Lazeriniai atšvaitai yra vieninteliai „Apollo“ (Laser Ranging Retro-Reflector – LRRR) ir „Lunochod“ programų prietaisai, kurie vis dar teikia mokslinę naudą. Tai pasyvūs optiniai įrenginiai, nereikalaujantys nei elektros energijos, nei priežiūros. Jie leidžia matuoti atstumą iki Mėnulio milimetrų tikslumu. Apollo LRRR yra 69.2 × 63.5 × 38.1cm didumo, o masė 37,6 kg.
Patį naujausią lazerinį reflektorių į Mėnulį nuskraidino Indijos tyriklis Chandrayaan-3 2023 metų rugpjūtyje.
E. Aldrin Jr. kairėje rankoje „Pasyvus seisminių eksperimentų paketas“, dešinėje „Lazerinis nuotolio matuoklis“. NASA nuotrauka
Vidinis atspindys
Visi Mėnulyje esantys atšvaitai veikia kampinio atšvaito (angl. corner cube) principu. Tai kvarcinio stiklo prizmė, grąžinanti lazerio spindulį tiksliai ta pačia kryptimi, kuria jis atkeliavo.
Šviesos greitis yra pastovus (c≈300000 km/s), todėl matuojant laiką, per kurį spindulys sugrįžta (vidutiniškai 2,56 s), apskaičiuojamas tikslus atstumas.
Apollo-14 LRRR replika Smitsono nacionaliniame oro ir kosmoso muziejuje. Autoriaus nuotrauka
Apollo ir Lunochod atšvaitai
| Apollo 11, 14, 15 (JAV) | Lunochod 1 ir 2 (Sovietų sąjunga) | |
| Įrengimo metai | 1969 m. (A11), 1971 m. (A14, A15) | 1970 m. (L1), 1973 m. (L2) |
| Kilmė | JAV (NASA) | Prancūzų gamybos optika |
| Konstrukcija | Atviros panelių sistemos | Uždari, ant L1 ir L2 korpusų |
| Statusas šiandien | Visi naudojami | Visi naudojami |
| Didžiausias blokas yra Apollo 15 (300 kvarco elementų), L1 ir L2 mažesni | Apollo 15 (300 kvarco elementų) | Lunochod atšvaitai yra mažesni |
Atradimai
Lazeriniai matavimai patvirtino, kad Mėnulis kasmet nutolsta nuo Žemės po 3,8 cm. Analizuojant Mėnulio svyravimus (libracijas), nustatyta, kad jis turi skystą branduolį. Šviesos spindulys iš Žemės iki Mėnulio ir atgal sugrįžta per 2,4–2,7 s, priklausomai nuo Mėnulio orbitos padėties (perigėjaus ar apogėjaus taškas).
Lazerio spindulių siuntimas
Lazerinės lokacijos stotys turi būti įrengtos vietose, kur oras yra itin skaidrus, o atmosfera stabili. Yra šešios pagrindinės stotys, kurios reguliariai „bendrauja“ su Mėnulio atšvaitais.
McDonaldo observatorija (Teksasas, JAV) yra viena iš pionierių, pradėjusių matavimus iškart po „Apollo 11“ misijos.
APOLLO (Naujoji Meksika, JAV) yra įsikūrusi Apache Point observatorijoje. Šiuo metu tai pati galingiausia sistema, galinti išmatuoti atstumą iki Mėnulio milimetro tikslumu ir veikianti netgi nepalankiomis sąlygomis.
Grasse observatorija (Observatoire de la Côte d’Azur, Prancūzija) istoriškai labai svarbi stotis, glaudžiai bendradarbiavusi su prancūzų inžinieriais, kuomet šie kūrė atšvaitus „Lunochod“ misijoms.
Matera lazerinės lokacijos stotis (MLRO, Italija) yra viena moderniausių bei tiksliausių stočių Europoje.
Wettzell stotis (Vokietija) labai svarbus Europos mazgas, pasižymintis itin stabiliu lazerio darbu.
Lunokhod 1 paskutinė stovėjimo vieta (38,315° šiaurės platumos, 324,992° rytų ilgumos) Mare Imbrium paviršiuje. Dešinėje – atšvaitai
Altajaus optinis-lazerinis centras (AOLC, 3,12 m skersmens teleskopas satų stebėjimui ir Mėnulio lokacijai), siunčia spindulius į abiejų „Lunochod“ atšvaitus. Beje, Lunochod 1 buvimo vieta buvo nežinoma, kuomet 2010 m. jį vėl atrado NASA Mėnulio tyriklis LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter).
Mėnulio lazerinės lokacijos tinklo duomenys
| Stotis | Šalis | Tikslumas | Lazerio bangos ilgis | Spalva |
| Apache Point (APOLLO) | JAV | ~1–5 mm | 532 nm | Žalia |
| Grasse (OCAL) | Prancūzija | ~1–2 cm | 532 nm / 1064 nm | Žalia / Infraraudonoji |
| Matera (MLRO) | Italija | ~1 cm | 532 nm (galimybė 355 nm) | Žalia (galimybė UV) |
| McDonald | JAV | ~2–3 cm | 532 nm | Žalia |
| Wettzell | Vokietija | ~2 cm | 1064 nm (pionieriai) | Infraraudonoji |
| Altajaus centras (AOLC) | Rusija | ~2–5 cm | 532 nm | Žalia |
Žalios šviesos fotonus lengviau pagauti standartiniais fotodaugintuvais, tačiau jiems labiau trukdo Mėnulio atspindima Saulės šviesa. Infraraudonoji spinduliuotė (1064 nm) geriau prasiskverbia pro atmosferą, mažiau sklaidosi ir leidžia vykdyti stebėjimus net dienos metu. Tai ypač svarbu norint gauti daugiau duomenų per parą.
Spindulio išsiplėtimasis
Nors lazeris mums asocijuojasi su plona, tiesia linija, dėl difrakcijos reiškinio spindulys pakeliui į Mėnulį išsisklaido. Iš observatorijos teleskopo iššaunamas lazerio spindulys yra vos kelių centimetrų skersmens. Pasiekęs Mėnulio paviršių, spindulys išsiplečia iki maždaug 7 kilometrų skersmens. Atšvaitas paviršiuje atspindi tik mažą dalį šviesos. Grįžęs į Žemę, spindulys tampa toks silpnas ir „platus“, apie 20 km skersmens, kad teleskopas pagauna tik pavienius fotonus.
Optiniai skaičiavimai
Į Mėnulį iššaunama apie 1017 fotonų kiekvienu impulsu. Maždaug po 2,5 sekundžių atgal į Žemės stebėjimo stoties teleskopą sugrįžta vidutiniškai tik vienas fotonas. Bet koks lęšio ar atšvaito defektas reikštų, kad tas vienintelis fotonas niekada nesugrįš į jutiklį Žemėn. Per parą iš visų šešių pagrindinių stočių vidutiniškai atliekama nuo 3 iki 10 sėkmingų sesijų. Geriausi stebėjimai atliekami Mėnulio priešpilnaties ar jaunaties fazėje, kuomet atšvaitai yra šėšėlyje.
Rusijos dvi lazerinės stotys siunčia spindulius į JAV Apollo 11, 14 ir 15 atšvaitus. Moksliniu požiūriu tai būtina, nes norint tiksliai apskaičiuoti Mėnulio orbitą ir jo svyravimus, reikia turėti duomenis iš kuo daugiau skirtingų Mėnulio taškų. „Apollo 15“ atšvaitas, būdamas didžiausias, yra pagrindinis taikinys visoms pasaulio stotims, įskaitant ir Rusijos.