Нова лазерна система дозволить виміряти відстань до Марса та інших планет з надзвичайно високою точністю
В даний час технологія лазерного вимірювання дистанції обмежена відстанню від Землі до Місяця. Це пов'язано з тим, що пасивні лазерні системи мають рівень погіршення якості сигналу, рівний 1/4R, де R - вимірювана відстань. Але група вчених-фізиків спроектувала нову активну лазерну систему, яка може працювати на відстанях, в тисячі разів перевищують максимальну для існуючих систем відстань. У разі використання активної системи коефіцієнт загасання сигналу дорівнює 1/2R, що, крім збільшення вимірюваного відстані, дає можливість вимірювати ці відстані з точністю менше одного міліметра і що більш ніж на три порядки перевищує можливості існуючих систем і технологій.
Вчені Ииджиэнг Чен (Yijiang Chen), Кевін М. Бірнбаум (Kevin M. Birnbaum) і Хамід Еммати (Hamid Hemmati) з Каліфорнійського технологічного інституту та Лабораторії НАСА з вивчення реактивного руху опублікували на сторінках онлайн-видання Applied Physics Letters опис створеної ними активної лазерної системи вимірювання відстаней з субміліметрової точністю. Згідно опублікованої інформації в новій системі використовуються два приймальнопередаючих пристрої, встановлені в точках, між якими вимірюється відстань. Кожне з цих пристроїв може приймати і передавати імпульси лазерного світла. В інформації, що повертається відповідь імпульсом, міститься час передачі і час отримання приймачем вихідного "вимірювального" імпульсу, що дозволяє з високою точністю виміряти відстань від передавача до приймача.
Вчені провели польові випробування розробленої ними активної високоточною лазерної системи вимірювання відстаней на Землі. Ці випробування показали, що помилка вимірювання відстаней склала близько 0.14 міліметра, що значно менше 1-міліметрової похибки, що є кінцевою метою проведеної вченими. Хоча обурення, повітряні потоки та інші атмосферні явища внесуть свою лепту в похибка вимірювань, вчені вважають, що кінцева точність вимірювання відстані не вийде за рамки вимагається.
Найбільшою проблемою, яку вдалося успішно вирішити вченим, є синхронізація внутрішнього часу приймача з часом передавача і усунення фонового шуму від розсіяного світла. Перша проблема була вирішена за рахунок використання нової системи синхронізації, що працює на рахунок серій коротких імпульсів лазерного світла, наступних один за одним з різною частотою. Принаймні, на Землі така система синхронізації спрацювала бездоганно і вчені збираються в недалекому майбутньому перевірити її роботу в більш великому масштабі відстаней.
Крім високоточних вимірювань відстаней в космосі, які в деяких випадках потрібні для успішного виконання місій на поверхні інших планет, зокрема, Марса, нова активна лазерна система може дозволити проведення експериментів у галузі фундаментальної фізики, включаючи експерименти з підтвердження принципу еквівалентності, вимірювання прискорення розширення Всесвіту і, можливо, щодо підтвердження існування додаткових вимірів.
Також нова лазерна система може стати частиною наукових приладів, які будуть використовуватися для вивчення гравітації і гравітаційних хвиль, що, в кінцевому рахунку, зможе послужити спростуванням або підтвердженням деяких постулатів Загальної теорії відносності Ейнштейна. Слід особливо відзначити, що область застосування нової лазерної системи не обмежена Землею і ближнім космосом. Різні експерименти, в яких задіюється ця система, можуть бути проведені і на інших планетах і космічних тілах Сонячної системи, проливаючи світло на їх історію розвитку, на їх атмосферу, океани і складу порід.