Зачем стрелять лазером в Луну? Чтобы ее потрогать!⁠⁠

Но никаких непотребств, конечно же – «трогать» исключительно светом, и исключительно в научных целях. А можно так и не только Луну.

Всегда же хочется каких-то суперспособностей, чтобы жилось легче, да? Летать, там, чтобы пешком не ходить, жабры, чтобы под водой дышать, ну или на крайний случай, чтоб вооон ту каменюку на горизонте линейкой не измерять, уметь бы ее глазами потрогать издалека. Заманчиво? Давайте разбираться.

Идея «пощупать» светом окружение берет свои корни, как это часто бывает, из военной отрасли. Кто-то взял и подумал – «мы же умеем так делать радиоволнами, но они только большое и железное могут, а чего бы тогда и светом не попробовать?». Правда, до изобретения лазера светощупание было не особенно удобным и приходилось использовать лампы для обнаружения и определения дальности с помощью света (Light Detection and Ranging, aka LiDAR). Сам термин лидар появился в статье о метеорологических инструментах еще в далеком 1953 году, когда трава была зеленее, а до изобретения первого лазера оставалось целых 7 лет.

Основной принцип работы лидаров достаточно прост: есть излучатель, который делает «пиу», есть приемник, который изменение этого «пиу» фиксирует, есть какое-то дополнительное оборудование, чтобы это «пиу» видоизменить и есть система, которая это все объединяет. А дальше в ход идет чистая физика и геометрия – расстояние, скорость и время, почти как в школе – знаем два параметра – всегда вычислим третий. Хотите знать расстояние до объекта? Замерьте время, за которое отражатель поймает излучение, умножьте на скорость распространения излучения и поделите пополам. Хотите фиксировать опускание нижней границы облаков? Смотрите на столб света под определенным углом и засекайте «подсвеченное пространство». Хотите познать среду, через которую шел свет? Сложнее, конечно, но тоже возможно – смотрим как изменился пойманный приемником сигнал и делаем выводы.

Но у света в качестве источника было существенное такое ограничение. Пытались светить карманным фонариком в ночное небо? Вот и здесь была та же проблема – чтобы система работала на больших расстояниях требовался нормальный такой «дальний свет» и маленькая электростанция впридачу. Эту проблему решил появившийся в 1960 году лазер, позволяющий делать мощное и интенсивное «пиу» на дальнюю дистанцию.

Первые прототипы лазерного дальномера появились в США в 1963 году – XM-23 мог светить аж почти до 10 км. И хотя проектировался он под военно-танковые нужды, XM-23 был изначально несекретным и доступным для гражданского применения – видимо из соображений, что денег на массовое применение все равно ни у кого не хватит. Но на удивление хватило – на гражданке лазерные лидары использовали для изучения атмосферы – буквально так, как предлагали их использовать в статье 1953-го.

А еще же была космическая гонка – здесь всякими номерными Апполонами на луну были доставлены уголковые отражатели – такие большие катафоты с взаимноперпендикулярными отражающими поверхностями, чтобы любое пойманное лазерное «пиу» сделало «пиу» строго в обратную сторону.

В СССР старались не отставать и также пуляли лазерами в Луну, кидались в нее же уголковыми отражателями с помощью «Луноходов», ставили уголковые отражатели на запускаемые искусственные спутники, в общем, применяли, где могли.

Но и более приземленные применения находились – в метеорологии, как завещали первые лидары. Светолокаторами в̶ы̶з̶ы̶в̶а̶л̶и̶ ̶б̶э̶т̶м̶е̶н̶а измеряли высоту нижней границы облаков, а трансмиссометрами измеряли прозрачность атмосферы и дальность видимости.

Кстати, отражатели, оставленные на Луне, до сих пор используются для подглядывания за нашим ближайшим космическим соседом.

Со временем, как это обычно бывает, технология разделилась на несколько более специфичных, узконаправленных, а сама аббревиатура "лидар" в 1985 году с легкой руки словаря Уэбстера стала именем нарицательным. Применений нашлась масса– кто в облака светил, кто дальность мерил, кто воздушные потоки изучал в метеорологии, в геодезии, топографии, строительстве, горном деле, беспилотном транспорте и системах технического зрения, предсказании пожаров и еще куче других. NASA вообще стреляли двухтонным лидаром по лягушкам из космоса со спутника, чтобы топологию снять. Даже на айфон ставить начали (так что владельцы яблокПРО, начиная с 12 носят в кармане лидар). Да что там – даже робот-пылесос, костеря «кожаных» на очередной уборке ориентируется в пространстве, в том числе, с помощью лидаров.

Вот так и получилось, что простая идея «трогать светом» привела к обширному распространению технологии лидаров в технической и повседневной жизни.

Автор - Егор Таборских

Статья написана для паблика Кэтсаенс. А ещё у нас есть телега

Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые посты!