Wie erhalte ich eine anfängliche Einstellung des Entfernungstors für ein Lunar Laser Ranging mit einem neuen Retro-Reflektor zum ersten Mal?

Fast sicher wurde die anfängliche Entfernungsmessung durch Radar durchgeführt. Als das Radar nach dem Zweiten Weltkrieg immer fortschrittlicher wurde, tauchte der Mond als riesiges Ziel groß am Himmel auf, wer könnte ihm widerstehen?

1946 wurde ein modifiziertes militärisches Radarsignal bei 111,5 MHz erfolgreich vom Mond reflektiert und empfangen. Das Folgende ist aus K3PGP's Experimenter's.Corner post Radar Echoes From the Moon Januar 1946 von Jack Mofenson, Evans Signal Laboratory, Belmar NJ

DIE JÜNGSTEN EXPERIMENTE, die von den Signal Corps Engineering Laboratories beim Empfang von Radarechos vom Mond durchgeführt wurden, haben viele Kommentare von Ingenieuren, Astronomen und anderen, die sich mit technischen Aktivitäten befassen, hervorgerufen. Obwohl die wissenschaftlichen Aspekte des Sendens von Hochfrequenzsignalen durch die Ionosphäre sicherlich von Bedeutung sind, ist die Arbeit an dem Projekt besser als Ingenieursleistung einzustufen. Bisher liegen noch keine systematischen Langzeitbeobachtungen vor. Dieser Artikel beschränkt sich daher auf eine Erörterung der technischen Eigenschaften und einer allgemeinen Beschreibung der verwendeten Ausrüstung. Kurz gesagt bestand das Experiment darin, alle vier Sekunden Viertelsekundenpulse von Hochfrequenzenergie bei 111,5 mc in Richtung Mond zu senden und Echosignale etwa 2,5 Sekunden nach der Übertragung zu erfassen. Die Anzeige der detektierten Signale war sowohl hörbar als auch sichtbar. Technisch verwendete das Experiment gut etablierte Radartechniken, jedoch mit radikal unterschiedlichen Konstanten im gesamten System. Überlegungen zu Impulsbreite, Empfängerbandbreite, Sendeleistung und der genauen Frequenz des zurückgesendeten Signals aufgrund des Dopplereffekts waren derart, dass dem Design der Gesamtausrüstung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden musste.

Nachdem vorläufige Berechnungen bezüglich der Sendeleistung, des Reflexionskoeffizienten des Ziels und der Rauschzahl des Empfängers durchgeführt wurden, war es offensichtlich, dass der Empfang von Radarechos vom Mond technisch möglich war. Unter der Leitung von Lt. Col. John H. DeWitt wurde im September 1945 ein Projekt namens "Project Diana" eingerichtet, um ein Radarsystem zu entwickeln, das HF-Impulse zum Mond senden und Echos mehr als 2 Sekunden später erkennen kann. Vor seinem Eintritt in das Signal Corps entwarf und konstruierte Colonel DeWitt, der zu dieser Zeit Chefingenieur der Radiostation WSM in Nashville, Tennessee war, Sende- und Empfangsgeräte zum Empfang von Mondechos. Dieses Gerät verwendete im Wesentlichen eine ähnliche Sendeleistung und -frequenz wie das Signal Corps. Der Versuch scheiterte jedoch an unzureichender Empfindlichkeit des Empfängers. Colonel DeWitts Verständnis für das Problem und seine persönliche Überwachung waren die treibenden Kräfte, die das vorliegende Experiment erfolgreich machten. Unterstützende Lt. Colonel DeWitt waren: EK Stodola, Dr. Harold D. Webb, Herbert P. Kauffman und der Autor, alle vom Evans Signal Laboratory. Anerkennung gebührt auch den Mitgliedern der Gruppe für Antennen- und mechanisches Design, der Forschungsabteilung, der Gruppe für theoretische Studien und anderen.

Die praktischen Auswirkungen des Radarkontakts mit dem Mond sind zahlreich. Während des Krieges benutzten die Deutschen die V2-Rakete, die etwa 70 Meilen über die Erde emporstieg, und die Zukunft hält die traurige Aussicht bereit, dass Raketen noch viel höher fliegen. Die Frage der Übertragung von Funksignalen über große Entfernungen über der Erde zum Aufspüren und Kontrollieren solcher Waffen wird zu einem Problem von militärischer Bedeutung. Ferner ermöglicht die Verwendung eines Reflektors weit über der Erde für Radiowellen eine direkte Messung der Fähigkeit von Radiowellen, die Ionosphäre zu durchdringen. Eine vollständigere Untersuchung in dieser Richtung ist angezeigt. Die Möglichkeit, den Mond als Reflektor für ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem für Teilzeit-Fernverbindungen zu verwenden, wird ebenfalls in Betracht gezogen, ebenso wie die Verwendung des Mondes als Ziel, um Feldstärkemuster zu messen.

Bis 1965 waren Radarentfernungsmessungen und topografische Kartierungen des Mondes ziemlich genau geworden. Laut dem Beitrag des IAU-Symposiums von 1965 Die mittlere Entfernung zum Mond, wie durch Radar bestimmt, waren alle anderen Fehler bewältigt worden, und die Grenzen der absoluten Reichweite (einige hundert Meter) waren die Ausbreitungsgeschwindigkeit!

Es scheint, dass die Geschwindigkeit von Radiowellen im Vakuum im Jahr 1965 auf etwa 1 Teil pro Million unsicher war . Bis zu dem Zeitpunkt, an dem Nanosekundenlaser damit begannen, Entfernungsmessungen durchzuführen, wären die Fehler bei der Radar-Entfernungsmessung sicherlich ausreichend reduziert worden, um sie mit den Anforderungen für die Zeitsteuerung der Protonenmessungen vergleichbar zu machen.

Punkt-zu-Punkt-Entfernungsmessungen waren hier jedoch nicht die limitierenden Faktoren. Die Unsicherheit im Durchmesser des Mondes selbst machte die endgültige Bestimmung der Trennung der Körperzentren auf 1,1 Kilometer unsicher!

Jüngste geodätische Bestimmungen des Erdäquatorialradius (Kuala 4 , Fischer 5 ) zeigen, dass eine Korrektur von etwa -100 m auf den in Tabelle I angegebenen Wert a erforderlich ist. Somit wird mit Δr = –0,1 km und unter Berücksichtigung eines Fehlers von Δb = ±1 km und Δc = ±300 m das Endergebnis

$\bar{s}$= 384400,2 km ± 1,1 km.

Die Genauigkeit des Wertes von $\bar{s} bei der Radarmethode wird hauptsächlich durch die Unsicherheiten des Mondradius und der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Funkwellen begrenzt.

Die NASA hatte nicht nur Radardaten mit einer Genauigkeit von etwa einem Kilometer.

Das einheitliche S-Band-System, das für die Kommunikation von der Erde zum Kommandomodul und zur Mondlandefähre verwendet wurde, übertrug Sprache, Daten und Entfernungssignale in beide Richtungen.

Für die Entfernungsmessung wurden Pseudozufallssignale verwendet, um eine Auflösung von etwa 1 m und eine Genauigkeit von etwa 15 m zu erreichen.

Dadurch hatten sie einen bestimmten Abstand von der Erde zum jeweiligen LM. Der Retroreflektor wurde in der Nähe nur einige Meter höher oder niedriger als das LM eingesetzt.

Bildquellen ( 1 ), ( 2 ). Einige weitere Informationen über das Unified S Band-System und die Reichweite ( 3 ), ( 4 ), ( 5 ).