文台,在国外设置许多个Lageos卫星的地面移动式激光测距站,用来测量Lageos卫星。在Lageos卫星上装上激光角反射器,以便实现精密的全球测量。测量内容包括:1)测量地球上各点对另一点的相对位置和对地球质量中心的相对位置;2)建立完整的观测系统,设在不同位置的观测     

国外简讯

美准备在1976年发射激光地球卫星马歇尔空间飞行中心正在为激光地球动力学卫星进行最后的准备,计划在1976年初发射。卫星重为835磅,装了426精密光学反射器,这是珀金-埃尔默公司提供的。这种反射器将来自地球的激光反回地面,供精密大地测量。(光学反射器图片见本期封底左上图)     

测定月球距离的第二代光雷达系统

设计了测定选定目标距离的测距系统。在月球的激光测距(光雷达)中采用的合作目标是月球上的角后向反射器。用于测量月球和地球卫星距离的光雷达系统采用了以下类别:第一代的测量精度在几米(～10~(-8)sec)之内;第二代测量精度在分米数量级(～10~(-9)sec);第三代精度为厘米级(～10~(-10)sec)。第二代光雷达系统比第一代更复杂,仅在激光器、光电探测器和电子技术等方面得到改进。二代系统的研制是从1974年开始。结构有所变化,在激光发射机和在望远镜上装配方     

测月激光器的电容器用铁磁共振变压器充电

美帝休斯飞机公司用一铁磁共振变压器对巨大的电容器组作恒流充电,使月球激光测距系统的设计变得简单了。使激光束由向后反射器列阵（阿波罗11号宇宙飞行员留在月球上的)反射回来,测距仪成功地测得了地球-月球的相对距离。     

人造卫星激光测距的现状

六十年代后半期起，以美国为首的许多国家一直在进行根据脉冲激光的往复时间求得月球与地球以及人造卫星与地球之间距离的观察测量工作。     

月球激光反射器的结构和特性

阿波罗11号计划中的月球激光测距向后反射器装在它自己的底盘上,并有对准设备,当放在月球表面时,宇宙飞行员可进行调整,精度为正负几度或更好。     

Nd~(3 ):YAG精密空载激光测距系统

1975年美国国际激光系统公司受NASA电子光学仪器分部资助为其研制精密可见激光测距系统,以满足其地球和海洋物理应用计划中地球物理测量的需要。这种应用之一要求空载激光测距机对以地面为基准的后向反射器测距精度可达2厘米。这就要求发展包括下述组成部分的一套Nd~(3 )∶YAG激光发射系统,即亚毫微秒脉冲振荡器,双通Nd∶YAG放大器,Ⅱ类KD~＊P倍频器。整个计划分为两个阶段,第一     

国外激光测月工作

本文介绍国外激光测月的简史、现状及科学意义;列出了国外各激光测月台(站)装置的主要技术参数;重点介绍了美国Lick天文台、McDonald天文台和日本东京天文台测月装置的光学系统、发射器件、接收器件及回波信号的探测方法;并按测距方程对各参数进行了分析,提出并讨论激光测月工作的主要关键。文后附有月球角反射器组列设置概况及主要技术参数。     

国外简讯

西德激光遥测装置跟踪卫星精度达±1厘米西德Institute of Applied Geodesy采用100兆瓦的脉冲激光器,对地球轨道上的卫星飞行轨迹进行精密测量。通过测量激光脉冲(脉宽为20～50毫微秒)到达卫星和返回的时间,借助于国际标准时间,便可瞬时测定巴伐利亚林区卫星观测台与卫星之间的距离。卫星上装着角反射器便于使激光     

国外空间激光的发展现状

随着激光技术的不断发展和进步,星载激光系统成为空间信息获取的重要手段,在地形测绘、高分辨率观测、空间遥感、环境监测等领域具有重要的应用前景。回顾了NASA已经发射的空间应用激光系统在火星、水星、地球和月球地形测量上的应用,分析了激光器载荷的性能指标,阐述了正在发展的空间激光应用计划,指出当前的技术难以满足未来的空间激光任务需要,新的任务要求需要新的激光器技术,激光技术未来将会成为空间行星探测的关键技术。最后总结了空间应用固体激光器面临的关键问题及发展趋势。     

HY-2卫星激光反射器理论分析及激光测距实验

激光反射器作为一种被动无源光学合作目标,是人造卫星激光测距系统中的重要组成部分。对于运行在低轨卫星中的激光反射器,既要在较大的激光入射角范围提供服务,又要将角反射器阵列结构所引入的综合测距误差控制在一定范围内,以保证高精度的激光测距,因此绝大多数采用半球形阵列结构。文中以我国海洋二号卫星激光反射器为例,对半球形激光反射器的远场衍射分布、相对有效反射面积分布、距离更正误差分布和激光测距综合精度等核心技术参数进行理论分析。并以国内流动式卫星激光测距系统TROS1000对海洋二号卫星激光反射器进行追踪和激光测距实验,测量结果表明,激光测距内符合精度为1.1 cm,理论分析与实测结果相符。标志着海洋二号卫星激光反射器性能优良,这对以后激光卫星反射器的设计具有指导意义。     

美英计划建设月球卫星通信网络

2月20日,美国国家航空航天局（NASA）透露,计划与英国国家航天中心（BNSC）联合在月球上建立卫星通信网络,使月球上、月球与地球之间的卫星通信成为可能。     

图片报道

苏联科学院西伯利亚分院自动装置和测电学研究所制成了激光绝对重差计的模型。新式的激光重差计的测量精度很高：假如地球的直径只改变6厘米,仪器就会将它记下来。……