Команда фізиків із Національного інституту стандартів і технологій США, інституту JILA та Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) запропонувала незвичайне рішення для навігації на Місяці. Вчені розробили концепцію надстабільного лазера, який планують розмістити в одному з постійно затінених кратерів на полюсах супутника — а це, до того ж, одні з найхолодніших місць у Сонячній системі. Навігаційний пристрій, що використовує природний холод небесного тіла, зможе слугувати еталоном часу та частоти, забезпечуючи посадковим модулям і місяцеходам сантиметрову точність позиціонування.
Принцип роботи надстабільних лазерів ґрунтується на відбитті світлового пучка між двома дзеркалами в замкненій порожнині. Точність приладу безпосередньо залежить від стабільності довжини цієї порожнини, яку необхідно підтримувати за надзвичайно низьких температур у вакуумному середовищі, ізольованому від зовнішніх вібрацій. Місячні полярні кратери, які ніколи не отримують прямого сонячного світла через мінімальний осьовий нахил Місяця (1,5°), створюють саме такі умови.
Важливо, що головною проблемою сучасних атомних годинників і лазерів на Землі є теплові флуктуації, які спричиняють мікроскопічні зміни розмірів резонаторів, тим самим знижуючи точність приладів. Для боротьби з цим на Землі потрібні громіздкі та енергоємні кріогенні установки. На Місяці ж природа створила ідеальні умови: у кратерах, куди мільярди років не зазирало Сонце (так звані пастки холоду), температура стабільно тримається на рівні нижче 50 кельвінів (−223 °C).
Згідно з концепцією вчених під керівництвом відомого фізика Джуна Йє, у такий кратер можна помістити порожнину з монокристалічного кремнію довжиною 21 см. В умовах місячної «вічної мерзлоти» та вакууму кремнієве ядро досягне температурної рівноваги без активного охолодження. Це дозволить лазерному променю зберігати когерентність (стабільність фази) понад секунду, що на порядки перевищує можливості наземних систем.
Фактично такий лазер стане «серцем» місячної системи GPS. Сигнал від нього дозволить апаратам синхронізувати бортовий годинник і визначати своє положення незалежно від наземних станцій стеження, сигнал від яких надходить із затримкою. Крім того, мережа з кількох таких пристроїв може перетворити Місяць на гігантський детектор гравітаційних хвиль, здатний фіксувати найменші спотворення простору-часу, недоступні для наземних обсерваторій.
