Il 24 maggio 2024, mentre orbitava a circa 70 km sopra la superficie lunare, la sonda LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) della NASA ha trasmesso due volte un impulso laser a un piccolo retroriflettore a bordo del lander SLIM giapponese. Ci aveva già provato otto volte prima di quel momento, ma solo in queste due occasioni, il segnale è rimbalzato al rilevatore di LRO.

L’altimetro laser di LRO non era stato costruito per questo tipo di applicazione. Ciò ha reso difficile utilizzarlo per individuare un piccolo retroriflettore sulla superficie lunare. Inoltre, il retroriflettore non si trova in una posizione ottimale, essendo SLIM atterrato sulla Luna “storto”. Tuttavia, nonostante queste difficoltà, è stato possibile il rimbalzo del segnale dalla superficie all’orbita.

Da un altimetro laser…

L’altimetro laser dell’LRO, chiamato LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter) è l’unico strumento laser attualmente in orbita attorno alla Luna.

LOLA è stato progettato per mappare la topografia della Luna in preparazione delle missioni sulla superficie. Non per indicare con una precisione di 1/100 di grado un retroriflettore, che è ciò che gli ingegneri dell’LRO cercano di fare con ogni segnale.

Nel corso di questi anni infatti, la NASA ha inviato sulla Luna sei diversi retroriflettori, a bordo di lander privati e pubblici. La prima volta che un raggio laser è stato trasmesso da LRO a un retroriflettore dell’Agenzia e ha ricevuto una risposta è stato il 12 dicembre 2023, quando LRO ha inviato un impulso al lander Vikram dell’ISRO (Indian Space Research Organisation). Da allora, LRO ha scambiato impulsi laser con Vikram altre tre volte.

… a un piccolo retroriflettore

Il lander SLIM (Smart Lander for Investigating Moon) dell’agenzia spaziale giapponese JAXA è atterrato sulla superficie della Luna il 20 gennaio 2024. Il retroriflettore a bordo, chiamato Laser Retroreflector Array, è solo il secondo finora a rimbalzare il segnale all’altimetro di LRO.

I retroriflettori sono solitamente fissati alla parte superiore dei lander, il che fornisce a LRO un intervallo di 120 gradi di angoli verso cui puntare quando invia impulsi laser alla posizione approssimativa di un retroriflettore. SLIM, però, non è posizionato verticalmente sulla superficie lunare, il che ha comportato una difficoltà ulteriore.

Per aumentare le possibilità di raggiungere l’obbiettivo, il team LRO ha lavorato con la JAXA per determinare la posizione e l’orientamento esatti di SLIM. Quindi, gli ingegneri NASA hanno previsto quando la traiettoria orbitale di LRO lo avrebbe portato a coordinate ottimali per provare a raggiungere il Laser Retroreflector Array.

Un risultato importante: perché?

L’averlo raggiunto, nonostante la sua posizione laterale, è stato un risultato importante per la NASA. Il Laser Retroreflecor Array è costituito da otto prismi cubici angolari in quarzo, inseriti in una struttura in alluminio a forma di cupola larga circa 5 centimetri. Senza bisogno di alimentazione o manutenzione, i retroriflettori possono durare sulla superficie della Luna per decenni. E quindi, fungere da “fari” per le missioni future.

Ad esempio, i retroriflettori potrebbero guidare gli astronauti del programma Artemis verso la superficie, oppure contrassegnare la posizione delle sonde già presenti sulla Luna per aiutare gli astronauti e le sonde senza equipaggio ad atterrare nelle loro vicinanze.

Attualmente, abbiamo già retroriflettori in funzione a bordo di satelliti, come ad esempio i GPS americani e i Galileo europei. Per un certo periodo è stato attivo sulla superficie della Luna un retroriflettore italiano, a bordo del lander cinese Chang’e 6: il suo nome era INRRI, acronimo di INstrument for landing-Roving laser Retroreflector Investigations. INRRI, realizzato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Frascati, era costituito da due retroriflettori laser passivi, utilizzati per misurare la distanza laser del lander.