Лазерный отражатель на Луне

[Короб]

Как бы там ни было, даже с учётом этих факторов количество возвращённого света в направлении приёмопередатчика на Земле будет значительно превышать диффузное рассеяние на поверхности.

Это очень спорный вопрос, т.к. площадь пятна на поверхности Луны исчисляется в кв. километрах, а отражателя - всего четверть кв. метра и чуть больше. Более того, эффективная площадь отражения панели не 100% (условно это было у отражателей Луноходов), тут же дай бог 2/3 поверхности панели.
Т.е. даже если отражающая способность поверхности Луны была в 3,5 млн. раз хуже, то мы с неё ловили такое же количество фотонов, что и с отражателя.

Справочно: по ссылкам, указанным выше уже где-то было, что рассеяние света от лунного грунта при его освещении под углом близким к нормали, резко снижается. Уверен, что на территории в кв. километр найдётся множество таких точек.

[Короб]

На графике хорошо видно, как работает отражатель Аполлона - есть сигнал с большим разбросом от грунта, и сигнал от отражателей, там, где он прерывается  - очевидно, из-за малого размера пятна  на Луне, лучне попадал на отражатель, есть только сигнал от поверхности Луны.

Вынужден не согласиться с Вами. Если в пятно лазера попадал отражатель, то так или иначе в это пятно попадал и посадочный модуль (и посадочная платформа) и весь тот хлам, который остался после "визита". Обращаю внимание, что посадочная платформа имеет экранно-"Вакуумную" изоляцию с крайне высокой отражающей способностью, а размер этой бандуры в несколько квадратных метров.
Опять же, судя по фотографиям, отражатели устанавливались не так далеко от посадочного модуля.
Кстати, если лунник при взлёте поднял пыль, то она однозначно попала на отражатель, а из-за конструктивных особенностей отражателя эта пыль однозначно "накрыла" бы сами призмы так, что избавиться от неё стало невозможным.
Отмечу, что сама посадочная платформа этой участи скорее всего избежала бы.

[Gleb1964]

Как бы там ни было, даже с учётом этих факторов количество возвращённого света в направлении приёмопередатчика на Земле будет значительно превышать диффузное рассеяние на поверхности.

Это очень спорный вопрос, т.к. площадь пятна на поверхности Луны исчисляется в кв. километрах, а отражателя - всего четверть кв. метра и чуть больше. Более того, эффективная площадь отражения панели не 100% (условно это было у отражателей Луноходов), тут же дай бог 2/3 поверхности панели.
Т.е. даже если отражающая способность поверхности Луны была в 3,5 млн. раз хуже, то мы с неё ловили такое же количество фотонов, что и с отражателя.

Справочно: по ссылкам, указанным выше уже где-то было, что рассеяние света от лунного грунта при его освещении под углом близким к нормали, резко снижается. Уверен, что на территории в кв. километр найдётся множество таких точек.

Расчет показывает, что отраженный от ретрорефлектора сигнал примерно на два порядка превосходит суммарный фон от пятна на Луне. Это без учета временной дискретизации. С учетом временной дискретизации, сигнал от ретрорефлектора приходит одномоментно, а от пятна с большой дисперсией. Это улучшает отношение в порядки раз, в зависимости от широты/долготы установки ретрорефлектора и рельефа местности вокруг.

Если в пятно лазера попадал отражатель, то так или иначе в это пятно попадал и посадочный модуль (и посадочная платформа) и весь тот хлам, который остался после "визита". Обращаю внимание, что посадочная платформа имеет экранно-"Вакуумную" изоляцию с крайне высокой отражающей способностью, а размер этой бандуры в несколько квадратных метров.

Что касается блестящего посадочного модуля - то в нем, прежде всего, отражается окружающий ландшафт и небо, и только крохотные участки переотражают лазер. Поэтому об отражении лазера от посадочного модуля нельзя говорить всерьез.

[РВС]

Тоже прокомментирую немного. Свет от отражателя уходит прямиком обратно к приемнику; диффузно рассеянный свет от поверхности разлетается на половину Вселенной! Что до отражения посадочным модулем, возможно там и есть участки, отражающие не диффузно, а более или менее зеркально, но все такие поверхности криволинейные, и куда больше шансов с Земли в любой момент времени углядеть блики от Солнца (оно источник поярче будет), в чем Вам желаю удачи. Ну а случись там плоское зеркало (как это, по-видимому, ТС первоначально представлял себе) - оно будет отражать в одном направлении, но как правило совсем не на Землю.

[Короб]

Расчет показывает, что отраженный от ретрорефлектора сигнал примерно на два порядка превосходит суммарный фон от пятна на Луне

Вот именно, расчёт.
- Т.е. фоновый сигнал от лунного грунта более чем в 350 млн. раз хуже (я добавил 2 порядка к тем 3,5 млн)?
- Поправьте меня по дискретизации: Пусть отражающая панель находится чуть дальше от лунного модуля и чуть выше/ниже  от поверхности Луны. В этом случае мы должны будем ввести поправку во "временную дискретизацию", чтобы однозначно идентифицировать сигнал от этой новой отражающей панели? Если да, то это однозначно указывает на то, что в общем фоне отражённого сигнала временная дискретизация позволяет с большей вероятностью детектировать фотоны с конкретного "участка". А теперь ответьте на вопрос: Пусть математики просчитались и задали дискретность соответствующую объекту, лежащему прямо на поверхности Луны, поймаем ли мы "пик" сигнала? Да. Как его интерпретируют на земле (не зная, что ошиблись)? - как сигнал от отражателя.
Что-то мне подсказывает, что ребята задавали дискретизацию в плавающем диапазоне, и на каком поймали отчётливый пик, тот и назначили "сигналом с отражателя".

Что касается блестящего посадочного модуля - то в нем, прежде всего, отражается окружающий ландшафт и небо, и только крохотные участки переотражают лазер. Поэтому об отражении лазера от посадочного модуля нельзя говорить всерьез.

Можно. Возможно Вы мало работали с таким типом изоляции. Её невозможно "натянуть" или разгладить. Она всегда будет на объекте в форме "ряби". Это как поверхность моря с самолёта. Всегда в иллюминатор светят блики от солнца, как бы самолёт не выкручивался.
А если кусок такой теплоизоляции разорвать и разбросать (например реактивной струёй от двигателя), то она вообще будет "светить" огромным пятном
К тому же, алюминиевые конструкции "светят" сами по себе неплохо, по сравнению с лунной пылью, а их общая площадь куда больше отражателя.
(Если посмотрите фотографии "найденных" луноходов, то на них ярче всего светятся именно посадочные модули, а не луноходы, хотя по размерам они примерно одинаковые, а фотокамера ловит лишь рассеянный от Солнца свет)

[Короб]

Тоже прокомментирую немного.  Свет от отражателя уходит прямиком обратно к приемнику; диффузно рассеянный свет от поверхности разлетается на половину Вселенной! Что до отражения посадочным модулем, возможно там и есть участки, отражающие не диффузно, а более или менее зеркально, но все такие поверхности криволинейные, и куда больше шансов с Земли в любой момент времени углядеть блики от Солнца (оно источник поярче будет), в чем Вам желаю удачи.

А Вы не задумывались над тем, что Вы не смогли бы никак поймать сигнал с отражателя, отсутствуй у него хоть какое-нибудь рассеяние?
Вас не смущает, что именно благодаря рассеянию с отражателя есть возможность хоть как-то поймать от него сигнал?

[СТРОБОСКОП]

Что-то мне подсказывает, что ребята задавали дискретизацию в плавающем диапазоне, и на каком поймали отчётливый пик, тот и назначили "сигналом с отражателя".

Испущенный сигнал имеет длительность 10 нс, современный вариант 0.1 нс. Отраженный немного уширен.  Вы где еще в природе видели сигналы такой длительности? Так, что на фоновом сигнале всегда можно увидеть.

[Gleb1964]

Возможно Вы мало работали с таким типом изоляции.

Возможно, мало работал с ней. Лично ни один спутник экранно-вакуумной изоляцией (или, привычнее, ЭВТИ) не оборачивал, признаюсь.
Но факт, что Вы меня не поняли. Мы не можем видеть поверхность зеркала (а такая пленка работает как зеркало), сама поверхность невидима. Мы видим то, что в зеркале отражается. А в случае отражения зондирующего лазера от посадочного модуля, работают только те крохотные участки пленки, с которых диаграмма отражения направлена прямо назад, в пределах половины телесного угла апертуры телескопа на Земле, наблюдаемого с Луны. Телесный угол излучающей апертуры, наблюдаемый с Луны, порядка \( 10^{^ -17} \) стерадиан. Сравните с телесным углом от всей полусферы, отражающейся от посадочного модуля. Поэтому отражатель и делают из ретрорефлекторов, потому что иначе поймать обратно будет нечего.

А Вы не задумывались над тем, что Вы не смогли бы никак поймать сигнал с отражателя, отсутствуй у него хоть какое-нибудь рассеяние?
Вас не смущает, что именно благодаря рассеянию с отражателя есть возможность хоть как-то поймать от него сигнал?

Термин "рассеяние" для случая отражения от ретрорефлектора не подходит, подходит термин "отражение". А вот для отражения от морщинистой поверхности экранно-вакуумной изоляции термин "рассеяние" вполне подходит. Разница в терминологии в направленности отражения.

[РВС]

А Вы не задумывались над тем, что Вы не смогли бы никак поймать сигнал с отражателя, отсутствуй у него хоть какое-нибудь рассеяние?

Я Вам даже больше скажу. Уже падающий с Земли на отражатель луч имеет некоторое расхождение (само собой разумеется, не существует в природе такой штуки, как "плоская электромагнитная волна", как и "материальная точка", например). Дальше то что? Вы хотя-бы катафот в свете своих фар видели?

[Короб]

Но факт, что Вы меня не поняли. Мы не можем видеть поверхность зеркала (а такая пленка работает как зеркало), сама поверхность невидима. Мы видим то, что в зеркале отражается. А в случае отражения зондирующего лазера от посадочного модуля, работают только те крохотные участки пленки, с которых диаграмма отражения направлена прямо назад,

Прекрасно Вас понял. Только не могу донести до Вас мысль, что эта плёнка не "ровная и гладкая", она "мятая", от чего на ней очень много участков  сдиаграммой отражения "прямо назад".

Термин "рассеяние" для случая отражения от ретрорефлектора не подходит, подходит термин "отражение".

Нет, термин "рассеяние" я применил сознательно и именно с тем же смыслом, какой Вы ему приписываете. Конкретно к отражателю это относится следующим образом:
Пусть Вы смогли выпустить идеальный луч лазера и пусть он достиг отражателя с размером пятна целиком попадающим на отражатель, более того, границы пятна имеют абсолютную контрастность (супер-резкие). Так вот, что луноходский, что аполлоновский, что любой другой отражатель, сделанный человеком вернёт на землю отражённый луч в виде "большого" пятна с размытыми границами.
Термин "рассеяние" не применим лишь к идеальному (математическому) отражателю.

[Короб]

Я Вам даже больше скажу. Уже падающий с Земли на отражатель луч имеет некоторое расхождение

А вот тут подвох. Для идеального отражателя (без рассеяния) весь свет попавший от источника на отражатель, вернулся бы обратно. Иначе говоря, отражателю всё равно, какое расхождение будет у падающего на него луча.

[Короб]

Будь отражатель на Луне идеальным, мы никак не поймали бы от него ответный сигнал теми методами, которые сейчас используем.

[Geen]

Для идеального отражателя (без рассеяния) весь свет попавший от источника на отражатель, вернулся бы обратно.

С чего бы вдруг? Просто так захотелось?

[Короб]

Для идеального отражателя (без рассеяния) весь свет попавший от источника на отражатель, вернулся бы обратно.

С чего бы вдруг? Просто так захотелось?

Да, именно. Человеку так именно и захотелось, чтобы отражённый луч вернулся обратно. Для этого он изобрёл уголковый отражатель.

[Gleb1964]

Прекрасно Вас понял. Только не могу донести до Вас мысль, что эта плёнка не "ровная и гладкая", она "мятая", от чего на ней очень много участков  сдиаграммой отражения "прямо назад".

Так я в курсе, я Вам именно об аспектах работы такого "морщинистого" зеркала и пытаюсь объяснить, но безуспешно. Сделаю еще одну попытку. Условием того, чтобы увидеть блик от участка волнистого зеркала, является ориентация этого кусочка зеркала, так чтобы номаль к нему совпала с осью визирования с допуском равным половине углового размера излучателя, видимым с зеркала. Это чисто геометрическое условие. Этот угол ничтожный \( 2.7m / (2\cdot 380 \cdot 10^{6})m  = 3.5 \cdot 10^{-9} rad \), поэтому этому условию будет удовлетворять лишь крохотная часть морщинистого зеркала.
На самом деле, за счет дифракции будет виден свет от большей части поверхности, но общее количество света это не увиличит, потому что, добавление света из-за дифракции будет происходить за счет ослабления отражения самих бликов.
В общем, даже если специально сделать обклеенную ЭВТИ плоскую панель площадью в несколько квадратных метров, и намеренно сориентировать ее так, чтобы она максимально направляла свет назад в зондирующий телескоп, отражение от такой панели будет невозможно задетектировать, ввиду того, что диаграмма направленности у отраженного света составит, по крайней мере, несколько градусов, и возвращаемый сигнал будет ничтожным.  Сравните квадрат от угла в несколько секунд от уголкового отражателя и от угла в несколько градусов от морщинестого ЭВТИ покрытия - разница будет порядков 6-7 в лучшем случае.

[Короб]

Прекрасно Вас понял. Только не могу донести до Вас мысль, что эта плёнка не "ровная и гладкая", она "мятая", от чего на ней очень много участков  сдиаграммой отражения "прямо назад".

Так я в курсе, я Вам именно об аспектах работы такого "морщинистого" зеркала и пытаюсь объяснить, но безуспешно. Сделаю еще одну попытку. Условием того, чтобы увидеть блик от участка волнистого зеркала, является ориентация этого кусочка зеркала, так чтобы номаль к нему совпала с осью визирования с допуском равным половине углового размера излучателя, видимым с зеркала. Это чисто геометрическое условие. Этот угол ничтожный \( 2.7m / (2\cdot 380 \cdot 10^{6})m  = 3.5 \cdot 10^{-9} rad \)

Верно, но Вы забываете, что помимо точек екстремума нашей волнистой поверхности(точки однократного отражения) существует множество точек, совокупность которых обеспечивает возврат луча для двух и более отражений.

[Короб]

Более того, от лунного отражателя мы можем ловить лишь именно те фотоны, которые НЕ попали на "правильную" отражающую поверхность.
Сиречь, не отражённый, а рассеянный свет.

[РВС]

Короб, Вы стремитесь видимо сказать, что идеальный отражатель, освещенный идеальным точечным источником на произвольно большом удалении, весь попавший на него свет вновь сфокусирует в точку на этом источнике. Но ведь без всякого углубленного анализа понятно, что просто в силу общих свойств любых оптических систем такого не может быть, свет после отражения и дальше будет рассеиваться в силу дифракции из-за конечности размеров отражателя.

[Короб]

Короб, Вы стремитесь видимо сказать, что идеальный отражатель, освещенный идеальным точечным источником на произвольно большом удалении, весь попавший на него свет вновь сфокусирует в точку на этом источнике. Но ведь без всякого углубленного анализа понятно, что просто в силу общих свойств любых оптических систем такого не может быть, свет после отражения и дальше будет рассеиваться в силу дифракции из-за конечности размеров отражателя.

Нет, в примере с идеальным отражателем пятно света меньше отражателя (не затрагивает границы), т.е. Для пятна он может считаться бесконечным.
Я же утверждаю, что используемыми методами мы никак не можем фиксировать "истинно" отражёный свет от лунного отражателя (тот, который "истинно" отразился назад), а только рассеянные фотоны.

[Gleb1964]

Верно, но Вы забываете, что помимо точек екстремума нашей волнистой поверхности(точки однократного отражения) существует множество точек, совокупность которых обеспечивает возврат луча для двух и более отражений.

Я забываю? Я привел Вам оптимистичную оценку для относительно гладкой поверхности ЭВТИ, предположив угол рассеяния порядка градусов. Для того, чтобы поверхность могла вернуть луч после двух и более отражений, надо сделать допущение, что угол рассеяния гораздо больше. Например, для возврата луча после двух отражений требуется рассеяние до углов 90градусов, т.е. во всю полусферу. Для трех переотражений минимальный угол рассеяния 60 градусов, и т.д.
Панель, тем не менее, не может рассеять больше света, чем на нее попадает. Таким образом, вариант, допускающий дополнительные переотражения оказывается еще хуже. Рассеяние идет в гораздо больший угол.
В свое время я разрабатывал системы лазерной инспекции, когда с помощью проекции лазерной линии на объект делают трехмерную модель объекта. С матовыми объектами такой способ работает хорошо. Самое сложное было при измерении блестящих металлических объектов с развитым рельефом, с отверстиями, резьбами - как раз то самое многкратное переотражения лазерной линии мешало измерениям. Требовался другой подход к проблеме.
Но, я так уже понял, что Вас по какой-то причине не устраивает лазерное зондирование Луны и Вы ищите нелепые придирки? Вместо того, чтобы попросить пример расчета, который я сделал.