Apollo 11에 탑재된 가장 간단하고 성공적인 실험

50년이 지난 지금도 작동 중인 달 레이저 역반사경이 어떻게 달에 갔는가

50년 전 닐 암스트롱이 달 표면에 작은 발걸음을 내디뎠을 때, 그 성취는 미국 기술의 승리였으며, 미국은 치열한 냉전 시대에 라이벌 소련에 대해 자랑할 권리를 갖게 되었습니다. 그러나 우주 경쟁은 또한 인간을 다른 세계에 착륙시키는 첫 번째 임무에 어떤 실험이 포함될 것인지 결정하기 위해 내부 과학 경쟁을 만들었습니다.

우승자 중 하나는 과학자들이 전례 없는 정밀도로 우리 행성과 위성 사이의 거리를 측정할 수 있게 해주는 장치였습니다. 이 실험은 일반 상대성 이론을 테스트하고 달이 자체 축을 중심으로 회전할 때 미묘한 흔들림을 이해하는 데 중요할 뿐만 아니라 또한 전체 임무의 엄청난 복잡성에 비해 놀라울 정도로 단순했습니다.

1963년에 제임스 폴러(James Faller)는 미국 국립표준국(National Bureau of Standards)과 콜로라도 대학교 볼더(Boulder)의 JILA(Joint Institute for Laboratory Asphysics)에 합류했습니다. 1950년대 후반 프린스턴 대학교 대학원생이었던 그는 "A Proposed Lunar Package: A Corner Reflector on the Moon"이라는 제목의 논문을 작성했습니다. 달. 지구로부터의 광선은 반사경을 겨냥하게 됩니다. 장비는 레이저를 감지하고 빛을 다시 지구로 반사합니다. 그는 빛이 지구에서 달까지 왕복하는 데 걸리는 시간을 통해 “정확한 지구-달 거리 측정이 가능하게 될 것”이라고 썼습니다.

그는 천체 물리학, 원자 물리학 및 중력 분야에 중요한 공헌을 한 물리학자 Robert Henry Dicke 교수에게 연구 논문을 제출했습니다. Faller는 논문을 제출했을 때 맨 위에 다음과 같이 손으로 썼습니다. "Dicke 교수님, 이것이 말이 되는지 보시겠습니까?"

10년도 채 지나지 않아 세상은 Faller의 제안이 얼마나 통찰력이 있었는지 알게 될 것입니다. JILA 동료인 Jan Hall 및 Peter Bender와 함께 그는 달에 역반사체를 설치하는 가능성을 조사하기 위해 달 거리 측정 팀을 구성했습니다. 실험이 실제로 비행할 것이라는 보장은 없었습니다. 다른 그룹은 아폴로의 역사적인 항해에 선정되기를 희망하면서 경쟁적인 제안을 개발하고 있었습니다.

그러나 크기, 무게, 속도 및 단순성에 대한 NASA의 엄격한 요구 사항과 함께 운이 좋게도 반사판에 우위를 부여했습니다. NASA 관계자는 아폴로 11호가 착륙 후 중단될 위험이 높다고 믿었기 때문에 모든 실험을 10분 이내에 설정하고 배포해야 했습니다. Faller는 이렇게 회상했습니다. “우주비행사들은 지구를 향해 다시 조준하는 배열을 배치하기 위해 달 표면에서 보내는 시간이 제한되어 있었습니다. 즉, 우리는 시계에 의해 구원을 받았습니다.”

코너 큐브 역반사체, 아니 오히려 그 배열이 이상적인 디자인을 제공했습니다. 이론상으로는 일반적인 단일 거울이 작동하지만 항상 들어오는 빛이 시작된 지점을 정확하게 조준해야 하므로 시간을 측정하기 위해 광선이 광원으로 직접 다시 반사됩니다. 그러나 달이 자체 축을 중심으로 회전하고 지구를 중심으로 회전하기 때문에 이 완벽한 정렬은 드문 경우에만 발생하며, 심지어 가리키는 데 작은 오류가 발생하면 빛이 다른 지점으로 되돌아오는 결과를 낳습니다. 그러나 이 반사경은 마치 판지 상자의 안쪽 모서리처럼 서로 정확히 직각으로 놓인 세 개의 거울로 만들어질 것입니다. 이 디자인은 들어오는 빛이 세 개의 표면에서 반사되도록 강제하며 광학 법칙에 따라 항상 광원으로 직접 반사되도록 보장됩니다.

Faller의 실험이 NASA로부터 "진행"을 받았기 때문에 또 하나의 중요한 단계가 있었습니다: 거리 측정을 가능하게 하기 위해 특수 반사경 배열을 제공할 사람을 찾는 것입니다. 우리 회사인 Heraeus의 한 가지 장점은 우리가 제조한 용융 석영이 가장 순도가 높은 것으로 알려져 있어 우주 공간에서 노화되는 동안 일반 유리를 어둡게 만드는 방사선 이온화에 저항할 수 있다는 것입니다. 순도가 높으면 빛이 부적절하게 반사될 수 있는 작은 렌즈나 미세 반사판을 생성하는 기포와 함유물뿐만 아니라 흡수도 최소화됩니다.