Лазерная локация Луны?

[kryptonik]

Лазерная локация… . Ну это громко сказано, речь идет о возможности (или невозможности) создания суперфонарика, которым можно «добить» до Луны. В диапазоне радиоволн радиолюбители до нее добиваю давным-давно. А в оптическом?
Имеем два телескопа 400 и 250мм. Сигнал принимаем на 400мм, приемник довольно чувствительная телевизионная камера. На 250мм ставим лазер, работающий в режиме единичных импульсов. Светим в места расположения уголковых отражателей (их на Луне четыре штуки).
Предполагается, что при просмотре записи на одном из кадров появится точка от отражателя.   Поскольку работа будет вестись из центра города, лазер лучше применять инфракрасный, по этой же причине придется отказаться и от ядерной накачки как слишком шумной.
Возможно ли подобное? Сам я предполагаю, что с «подходящим» лазером возможно, но вот находятся ли подобные лазеры в пределах доступности?
Если с Луной фокус не пройдет, можно упростить задачу: попробовать подсветить зеленой лазерной указкой (мощность полватта) МКС. В плане моральной поддержки космонавтов: увидят зеленый огонек и подумают: «Ребята из России прикалываются!» Если энтузиастов найдется много, прочий народ будет недоумевать: «Это ж, что такое зеленое летит по небу?»

[Андрей Антонов]

Не получится. Размер диаметра пучка лазера на Луне порядка 3 км. Обратно прийдут "пара фотонов", которые можно зарегистрировать высокочувствительными приборами. В передаче "Разрушители мифов" был эпизод где проводилась такая "локация". В помещении стоял огромный скоп, метра 3 не меньше. Надели оранжевые очки и... На мониторе заметили пик в графике, сигнал пришёл... Всё.
В МКС лучше не пробовать светить (как и в самолёты), а то будете объяснять ФСБ-кам что "Это я так, поигаться решил..."

[kryptonik]

А все-таки почему в радиодиапазоне это детская задача, хотя никаких отражателей там нет, направленность используемых антенн несопоставимо хуже, мощность передатчика невелика?

[olegtitov]

Лазерная локация… . Ну это громко сказано, речь идет о возможности (или невозможности) создания суперфонарика, которым можно «добить» до Луны. В диапазоне радиоволн радиолюбители до нее добиваю давным-давно. А в оптическом?

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%9B%D1%83%D0%BD%D1%8B

[kryptonik]

С теорией на таком уровне я знаком, но оценить возможность или невозможность создания установки затруднительно. Не специалист. Проще попробовать на практике. Но тоже глупо, поскольку нет ничего более практичного, чем хорошая теория.
Поскольку речь не идет об измерении расстояния до Луны подходы могут быть и другие. К примеру, светим киловаттным лазером в течение 20секунд и копим фотоны. Применяем узкополосный светофильтр на частоту лазера. Удастся ли так зафиксировать уголковые отражатели или даже пятно рассеивания?
Светить, наверное, следует импульсами по 2,5 секунды, а то луч будет засвечивать изображение из-за рассеивания в атмосфере. А накапливать сигнал от серии импульсов.

[olegtitov]

С теорией на таком уровне я знаком, но оценить возможность или невозможность создания установки затруднительно.

Да установки созданы много лет назад. И до сих пор работают

[Андрей Антонов]

зачем нужен телескоп?

Наверно для приёмки слабого отражённого луча...

[kryptonik]

Да попалась такая фраза: «И приемник, и передатчик снабжены мощными объективами, благодаря чему луч обладает малым углом расходимости».
Я  это трактую так. Если диаметр луча 25 мм по размеру кристалла расхождение его будет одно, а если пропустить его через телескоп 250мм расхождение можно уменьшить в десять раз.

[nbn]

http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/09_02/0902_57-66.PDF

[kryptonik]

В приведенной выше ссылке приводятся кое-какие цифры. По ним вполне можно сделать прикидочный расчет. При зеркале 2,6 метра можно получить 0,5-1 фотон на Дж. Поскольку речь идет о принципе, мелочиться не будем, и возьмем лазер в 1кВт. Импульс будет иметь продолжительность 2,5 сек, итого 2500Дж или до 2500 фотончиков.
Можно предположить, что как излучатель 2,6метровый телескоп особых преимуществ не имеет, все портит атмосфера, а как приемник имеет превосходство над 0,4метровым в 42раза. 2500:42=60. Итак, мы можем рассчитывать на 60фотонов за импульс. Предположим, что прием будет вестись на ПЗС в течение 10 минут в режиме 2,5 сек излучение, 2,5сек прием, итого имеем 5 минут приема или 60Х5х60=18000фотонов. Если киловатт не потянуть, а ограничиться 100ваттами, получим 1800. И 180 при 10Вт.
Периодика монтировки нам особо не поможет, придется гидировать по двум осям из-за замысловатого движения Луны. Изображение не должно выходить из одного пиксела, что, конечно, проблематично, но зато это, кажется, тот случай, где вполне уместно применить бининг допустим 4Х4. Или вообще перейти на фотоумножитель.
Очевидно, что найдется масса факторов, уменьшающих выход фотонов, но зато есть возможность увеличения времени экспозиции.

[Zikbol]

Из всего выше написанного для меня непонятно одно.
Куда пропал HEYEN?!!

[kryptonik]

Значит, принципиальных возражений против приведенных расчетов нет? С технической точки зрения можно установить лазер 100 Вт, но по финансовым соображениям верхним пределом скорее является 50Вт.  (Хотя и это скорее теоретически, но не исключено). А если исходить из чувствительности ПЗС, какой минимальный поток фотонов необходимо обеспечить для того, чтобы он был уверенно зафиксирован? Во что рациональнее вложиться: в мощность лазера или в чувствительность камеры?
Длина волны 1060нм.

[kryptonik]

Эксперты меня путают, выше приводится размер пятна 3км, а Вы требуете 400метров. А сколько надо? Если будет пять или десять? Где предел любительских возможностей?

[kryptonik]

Значит, наука тут пока бессильна, и не существует технических решений позволяющих на твердотельном лазере получить пятно порядка 5км? Не помогут никакие телескопы? Газовые лазеры, вероятно, подходят лучше, но это тоже утопия.

[Pilgrim]

ПоHEYENствую  

Если цель не локация (т.е. фиксация времени хода луча с нано-пикосекундной точностью), а просто установить факт наличия уголкового отражателя в нужном месте, то можно попробовать так.

Берём лазер с хорошим охлаждением, способный светить непрерывно десятки минут - час.

Узкополосный фильтр 2-4 nm на полосу лазера.

Натравливаем автогид на какой-нибудь яркий пик вблизи терминатора с его тёмной стороны. Хотя если мне не изменяет память, ProGuider может цепляться не только за "звёздочку", а за любую контрастную деталь картинки. Надо у Антона уточнить.

За время экспозиции яркий пик может погаснуть (стареющая Луна) или увеличиться (растущая). Лучше второй вариант, хоть центр яркости пика и изменится, но не настолько чтобы смещение вывело отражатель из луча, точнее наоборот.

Снимаем когда отражатель находится неосвещенной солнцем части Луны.

Экспозиций несколько желательно длительностью до 1 часа, полная калибровка.

------
Вырисовываются следующие технические условия:

1) Долго незаходящая растущая Луна. Оптимально - весной, вблизи равноденствия.
2) Самый большой отражатель, это ЕМНИП (Apollo 15) расположен вблизи центрального меридиана (26° 7′ 55.99″ N, 3° 38′ 1.9″ E), поэтому желательно снимать когда Луна в фазе ~0.2-0.3. Меньше не желательно т.к. быстро заходит Луна и ярок пепельный свет, а больше не желательно из за яркости и близости освещённой части.
3) ИК, поэтому телескоп рефлектор. Апертуристый и длиннофокусный, чем длиннее, тем лучше, чтобы обойтись без Барлоу или с как можно меньшим коэффициентом ЛБ.
4) Хорошее блендирование (баффлинг), чтобы максимально снизить паразитную засветку от освещенной части Луны.

ИМХУ реально, но надо посчитать.

[Pilgrim]

Игорь, зарубить идею на корню ? Всё правильно придумал, кроме ...

Валяй 

[Pilgrim]

... кроме того, что фотоны отражаются не только от ретрорефлектора на Луне .

Пепельный свет? В ИК слабее, и при малой светосиле и хорошем узком фильтре, матрицу в перенасыщение не уведёт.

Рассеянный атмосферой лазерный луч? Атмосфера в ИК более прозрачна. Кроме того лазер можно (и даже нежно) укрепить на отдельном телескопе на значительном расстоянии, хоть километры. Благо пятно обратки от отражателя, на Земле будет огромным. При базе 1 км, луч покинет верхние слои атмосферы Земли вне поля зрения снимающего скопа.

Апертуристых Ричи под Москвой хватает, фактически можно устроить силами двух ЛА-дипскайщиков - один светит, другой снимает, оба с гидежом. Из матчасти остаётся одолжить у знакомых физиков лазер и соответствующий узкополосник.

з.ы. а кто говорил что будет легко?

[kryptonik]

По мне лучше зарубить, потому как я человек конкретный, и вполне могу сдуру в это дело ввязаться.
Прием и передача у меня не пересекаются.

[Pilgrim]

Но опять таки, мои HEYENизмы не стоит воспринимать всерьёз без предварительного точного расчета. В том числе нужно знать функцию зависимости яркости пепельного света от фазы, для нужной длины волны в ИК, и посчитать теоретический сигнал-шум на фоне него.

[kryptonik]

Буду крайне признателен, если поскрипите!
Наблюдательная программа для подобного проекта более чем скромная. Этому должно соответствовать и применяемое оборудование. В противном случае вообще теряется смысл.
Цели проекта.
1. Посветить, получить отраженный сигнал. Это приятно само по себе. Своего рода технический альпинизм, занятие для души. Столкнуться с конечной скоростью света, которая в обыденной жизни бесконечна, тоже кое-что.
2. Зафиксировать все возможные отражатели. Если есть возможность, почему не зафиксировать.
3. Отыскать луноход. Если подобная методика более чувствительна, чем оборудование применявшееся ранее. Мировая слава обеспечена, о нас снимут кино, и может быть, даже наградят (посмертно).
4. Отыскать шестой отражатель. Вот это будет прикол!
5. Составить скан-карту Луны. Черт его знает, возможно, и найдется что-то интересное. Но это в том случае, если удастся принимать сигнал непосредственно от поверхности Луны. Но это уже слишком серьезно для данного проекта.
5000 долларов, (ну десять но за пару лет) мой придел. А вы думали! С миллионом долларов любой дурак может.