Com ajuda Galileo a altres missions espacials?

Galileo augmenta la precisió del posicionament dels satèl·lits

La primera generació de receptors de navegació per satèl·lit a l’espai normalment utilitzava només el sistema GPS nord-americà i, de vegades, el Glonass rus. Però avui els senyals d’alta qualitat del Galileo d’Europa s’utilitzen cada cop més juntament amb el GPS, augmentant considerablement els nivells de posicionament orbital.

“Per a la gran majoria dels satèl·lits en òrbita terrestre baixa, els seus requisits de posicionament són relaxats, de l’ordre de desenes de metres, aconseguits en temps real a bord del satèl·lit amb un receptor estàndard de Sistema de Navegació Global per Satèl·lit, GNSS”, explica. Werner Enderle, al capdavant de l’ESA Oficina de Suport a la Navegació al centre de control de missions de l’ESA ESOC a Darmstadt, Alemanya, amb la missió de proporcionar una determinació independent de l’òrbita precisa per a les missions espacials europees.

Després hi ha els satèl·lits amb requisits molt més estrictes, com les missions de radar d’observació de la Terra, on un coneixement més precís de la posició del satèl·lit a l’espai millora la precisió dels resultats, perquè així es pot derivar la distància exacta entre el satèl·lit i el terra. També hi ha properes missions de constel·lació, vol en formació i trobada orbital, on el coneixement precís de les posicions relatives serà crucial.

“El que podem dir, basant-nos en la determinació precisa de l’òrbita que estem aconseguint habitualment fins a una escala d’uns quants centímetres, és que la precisió del POD ja no és el factor limitant que era abans en les missions espacials”.

Per exemple, Copernicus Sentinel-6 mesura l’alçada de la superfície del mar fent rebotar els polsos del radar cap avall i cap enrere, derivant la distància a la superfície de l’oceà a 1-2 cm. Però per aconseguir el nivell de precisió necessari, la posició del satèl·lit a l’espai s’ha de conèixer amb la màxima precisió possible.

En conseqüència, Copernicus Sentinel-6 va ser una de les primeres missions a fer volar un nou receptor conjunt compatible Galileo-GPS, amb senyals de doble freqüència Galileo d’alta qualitat que milloren la seva capacitat de posicionament global.

“Els resultats van ser excel·lents, basats en el processament de posicionament final que realitzem aquí a terra. El que estem descobrint és que hi ha un gran avantatge a combinar Galileo i GPS, especialment les dues bandes de freqüència E1 i L5a, juntament amb el fet evident d’una cobertura i disponibilitat molt millors, és a dir, hi ha el doble de satèl·lits per adquirir senyals. Per tant, hi ha més receptors espacials en camí, dissenyats per beneficiar-se del rendiment realment excepcional de Galileo”.

L’Oficina de Suport a la Navegació ha posat aquest avantatge provat a l’atenció dels equips de missió de l’ESA. Per exemple, Proba-3 és una ambiciosa missió de vol de formació de precisió que es llançarà el 2024, que inclou dos satèl·lits que maniobraran a una distància fixa de 140 m l’un de l’altre de manera que un pugui ocultar el Sol per l’altre, permetent un estudi sostingut del foc de la nostra estrella mare. atmosfera exterior, o corona. Això requerirà una precisió de posicionament a escala mil·limètrica, com si la parella fos una única nau espacial rígida.

La missió utilitzarà diversos mètodes de posicionament, inclosos enllaços òptics, de ràdio i làser, però el GNSS serà un element important. Werner afegeix: “En aquest cas, vam aconsellar a l’equip de Proba-3 que canviés a un receptor compatible amb GPS/Galileo, perquè això ens donarà possibilitats de posicionament i POD completament noves.

“El que podem dir, basant-nos en la determinació precisa de l’òrbita que estem aconseguint habitualment fins a una escala d’uns quants centímetres, és que la precisió del POD ja no és el factor limitant que era abans en les missions espacials”.

Estenent-se a règims orbitals superiors

L’altre argument per adoptar els senyals de Galileo és el de la cobertura. Com que les missions fan ús de règims orbitals més alts, caldrà el màxim de senyals possibles. Per sobre de les òrbites del GPS i de les constel·lacions de Galileu, el planeta Terra pot bloquejar la major part dels senyals, que, al cap i a la fi, estan enfocats a la Terra.

En canvi, les missions d’òrbita més alta han de fer ús de senyals de lòbuls laterals, desbordaments del senyal principal com la llum lateral d’un feix de llanterna, que requereix un processament afegit, com ho fa el debilitament progressiu d’aquests senyals amb la distància, que amb el temps es convertirà en difícilment distingible de soroll.

Els satèl·lits geoestacionaris ja estan fent ús d’aquests senyals GNSS a gran altitud. L’any vinent arriba una prova més ambiciosa, amb el llançament del Lunar Pathfinder recolzat per l’ESA a l’òrbita lunar, pensat com a satèl·lit de comunicació per a futures missions a la Lluna. La nau espacial incorporarà un receptor apte per GPS/Galileo especialment dissenyat per demostrar per primera vegada la viabilitat de localitzar fixacions a 400.000 km de distància, complementat amb un Retroreflector làser desenvolupat per la NASA emprat per contrastar el rendiment.

“Llavors, com a següent pas vindran els de l’ESA Satèl·lits clars de lluna en òrbita lunar, proporcionant una infraestructura lunar dedicada per proporcionar serveis de telecomunicacions i navegació per a missions a la Lluna”, explica Werner. “L’Oficina de Suport a la Navegació està implicada en la definició del marc de referència lunar necessari i l’escala temporal associada això serà necessari per fer realitat aquesta visió”.

Oficina de Suport a la Navegació: a la seva segona dècada

L’Oficina de Suport a la Navegació funciona des del 2006, derivada de la divisió de Dinàmica de Vol d’ESOC. La base dels seus serveis POD són les constel·lacions GNSS al voltant de la Terra, no només Galileo, sinó també GPS, Glonass, Beidou i els satèl·lits indi i japonès. Per obtenir les posicions de les missions europees, les posicions i les freqüències de rellotge dels satèl·lits de navegació per satèl·lit utilitzats per mesurar-les s’han de determinar primer amb un alt grau de precisió, fins a uns quants centímetres de manera continuada, amb observacions, obtingudes cada segon mitjançant una xarxa mundial dedicada en temps real d’estacions de sensors: l’oficina supervisa el Xarxa d’observació GNSS de l’ESA.

Entre les seves altres activitats, l’Oficina representa l’ESA en fòrums internacionals de GNSS, científics i relacionats amb la geodèsia, i manté el “marc de referència geodèsic Galileo”, el sistema de referència per a la Terra tridimensional, essencial per a un posicionament, navegació i cronometratge precisos. a més de contribuir al Marc de Referència Terrestre Internacional, el sistema equivalent acordat globalment.

El proper repte

Si el rendiment del POD d’avui és bo, Werner afegeix que millorarà encara més: “El nostre proper repte arriba amb la forma del nou Missió FutureNAV GÈNESIS. GENESIS té com a objectiu generar un marc internacional de referència terrestre actualitzat amb una millora d’ordre de magnitud en la precisió. Les mesures precises del POD i del rellotge seran essencials per fer-ho possible, mentre que els nostres col·legues de Oficina de Ciències de la Navegació de l’ESA arxivarà i distribuirà les dades d’aquesta missió innovadora”.

Sobre Galileu

Galileo és actualment el sistema de navegació per satèl·lit més precís del món, que ara dóna servei a més de quatre mil milions d’usuaris a tot el món. Tots els telèfons intel·ligents venuts al Mercat Únic Europeu estan garantits ara compatibles amb Galileo. A més, Galileo està marcant la diferència en els camps del transport ferroviari i marítim, l’agricultura, els serveis de temps financer i les operacions de rescat.

Galileo és un dels programes emblemàtics del Programa Espacial de la UE, gestionat i finançat per la Unió Europea. Des dels seus inicis, l’ESA ha liderat el disseny i desenvolupament dels sistemes espacials i terrestres, així com l’adquisició de llançaments. EUSPA (l’Agència de la UE per al Programa Espacial) actua com a proveïdor de serveis de Galileo, supervisant el mercat i les necessitats d’aplicacions i tancant el bucle amb els usuaris.

Per a més informació sobre Galileu: https://www.usegalileo.eu