NASA的恒心火星漫游者已准备好使用太空激光器

在这张插图中，在左上角的插图照片中以及在NASA的恒心火星探测器中心附近都可以看到一个称为激光回射器阵列（LaRA）的手掌大小的圆顶。在遥远的将来，配备激光的火星轨道器可以使用这种反射器进行科学研究。

毅力是少数搭载激光后向反射器的火星航天器之一。这些设备可以为未来提供新的科学依据和更安全的火星着陆方式。

当阿波罗（Apollo）宇航员降落在月球上时，他们带来了称为后向反射器的装置，该装置实质上是一小排镜子。该计划的目的是让地球上的科学家将激光瞄准它们并计算光束返回所花费的时间。这提供了对月球轨道和形状的极其精确的测量，包括月球如何根据地球的引力而略有变化。

这些阿波罗时代的月球后向反射器的研究一直持续到今天，科学家们希望在火星上进行类似的实验。NASA的“恒心”漫游者计划于2021年2月18日降落在“红色星球”上，它携带着手掌大小的激光后向反射器阵列（LaRA）。该机构的InSight着陆器上还有一小块，称为InSight激光逆反射器（LaRRI）。并将在2022年发射的ESA（欧洲航天局）ExoMars火星漫游车上安装后向反射器。

InSight激光后向反射器（LaRRI）是NASA InSight着陆器甲板上的铜色半圆顶。此图显示了LaRRI在InSight校准目标下方的位置。

尽管目前尚无用于此类火星研究的激光器，但这些设备面向未来：这样的反射器有一天可以使科学家们进行所谓的激光测距研究，以测量火星车上火星车的位置，测试爱因斯坦的广义相对论，并帮助使未来在红色星球上的着陆更为精确。

西蒙娜·戴尔·阿涅洛（Simone Dell’Agnello）表示：“激光后向反射器是有光泽的点状位置标记，”意大利国家核物理研究所负责所有三台后向反射器的开发，该研究所代表意大利航天局制造了该装置。“由于它们简单且无需维护，因此它们可以工作数十年。”

一盒镜子

这些设备的工作原理很像自行车反射镜，将光向光源反射回来。例如，Perseverance的LaRA是一个2英寸宽（5厘米宽）的圆顶，上面散布着半英寸的包含玻璃电池的孔。在每个像元中，三个镜面彼此成90度角放置，从而使进入孔中的光以与它发出的方向完全相同的方向被引导回去。

阿波罗11号宇航员巴斯·奥尔德林（Buzz Aldrin）在月球表面携带着早期阿波罗科学实验包（EASEP）的两个组件。被动地震实验包（PSEP）位于他的左手；右手是激光测距复古反射镜（LR3）。

LaRA比月球上的后向反射镜小得多。最早的是由阿波罗11号和14号任务执行的，大约相当于典型的计算机监视器的大小，并嵌入了100个反射器。阿波罗15所提供的反射镜甚至更大，并嵌入了300个反射镜。这是因为激光必须向月球和月球传播多达478,000英里（770,000公里）。回程时，光束是如此微弱，以至于人眼无法察觉。

尽管火星在距地球最远点约249个百万英里（4.01亿公里）的地方，但Perseverences LaRA和InSights LaRRI的反射光束实际上要经过的路程要短得多。激光束不需要从地球上来回传播，而这将需要巨大的后向反射器，而是只需从未来配备合适激光器的火星轨道器来回传播即可。

照明科学

这样的轨道器可以确定后向反射器在火星表面上的精确位置。并且由于毅力将是可移动的，因此它可以提供多个参考点。同时，还可以从地球跟踪轨道器的位置。这将使科学家们能够像在月球上的后向反射器一样，测试爱因斯坦的广义相对论。每个行星的轨道都受到太阳大质量所造成的时空弯曲的极大影响。

1971年，阿波罗14号宇航员在月球上部署的激光反射板的特写照片。

戴尔·阿涅洛指出：“这种科学对于了解重力如何影响我们的太阳系，整个宇宙以及最终暗物质和暗能量的作用非常重要。”

以InSight着陆器为例，该着陆器于2018年11月26日降落，激光测距科学也可以帮助该航天器研究火星深空内部的核心任务。InSight依靠无线电仪器来检测行星自转的细微差异。通过从仪器中了解行星如何随时间摆动，科学家最终可以确定火星的核心是液态还是固态。

如果科学团队能够使用着陆器的后向反射器，他们可以获得比InSight收音机提供的更为精确的定位数据。LaRRI还可以检测InSight地形随时间变化的方向和方向，揭示火星地壳如何扩展或收缩。

在火星上更好的着陆

火星着陆很难。为了帮助坚持不懈地坚持下去，任务将依赖于“地形相对导航”，这是一项将下降过程中拍摄的图像与机载地图进行比较的新技术。如果航天器发现自己过于接近危险（如悬崖边或沙丘），它就会转向。

但是在这种关键任务事件中，您永远不会有太多的备份。未来冲向“红色星球”表面的任务可以使用激光后向反射器的一系列参考点来检查其“地形相对导航”系统的性能，甚至可能将其精度降低到几厘米。如果仅用英尺来衡量成功诱人的地质构造附近成功降落或陨石坑壁的陡坡滑下之间的差异，则后向反射器可能就很关键。

戴尔·阿涅洛说：“激光测距可以开辟新的火星探测领域。”

有关任务的更多信息

恒心号在火星上的任务的主要目标是天体生物学，包括寻找古代微生物生命的迹象。流浪者还将表征地球的气候和地质状况，为人类探索红色星球铺平道路，并且是第一个收集和储存火星岩石和重石块（破碎的岩石和尘土）的行星任务。NASA目前正在与欧洲航天局合作考虑进行后续飞行任务，这些飞行任务将把航天器送往火星，以从地表收集这些缓存的样本，然后将它们送回地球进行深入分析。

火星2020恒星漫游者由JPL（加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院的分支机构）为NASA管理，是一项更大计划的一部分，该计划包括对月球的飞行，以此为人类对红色星球的探索做准备。NASA负责在2024年之前将宇航员送回月球，到2028年，它将通过NASA的Artemis月球探测计划在月球及其周围建立持久的人类存在。