Retroreflector de medición láser

El Retroreflector de Medición Láser ( LRRR ) es el primer experimento desplegable de medición láser lunar . Se llevó a bordo del Apolo 11 como parte del Paquete de Experimentos Científicos del Apolo Temprano, y en las misiones Apolo 14 y Apolo 15 como parte del Paquete de Experimentos en la Superficie Lunar del Apolo (ALSEP). El LRRR consta de una serie de reflectores de esquina instalados en un panel. Los haces láser enviados desde la Tierra rebotan en el retroreflector y la sincronización de la señal de retorno se puede utilizar para medir la distancia desde la fuente de la señal hasta el reflector. El reflector fue concebido por James E. Faller en 1961. El investigador principal del experimento fue inicialmente Carroll Alley de la Universidad de Maryland, quien posteriormente fue sucedido por Faller.

La motivación para un retroreflector surgió del deseo de una base experimental más sólida para la relatividad general y, específicamente, para los problemas que surgieron con la teoría de la gravitación de Brans-Dicke . ^{[ 1 ]} Un grupo de investigación de la Universidad de Princeton había estado explorando la posibilidad de probar la constante gravitacional utilizando reflectores de esquina instalados en satélites artificiales. En ese momento, los láseres aún no se habían desarrollado, y este enfoque habría requerido el uso de tubos de destello . ^{[ 2 ]} Con el desarrollo del primer láser funcional en 1960 en los Laboratorios Bell , este experimento ya no se limitaba a ser realizado en satélites artificiales , sino que también se podía utilizar la Luna , el satélite natural de la Tierra. ^{[ 3 ]}

La idea de utilizar un reflector de esquina en la Luna surgió en 1961 de la mano de James E. Faller , quien en ese momento era candidato a doctorado. Concebida pensando en el programa de aterrizaje Surveyor de la NASA , su idea consistía en un reflector de esquina montado dentro de una bola de goma que se lanzaría desde un módulo de aterrizaje robótico ; al aterrizar, el conjunto de la bola se enderezaría automáticamente y apuntaría el reflector hacia arriba. Faller documentó estas ideas en una nota titulada "Un paquete lunar propuesto (un reflector de esquina en la Luna)", pero debido a que necesitaba completar su tesis, el desarrollo posterior del concepto no se produjo de inmediato. ^{[ 3 ]}

En 1962 se realizaron intentos de medir distancias con precisión a la Luna utilizando láseres sin retroreflectores, destacando el intento de Louis Smullin y Giorgio Fiocco del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) . La superficie lunar puede dispersar un haz láser y producir una señal lo suficientemente fuerte como para ser detectada en la Tierra, lo que permite obtener mediciones de distancia con una precisión de hasta 120 metros (390 pies) . Sin embargo, más allá de este rango, los efectos del terreno se volvieron problemáticos, y al combinarse con una señal reflejada débil y dispersa temporalmente, la dispersión superficial no fue suficiente para la medición de distancias con precisión. ^{[ 4 ]} 

Después de una reunión de personal y exalumnos de Princeton en una reunión de la Sociedad Física en 1964, se decidió proponer a la NASA un experimento basado en este concepto. Los planes para el experimento se detallaron en un artículo publicado en 1965 y la propuesta a la NASA se presentó ese mismo año. ^{[ 5 ]} Esta fue liderada por Carroll Alley , profesor de la Universidad de Maryland, cuya proximidad a la sede de la NASA lo hacía idóneo para asumir el rol de investigador principal del experimento. Al mismo tiempo, se formó el comité asesor del Experimento de Medición Lunar (LURE), cuyos miembros destacados incluían a Robert H. Dicke , James E. Faller, David Todd Wilkinson , William M. Kaula y Gordon JF MacDonald . ^{[ 6 ]}

El experimento debía construirse para sobrevivir a las difíciles condiciones ambientales de la superficie lunar. Esto incluye grandes variaciones de temperatura, radiación cósmica y solar , y polvo lunar levantado tanto por la llegada como por la salida del Módulo Lunar Apolo . ^{[ 4 ]} Faller identificó que una matriz de cubos retroreflectores de pequeño diámetro tendría un mejor rendimiento térmico que uno o más cubos más grandes de la misma masa. Este rendimiento térmico era importante porque la sílice fundida, el material probable para los reflectores, se distorsiona ópticamente con el calor proveniente de la energía solar. ^{[ 3 ]} Existía un fuerte deseo de que el experimento pudiera operar durante el día lunar para evitar la pérdida de oportunidades de recopilación de datos durante la mitad diurna de cada mes lunar . ^{[ 5 ]}

Los instrumentos de las misiones Apolo 11 y 14 consistían en 100 reflectores de esquina de sílice fundida sólida colocados dentro de un panel cuadrado de 45 cm (18 pulgadas ) . ^{[ 6 ]} Los reflectores de esquina fueron producidos por PerkinElmer y Boxton-Beel Inc. El diseño y la fabricación del paquete de la matriz fueron completados por Arthur D. Little Inc. [ ^{6 ] Cada} reflector tiene 3,8 cm (1,5 pulgadas) de diámetro, se encuentra a 1,9 cm (0,75 pulgadas) por debajo de la superficie superior del panel y está montado entre anillos de teflón para una mayor protección térmica. ^{[ 5 ]} El panel podía colocarse con una ligera inclinación para que presentara un área de sección transversal más optimizada. ^{[ 5 ]} El reflector permite el retorno de una señal de 10 a 100 veces más potente en comparación con la reflexión en la superficie lunar. ^{[ 5 ]} La vida útil esperada del experimento era de más de 10 años. ^{[ 6 ]}